DE102022127260A1 - Process key figure determination - Google Patents
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Abstract
In einem Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen werden in einem iterativen Prozess in Prozesszyklen eines Referenzermittlungszyklus zumindest teilweise Kurvenverläufe (10) von Messgrößen ermittelt und gespeichert und die Kurvenverläufe vorzugsweise mindestens einstufig mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren verarbeitet. Daraus werden erste Prozesskennzahlen (30) an charakteristischen Punkten der verarbeiteten Kurvenverläufe (25) und daraus mittels Indizierung (80) aufgefundene weitere Prozesskennzahlen (40) sowie Abweichungen von Prozesskennzahl-Referenzwerten ermittelt und gespeichert. Durch Anwenden von abweichungsabhängig gespeicherten Werten in einem automatischen Kompensationseingriffs auf vorbestimmte Stellgrößen bei sich verändernden Produktionsbedingungen werden die Prozesskennzahlen (30, 40) in dem Produktionszyklus nachgeführt.In a method for determining process parameters on a cyclically operating machine for processing plasticizable materials to produce molded parts, at least partial curve profiles (10) of measured variables are determined and stored in an iterative process in process cycles of a reference determination cycle, and the curve profiles are preferably processed in at least one stage using mathematical and/or statistical methods. From this, first process parameters (30) at characteristic points of the processed curve profiles (25) and further process parameters (40) found therefrom by indexing (80) as well as deviations from process parameter reference values are determined and stored. By applying deviation-dependent stored values in an automatic compensation intervention to predetermined manipulated variables under changing production conditions, the process parameters (30, 40) are tracked in the production cycle.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine zyklisch arbeitende Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 18 und ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 19.The present invention relates to a method for determining process parameters on a cyclically operating machine for processing plastics and other plasticizable materials to produce molded parts according to the preamble of
Der Begriff „plastifizierbares Material“, wie er hier verwendet wird, ist weit zu verstehen und umfasst insbesondere, aber nicht nur, neben Kunststoffen oder auch Silikon oder anderen thermoplastischen und/oder elastomeren Werkstoffen z.B. keramische, metallische und/oder pulverige Massen ebenso wie Papier, Cellulose, Stärke, Kork, usw. sowie auch Mischmaterialen zwischen derartigen plastifizierbaren Materialien. Grundsätzlich kann es sich dabei auch um bereits zuvor plastifizierte Materialien oder auch plastische Massen handeln, die nach dem Ausbringen selbsttätig oder unter Einsatz von Hilfsmitteln aushärten. Der Begriff umfasst auch Recyclate.The term "plasticizable material" as used here is to be understood broadly and includes in particular, but not exclusively, plastics or silicone or other thermoplastic and/or elastomeric materials, e.g. ceramic, metallic and/or powdery masses as well as paper, cellulose, starch, cork, etc. as well as mixed materials between such plasticizable materials. In principle, these can also be previously plasticized materials or plastic masses that harden automatically or with the use of aids after application. The term also includes recyclates.
Der Begriff „Prozesskennzahl“, wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine mittels mathematischer Methoden aus Daten gewonnene Größe, die geeignet ist, einen Prozesszustand (zumindest teilweise, ggfs. in Kombination mit weiteren Prozesskennzahlen) quantitativ zu bewerten und damit auch quantitativen Vergleichen und ggfs. Kompensationseingriffen zugänglich zu machen. Im Folgenden wird der Begriff Prozesskennzahl auch verwendet, wenn diese Größe nicht aus dem Prozess selbst in Form eines Sensorsignals entstammt, sondern aus prozessrelevanten Datenquellen wie z. B. Materialdaten, entnommen werden kann, die einer Auswertung gemäß dem beanspruchten Verfahren zugänglich gemacht werden können.The term "process key figure" as used here refers to a quantity obtained from data using mathematical methods that is suitable for quantitatively evaluating a process state (at least partially, if necessary in combination with other process key figures) and thus also making it accessible for quantitative comparisons and, if necessary, compensatory interventions. In the following, the term process key figure is also used if this quantity does not originate from the process itself in the form of a sensor signal, but can be taken from process-relevant data sources such as material data, which can be made accessible for evaluation according to the claimed method.
Wenn der Begriff „Kurvenverlauf“ verwendet wird, muss es sich dabei nicht nur um Messkurvenverläufe aus dem Prozess handeln, sondern es kann sich auch um andere Kurvenverläufe handeln, deren Inhalt sich durch das beanspruchte Verfahren erschließen lässt. Unter „Kurvenverläufe“ fallen dabei vorzugsweise auch Teilabschnitte oder auch nur einzelne Messpunkte. Wo es zum besseren Verständnis hilfreich ist, werden die Begriffe unterschieden.When the term "curve progression" is used, it does not only have to refer to measurement curve progressions from the process, but can also refer to other curve progressions whose content can be deduced from the claimed method. "Curve progressions" preferably also include partial sections or even just individual measurement points. Where it is helpful for better understanding, the terms are differentiated.
Wenn der Begriff „abgeleitete“ Kurvenverläufe verwendet wird, ist damit jede erdenkliche Verarbeitung mit mathematischen Verfahren gemeint, um zu weiteren Kurvenverläufen zu gelangen, die aus dem grundlegenden Kurvenverlauf generiert werden können. Das kann im Einzelfall auch eine mathematische Ableitung sein. Wo explizit die mathematische Ableitung gemeint ist, wird darauf hingewiesen.When the term "derived" curves is used, this means any conceivable processing using mathematical methods to arrive at further curves that can be generated from the basic curve. In individual cases, this can also be a mathematical derivation. Where the mathematical derivation is explicitly meant, this is indicated.
Stand der TechnikState of the art
Bekannt sind Eingangsgrößen zur Berechnung von Prozesskennzahlen wie z. B. Druck-, Positions-, Geschwindigkeits-, Temperatur-, Momentenverläufe, etc., aber auch die Verläufe zusätzlicher, nicht maschinenbezogener Sensorik. Alle Messsignale, die die Produktionsanlage, z. B. eine Spritzgießmaschine zu ihrer bestimmungsgemäßen Funktion benötigt, sind dazu ohne weiteren Aufwand nutzbar. Die Verwendung weiterer Signale aller denkbaren physikalischen Größen, die explizit für Überwachungszwecke in einem beliebigen Teil der Produktionsanlage nutzbar sind, ist ebenso bekannt.Input variables for calculating process parameters such as pressure, position, speed, temperature, torque, etc. are known, as are the variables of additional, non-machine-related sensors. All measurement signals that the production plant, e.g. an injection molding machine, needs to function as intended can be used for this purpose without any additional effort. The use of other signals of all conceivable physical variables that can be used explicitly for monitoring purposes in any part of the production plant is also known.
Prozesskennzahlen wie Spitzenwerte von Signalverläufen, Flächenintegrale unter Signalverläufen, etc. als singuläre zyklische Werte zu ermitteln, ist ebenfalls bekannt. Häufig dienen diese Kennzahlen der Messung der Stabilität des Prozesses, ggf. werden Überschreitungen gesetzter Toleranzen zur Selektion von Fertigteilen verwendet, die vermeintlich unter nicht stabilen Prozessbedingungen produziert wurden. Bei einer Änderung der Maschineneinstellparameter durch den Bediener müssen geeignete Toleranzen regelmäßig neu ermittelt und gesetzt werden. Die Komplexität einer Maschineneinstelländerung kann sich dadurch deutlich erhöhen.It is also known to determine process indicators such as peak values of signal curves, area integrals under signal curves, etc. as singular cyclic values. These indicators are often used to measure the stability of the process; if necessary, exceedances of set tolerances are used to select finished parts that were supposedly produced under unstable process conditions. If the operator changes the machine setting parameters, suitable tolerances must be regularly re-determined and set. This can significantly increase the complexity of a machine setting change.
Verfahren zur automatischen Nachjustierung von Maschineneinstellparametern des Prozesses mit dem Ziel, Abweichungen zu kompensieren, sind ebenfalls bekannt. Dazu werden die üblichen Einstellparameter der Produktionsanlage verwendet wie z. B. Sollwerte für Geschwindigkeiten, Drücke, Temperaturen, weitere Schaltpunkte zwischen Prozessphasen.Methods for automatically readjusting machine setting parameters of the process with the aim of compensating deviations are also known. The usual setting parameters of the production plant are used for this purpose, such as setpoints for speeds, pressures, temperatures, and other switching points between process phases.
In der
Die
Hauptnachteil beider vorgenannten Verfahren ist die Notwendigkeit, komplette Kurvenverläufe zu erfassen, bevor sie einer Verarbeitung zur Ermittlung eines Korrekturfaktors zugeführt werden können.The main disadvantage of both of the above methods is the need to record complete curve profiles before they can be processed to determine a correction factor.
In der
Aus der
Die
In der
Aus der
Die
Die oben genannten Schriften weisen zusammengefasst eines oder mehrere der folgenden Probleme auf. Die Verfahren
- - erfordern einen hohen Versuchs- und Modellierungsaufwand,
- - sind auf den Rückgriff auf Simulationsdaten angewiesen,
- - zielen nicht auf die Konstanz der produzierten Formteilqualität,
- - sind bereits vom Ansatz her in ihrer Wirkung eng begrenzt,
- - erfordern die Erfassung kompletter Kurvenverläufe vor der Auswertung.
- - require a high level of testing and modelling effort,
- - rely on simulation data,
- - do not aim at the consistency of the produced molded part quality,
- - are already very limited in their effect,
- - require the recording of complete curves before evaluation.
Weitere Unterscheidungsmerkmale des vorliegenden zu den genannten Verfahren sind z. B.:
- a) Die berechneten Kennzahlen
- - beruhen jeweils auf nur einem einzigen Prozesskurvenverlauf,
- - verschieben sich bei bewussten Maschineneinstelländerungen des Bedieners im Prozessverlauf,
- - ändern ihre Größenordnung, sodass sie ihre Aussagekraft verlieren,
- - sind nicht mehr auffindbar, weil der Prozesssignalverlauf seine Charakteristik infolge von Maschineneinstelländerungen oder Prozessabweichungen stark ändert,
- - sind voneinander abhängig, auch wenn sie aus unterschiedlichen physikalischen Größen ermittelt werden..
- b) Die Eingangssignale sind im Bereich der interessierenden Prozessabweichungen bereits im Bereich von Auflösungsgrenzen der Sensorik, so dass stochastische Abweichungen in den Signalverläufen auftreten.
- c) Die Signalverläufe sind bedingt durch die Diskretisierung lückenhaft.
- d) Die Signalverläufe sind von starkem Rauschen beaufschlagt.
- e) Die Signalverläufe, auch unterschiedlicher physikalischer Größen, sind voneinander abhängig.
- a) The calculated key figures
- - are based on only one single process curve,
- - shift when the operator deliberately changes the machine settings during the process,
- - change their magnitude so that they lose their significance,
- - can no longer be found because the process signal curve changes its characteristics significantly as a result of machine setting changes or process deviations,
- - are dependent on each other, even if they are determined from different physical quantities.
- b) The input signals in the range of the process deviations of interest are already within the resolution limits of the sensors, so that stochastic deviations occur in the signal curves.
- c) The signal curves are incomplete due to the discretization.
- d) The signal curves are subject to strong noise.
- e) The signal curves, even of different physical quantities, are dependent on each other.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, eine so arbeitende Maschine und ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei denen die o. g. Nachteile vermieden werden, indem Prozesskennzahlen auf eine Weise ermittelt werden, dass sie sich bei Prozessänderungen in geeigneter Weise so verschieben, dass ihre Aussagekraft erhalten bleibt.The invention is therefore based on the object of specifying a method for determining process parameters on a cyclically operating machine for processing plastics and other plasticizable materials for producing molded parts, a machine operating in this way and a computer program product with a program code stored on a computer-readable medium for carrying out the method, in which the above-mentioned disadvantages are avoided by determining process parameters in such a way that they change in a suitable manner in the event of process changes. in such a way that their significance is retained.
Darstellung der ErfindungDescription of the invention
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method according to the features of
Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens aufweist, umfassend die folgenden Schritte eines Referenzermittlungszyklus:
- a) Ermitteln und Speichern mindestens eines teilweisen ersten Kurvenverlaufs mindestens einer ersten Messgröße mittels mindestens eines Sensors in mindestens einem Prozesszyklus,
- b) optionales, mindestens einstufiges Verarbeiten des mindestens einen ersten Kurvenverlaufs mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren zur Erzeugung eines davon abgeleiteten Kurvenverlaufs,
- c) Ermitteln und Speichern mindestens eines charakteristischen Werts des mindestens einen teilweisen ersten Kurvenverlaufs oder optional des verarbeiteten Kurvenverlaufs,
- a) determining and storing at least a partial first curve of at least one first measured variable by means of at least one sensor in at least one process cycle,
- b) optional, at least one-stage processing of the at least one first curve using mathematical and/or statistical methods to generate a curve derived therefrom,
- c) determining and storing at least one characteristic value of the at least one partial first curve or optionally of the processed curve,
Das Verfahren umfasst außerdem die weiteren folgenden Schritte des Referenzermittlungszyklus:
- d) Nutzung des ermittelten mindestens einen charakteristischen Werts als Index auf mindestens eine zu ermittelnde Prozesskennzahl in einem mindestens einstufig verarbeiteten Kurvenverlauf einer weiteren Messgröße,
- e) Nachverarbeiten der mindestens einen Prozesskennzahl aus mindestens einem Referenzermittlungszyklus mittels mathematischer und/oder statistischer Methoden zu mindestens einem gewichteten Prozesskennzahl-Referenzwert und Speichern desselben, und umfasst weiterhin die folgenden Schritte eines Produktionszyklus:
- f) analoges Wiederholen der Schritte a) bis e) aus dem Referenzermittlungszyklus zur Ermittlung mindestens eines gewichteten Prozesskennzahlwerts und Speichern desselben.
- g) abweichungsabhängiges Berechnen und Speichern mindestens eines Werts und/oder Anwenden mindestens eines gespeicherten Werts in einem Kompensationseingriff auf mindestens eine vorbestimmte Stellgröße mittels mindestens eines Aktors bei sich verändernden Produktionsbedingungen zur Nachführung der mindestens einen weiteren Prozesskennzahl.
- d) use of the determined at least one characteristic value as an index for at least one process key figure to be determined in a curve of another measured variable processed in at least one stage,
- e) post-processing the at least one process key figure from at least one reference determination cycle using mathematical and/or statistical methods to produce at least one weighted process key figure reference value and storing the same, and further comprises the following steps of a production cycle:
- f) analogously repeating steps a) to e) from the reference determination cycle to determine at least one weighted process key figure value and storing it.
- g) deviation-dependent calculation and storage of at least one value and/or application of at least one stored value in a compensation intervention to at least one predetermined manipulated variable by means of at least one actuator under changing production conditions in order to track the at least one further process key figure.
Vorteilhaft werden damit Prozesskennzahlen auf eine Weise ermittelt, dass sie sich bei Prozessänderungen in geeigneter Weise so verschieben, dass ihre Aussagekraft erhalten bleibt.This advantageously means that process key performance indicators are determined in such a way that they shift in an appropriate manner when processes change, so that their significance is retained.
Dabei wird vorteilhaft die Notwendigkeit der Erfassung kompletter Messkurvenverläufe umgangen, indem nach Auffinden definierter charakteristischer Kennzahlen die Erfassung abgebrochen und direkt die Auswertung durchgeführt wird. Dadurch wird eine Kompensation von Prozessabweichungen früher im Zyklus ermöglicht, idealerweise direkt im Anschluss an die Abweichung und damit vorzugsweise im selben Zyklus.This advantageously avoids the need to record complete measurement curves by stopping the recording after finding defined characteristic figures and carrying out the evaluation directly. This enables process deviations to be compensated for earlier in the cycle, ideally immediately after the deviation and therefore preferably in the same cycle.
Vorzugsweise werden mehrere Signal- bzw. Kurvenverläufe untersucht, wobei sie kaskadiert verarbeitet werden, indem die „Fundstelle“ einer Kennzahl aus einem Kurvenverlauf zur Indizierung einer Kennzahl in einem anderen Kurvenverlauf verwendet wird. Praktische Versuche an der Maschine und Modellierungsarbeiten oder ein Rückgriff auf Simulationsdaten sind nicht erforderlich.Preferably, several signal or curve profiles are examined, whereby they are processed in a cascaded manner by using the "location" of a key figure from one curve profile to index a key figure in another curve profile. Practical tests on the machine and modeling work or recourse to simulation data are not required.
Das Verfahren kann vorteilhaft ohne Zutun des Bedieners sowie auch bei beabsichtigten Einstellungsänderungen durch den Bediener erfolgen.The process can advantageously be carried out without any intervention by the operator and also when the operator intends to make changes to the settings.
Vorzugsweise erfolgt dadurch eine Ermittlung und mathematische und/oder statistische Verarbeitung des Kurvenverlaufs bis zur Erkennung der (mindestens einen) gesuchten Prozesskennzahl. Nach Erkennung eines charakteristischen Werts an einem charakteristischen Punkt im vorzugsweise bereits verarbeiteten Kurvenverlauf wird direkt in einen weiteren Kurvenverlauf gesprungen, der gleichzeitig oder auch zeitversetzt erfasst und verarbeitet wurde, um dort eine abhängige Prozesskennzahl zu ermitteln.Preferably, this involves determining and mathematically and/or statistically processing the curve until the (at least one) process indicator being sought is identified. After identifying a characteristic value at a characteristic point in the curve, which has preferably already been processed, a direct jump is made to another curve, which was recorded and processed at the same time or with a time delay, in order to determine a dependent process indicator there.
Dieser Vorgang kann vorzugsweise auch mit einem anderen charakteristischen Punkt erfolgen, so dass eine weitere abhängige Prozesskennzahl ermittelt werden kann. Aus mehreren ermittelten (abhängigen) Prozesskennzahlen können wiederum weitere, davon abhängige Prozesskennzahlen ermittelt werden. Dies führt zu einer Kaskadierung.This process can preferably also be carried out with another characteristic point so that another dependent process key figure can be determined. From several determined (dependent) process key figures, further dependent process key figures can in turn be determined. This leads to cascading.
In vorteilhafter Weise ist dadurch ein homogenes und gewichts- oder füllgradkonstantes Formteil mit einer vorgegebenen Qualität herstellbar. Dabei werden Störungen bei den Berechnungen innerhalb eines Prozesszyklus unterdrückt.This advantageously makes it possible to produce a homogeneous molded part with a constant weight or fill level and a specified quality. This suppresses disturbances in the calculations within a process cycle.
Der Nachteil der vorgenannten Verfahren, die komplette Kurvenverläufe mit einer Referenz vergleichen müssen und damit ein Ergebnis der Berechnung (z. B. einen Offset) erst mit Zeitverzögerung zur Verfügung stellen können, wird dadurch behoben, dass iterativ nach charakteristischen Punkten in den Verläufen gesucht werden kann und die Berechnung nach Ihrer Erfassung i.d.R. noch in derselben Prozessphase zu Ende geführt werden kann. Auch werden dadurch charakteristische Punkte in weiteren Kurvenverläufen detektierbar, die ohne die Indizierung aus dem ersten Kurvenverlauf heraus nicht als ausgezeichnete charakteristische Punkte detektierbar wären.The disadvantage of the aforementioned methods, which compare complete curves with a reference The problem of having to be equal and thus only being able to provide a result of the calculation (e.g. an offset) with a time delay is solved by iteratively searching for characteristic points in the curves and the calculation can usually be completed in the same process phase after they have been recorded. This also makes it possible to detect characteristic points in further curves that would not be detectable as distinctive characteristic points without the indexing from the first curve.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine zyklisch arbeitende Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 18, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens, mindestens einen Sensor und mindestens einen Aktor aufweist, sowie geeignet ist das Verfahren auszuführen. Damit kann die Maschine störungsfreier und energieeffizienter betrieben werden.The object is also achieved by a cyclically operating machine for processing plastics and other plasticizable materials to produce molded parts according to the features of patent claim 18, wherein the machine has a controller for carrying out the method, at least one sensor and at least one actuator, and is suitable for carrying out the method. The machine can thus be operated more smoothly and energy efficiently.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 19, wobei der Programmcode des Computerprogrammprodukts geeignet ist das Verfahren mittels der zyklisch arbeitenden Maschine auszuführen. Dadurch werden die verfahrensmäßigen Vorteile erreicht.The object is further achieved by a computer program product with a program code that is stored on a computer-readable medium according to the features of patent claim 19, wherein the program code of the computer program product is suitable for carrying out the method by means of the cyclically operating machine. The advantages of the method are thereby achieved.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Advantageous further developments are the subject of the dependent patent claims.
Vorzugsweise werden die Schritte des Referenzermittlungszyklus sowie die Schritte des Produktionszyklus analog zur Ermittlung weiterer Prozesskennzahlen ausgeführt, wodurch mindestens eine weitere Prozesskennzahl ermittelt wird, die wiederum/alternativ zur Nachführung der mindestens einen Prozesskennzahl verwendbar ist. dadurch kann vorteilhaft die je nach Änderung „passende“ Prozesskennzahl bestimmt werden, die für einen Kompensationseingriff geeignet ist.Preferably, the steps of the reference determination cycle and the steps of the production cycle are carried out analogously to the determination of further process indicators, whereby at least one further process indicator is determined, which in turn/alternatively can be used to track the at least one process indicator. This advantageously makes it possible to determine the "suitable" process indicator depending on the change, which is suitable for a compensation intervention.
Vorzugsweise wird das Verfahren bis zum Auffinden eines charakteristischen Punktes in dem mindestens einstufig verarbeiteten ersten Kurvenverlauf durchgeführt unter Nutzung einer am letzten untersuchten charakteristischen Punkt der abgeleiteten Messgröße ermittelten charakteristischen Wert als Index auf mindestens eine weitere Prozesskennzahl der mindestens einen weiteren abgeleiteten Messgröße.Preferably, the method is carried out until a characteristic point is found in the first curve profile processed in at least one stage, using a characteristic value determined at the last examined characteristic point of the derived measured variable as an index to at least one further process key figure of the at least one further derived measured variable.
Bevorzugt wird der Wert des Kompensationseingriffs entweder aus einem vorermittelten Modell oder im laufenden Prozess durch iterative Beobachtung der Reaktion des Prozesses auf Änderungen der Maschineneinstellungen, der Umweltbedingungen oder der Materialbeschaffenheit der plastifizierbaren Materialien oder infolge von Verschleißvorgängen an Elementen der Maschine ermittelt. Dadurch kann die Maschine vorteilhaft vorbestimmt oder selbststätig auf veränderte Rahmenbedingungen eingehen und betriebssicher und energieeffizient betrieben werden.Preferably, the value of the compensation intervention is determined either from a pre-determined model or during the ongoing process by iteratively observing the reaction of the process to changes in the machine settings, the environmental conditions or the material properties of the plasticizable materials or as a result of wear processes on elements of the machine. This allows the machine to respond advantageously in advance or independently to changed conditions and to be operated reliably and energy-efficiently.
In bevorzugter Weise wird bei Verwendung eines vorermittelten Modells dieses in dem Referenzermittlungszyklus und/oder mittels Einbringens von für das Verfahren aufbereitetem Prozesswissen ermittelt, wobei das Modell entweder vorbekannt ist oder mittels mathematischer Methoden gewonnen wird. Die Verwendung von Prozesswissen gestattet es vorteilhaft der Maschine, auf Erfahrungen zuzugreifen, die sich entweder aus den Erfahrungen eines erfahrenen Maschinenbedieners ableiten lassen und/oder die sich beim Betrieb, insbesondere beim Betrieb der jeweiligen Maschine ergeben.Preferably, when using a pre-determined model, this is determined in the reference determination cycle and/or by introducing process knowledge prepared for the method, whereby the model is either known in advance or is obtained using mathematical methods. The use of process knowledge advantageously allows the machine to access experience that can either be derived from the experience of an experienced machine operator and/or that arises during operation, in particular during operation of the respective machine.
Vorzugsweise erfolgt im Schritt g) vor der Verwendung des gespeicherten Werts des Kompensationseingriffs eine logische Prüfung des Kompensationseingriffs, aufgrund derer der Kompensationseingriff entweder ausgeführt oder verworfen wird. Dadurch kann vorteilhaft Einstellungen entgegengewirkt werden, die z. B. für den Betrieb der Maschine oder die Fertigung von Formteilen nachteilig sein könnten und die Produktion von Schlechtteilen kann vermieden werden. So kann es z. B. vorteilhaft erforderlich sein, große Kompensationseingriffe auf mehrere Folgezyklen aufzuteilen und damit eine sprunghafte Prozessänderung zu verhindern.Preferably, in step g) before the stored value of the compensation intervention is used, a logical check of the compensation intervention is carried out, on the basis of which the compensation intervention is either carried out or rejected. This can advantageously counteract settings that could be detrimental to the operation of the machine or the production of molded parts, for example, and the production of defective parts can be avoided. For example, it may be advantageous to divide large compensation interventions into several subsequent cycles and thus prevent a sudden change in the process.
Um diese Vorteile weiter zu verbessern, kann bevorzugt in die logische Prüfung des Kompensationseingriffs ein Bedienereingriff entweder interaktiv oder mittels Voreinstellung integriert sein.To further improve these advantages, operator intervention can preferably be integrated into the logical test of the compensation intervention, either interactively or by presetting.
Bevorzugterweise umfasst die logische Prüfung vorteilhaft und soweit sinnvoll Einstellungen, die systemisch Einfluss auf den Betrieb der Maschine nehmen können. Dabei kann es sich insbesondere um eine oder mehrere der folgenden Einstellungen handeln: Den Wert des Kompensationseingriffs, den aktuellen Prozesszustand, eine konkrete Maschinentechnik, wie z. B. Verstellbereiche, Zeitverhalten, Leistungsfähigkeit, regelungstechnische Aspekte und Ausrüstungspezifika, sowie vorhergehende Stelleingriffe eines Bedieners. So kann vorteilhaft ein Kompensationseingriff z. B. verzögert werden, wenn ein instationärer Betriebszustand vorliegt, z.B. wenn der Kompensationsparameter eine Temperatur ist, die sich vor einem weiteren Stelleingriff erst stabilisieren muss, oder wenn die Maschine sich noch in einem instabilen Anfahrvorgang befindet.Preferably, the logical test advantageously and where appropriate includes settings that can have a systematic influence on the operation of the machine. This can in particular be one or more of the following settings: The value of the compensation intervention, the current process state, a specific machine technology, such as adjustment ranges, time behavior, performance, control engineering aspects and equipment specifics, as well as previous control interventions by an operator. For example, a compensation intervention can advantageously be delayed if a non-stationary operating state exists, e.g. if the compensation parameter is a temperature that must first stabilize before further control intervention, or if the Machine is still in an unstable start-up process.
Vorzugsweise beruht die logische Prüfung des Kompensationseingriffs auf einfachen oder komplexen Wenn-Dann-Bedingungen und/oder auf einer Auswertung mit statistischen Verfahren, Signalverarbeitungsverfahren sowie Verfahren unter Ausnutzung künstlicher Intelligenz. Dadurch wird vorteilhaft eine schnelle Prüfung unter Reduzierung der Rechenzeit sichergestellt. Sind z. B. mehrere Kompensationsparameter vorgesehen, kann vorteilhaft ein schneller wirksamer Parameter bevorzugt überkompensierend verstellt und zurückgeführt werden, wenn ein langsamer kompensierender Parameter langsam in seiner Wirkung auf den Prozess zunimmt. Auf diese Weise lässt sich das Erreichen des angestrebten Prozesszustands beschleunigen.Preferably, the logical test of the compensation intervention is based on simple or complex if-then conditions and/or on an evaluation using statistical methods, signal processing methods and methods using artificial intelligence. This advantageously ensures a quick test while reducing the computing time. If, for example, several compensation parameters are provided, a faster-acting parameter can be adjusted and returned to overcompensate if a slower compensating parameter slowly increases its effect on the process. In this way, the achievement of the desired process state can be accelerated.
In bevorzugter Weise gehen in die logische Prüfung des Kompensationseingriffs Informationen aus unterschiedlichen Maschinenteilen, wie z. B. aus unterschiedlichen Antriebssträngen, aus maschinen- und werkzeugbezogenen Signalen, aus der Umgebung, durch die Rückmeldung eines Bedieners sowie durch externe Geräte oder Systeme oder Leitrechner ein. Dies gewährleistet vorteilhaft ein systemisch ganzheitliches Bild des Betriebs der Maschine, das zu logischen Prüfung herangezogen wird.Preferably, the logical test of the compensation intervention includes information from different machine parts, such as from different drive trains, from machine and tool-related signals, from the environment, from feedback from an operator and from external devices or systems or master computers. This advantageously ensures a systematic, holistic picture of the operation of the machine, which is used for logical testing.
Vorzugsweise sperrt ein Bediener Kompensationseingriffe auf Stellgrößen und/oder stellt diese bevorzugt ein. Stellt das Verfahren z. B. mehrere unabhängige Kompensationsmechanismen zur Verfügung, kann der Bediener aus seiner realen Prozessanschauung abgeleitet vorteilhaft die aktuell passendsten Kompensationsparameter wählen und/oder unpassende abwählen. Damit können bestimmte Abläufe während der Formteilherstellung und dadurch ggf. entstehende Charakteristika der herzustellenden Formteile bewusst unterdrückt oder bevorzugt werden.Preferably, an operator blocks compensation interventions on control variables and/or sets them as preferred. If the process provides several independent compensation mechanisms, for example, the operator can advantageously select the currently most suitable compensation parameters based on his or her actual process view and/or deselect unsuitable ones. This means that certain processes during molded part production and any resulting characteristics of the molded parts to be produced can be deliberately suppressed or preferred.
Ganz besonders bevorzugt werden mehrere ermittelte Prozesskennzahlen in ihrem Bezug zueinander untersucht, z. B. mittels Korrelations- oder Regressionsanalysen, um vorteilhaft den in der jeweiligen Situation am effektivsten wirksamen Eingriff zu ermitteln und eine Korrelation zwischen Kennzahlen unterschiedlicher Kurvenverläufe zu eliminieren. Damit wird eine Überkompensation vermieden, die bei einem Urformverfahren wie dem Spritzgießen durch Wechselwirkungen zwischen Prozessgrößen zustande kommen kann. Das Prozesswissen wird bei Ermittlung des Kompensationseingriffs berücksichtigt. Bei Ermittlung im laufenden Prozess wird dazu fortlaufend auf gespeicherte Kennzahlen aus mehreren Zyklen zurückgegriffen, bei vorheriger Ermittlung wird es statisch eingebracht.It is particularly preferable to examine several determined process parameters in relation to one another, e.g. using correlation or regression analyses, in order to advantageously determine the most effective intervention in the respective situation and to eliminate a correlation between parameters of different curves. This avoids overcompensation, which can occur in a primary forming process such as injection molding due to interactions between process variables. The process knowledge is taken into account when determining the compensation intervention. If the determination is made during the ongoing process, stored parameters from several cycles are continuously used for this purpose; if the determination is made beforehand, it is introduced statically.
Bevorzugterweise werden Messgrößen mit vorbekannten und/oder im Prozess ermittelten Materialcharakteristika der zu verarbeitenden plastifizierbaren Materialien gewichtet. Dadurch wird vorteilhaft die Genauigkeit des Verfahrens erhöht und es kann effektiv auf Schwankungen von Materialeigenschaften, insbesondere bei der Verarbeitung von Recyclaten eingegangen werden.Preferably, measured variables are weighted with previously known and/or process-determined material characteristics of the plasticizable materials to be processed. This advantageously increases the accuracy of the process and allows fluctuations in material properties, especially when processing recyclates, to be dealt with effectively.
Vorzugsweise wird zum Ermitteln des weiteren Kurvenverlaufs ein mathematisches Verfahren, welches ausgewählt und/oder parametriert aus Materialeigenschaften oder Materialklasseneigenschaften, einen davon abgeleiteten Kurvenverlauf erzeugt, und/oder ein statistisches Verfahren angewandt, welches aus Materialeigenschaften oder Materialklasseneigenschaften gewichtet, einen davon abgeleiteten Kurvenverlauf erzeugt. Vorteilhaft können diese Kurvenverläufe materialspezifisch zur Kennzahl-Ermittlung herangezogen werden und stellen damit eine zusätzliche Kompensationsmöglichkeit dar.Preferably, a mathematical method is used to determine the further curve progression, which is selected and/or parameterized from material properties or material class properties, generates a curve progression derived therefrom, and/or a statistical method is used, which weights material properties or material class properties, generates a curve progression derived therefrom. These curve progressions can advantageously be used material-specifically to determine the key figure and thus represent an additional compensation option.
In hohem Maße bevorzugt wird der Kurvenverlauf nur an singulären charakteristischen Punkten des Referenzermittlungs-/Produktionszyklus untersucht, wobei mittels iterativer Signalverfahren nach der mindestens einen Prozesskennzahl gesucht und die Auswertung beendet wird, sobald die Prozesskennzahl ermittelt wurde. Dies führt vorteilhaft zu einem reduzierten Rechenaufwand (und reduzierter Komplexität). Insbesondere erlaubt dieser Ansatz aber oftmals sofortige Kompensationseingriffe noch innerhalb desselben Teilzyklus.It is highly preferable to examine the curve only at singular characteristic points of the reference determination/production cycle, using iterative signal methods to search for at least one process key figure and ending the evaluation as soon as the process key figure has been determined. This advantageously leads to reduced computational effort (and reduced complexity). In particular, this approach often allows immediate compensation interventions within the same sub-cycle.
Die Nachführung der mindestens einen Kompensationsgröße erfolgt bevorzugt wahlweise besonders effektiv durch Anwendung wenigstens einer der folgenden Maßnahmen:
- - mit einem Nachführwert, der mehrere Prozesszyklen überspannt,
- - mit einem Nachstellbetrag, der zyklisch neu ermittelt wird,
- - im aktuellen Teilprozesszyklus,
- - in einem folgenden Teilprozesszyklus,
- - im aktuellen Prozesszyklus,
- - über den aktuellen Prozesszyklus hinaus, z. B. auch über mehrere Prozesszyklen hinweg,
- - zyklisch vollständig,
- - in einem iterativen Ansatz zyklisch anteilig,
- - gedämpft oder verstärkt,
- - direkt bei Erkennung,
- - beliebig zyklisch oder zeitlich verzögert,
- - abhängig von Stabilitätsuntersuchungen,
- - abhängig von logischen Entscheidungsvorgängen.
- - with a tracking value that spans several process cycles,
- - with an adjustment amount that is recalculated cyclically,
- - in the current sub-process cycle,
- - in a subsequent sub-process cycle,
- - in the current process cycle,
- - beyond the current process cycle, e.g. across several process cycles,
- - cyclically complete,
- - in an iterative approach cyclically proportionally,
- - attenuated or amplified,
- - immediately upon detection,
- - arbitrarily cyclical or delayed,
- - depending on stability studies,
- - dependent on logical decision-making processes.
Vorzugsweise werden mittels statistischer und iterativer Verfahren stochastische Schwankungen der mindestens einen Messgröße detektiert und ausgefiltert, um sie aus den weiteren Berechnungsschritten auszuschließen. Dadurch wird vorteilhaft die Fehleranfälligkeit des Prozesses zusätzlich verringert und insbesondere verhindert, dass z. B. unterschiedliche Abtastinkremente, Fertigungstoleranzen u. ä. an unterschiedlichen Maschinentypen die Kompensationseingriffe unzulässig beeinflussen.Preferably, stochastic fluctuations in the at least one measured variable are detected and filtered out using statistical and iterative methods in order to exclude them from the further calculation steps. This advantageously further reduces the susceptibility of the process to errors and in particular prevents, for example, different scanning increments, manufacturing tolerances, etc. on different machine types from inadmissibly influencing the compensation interventions.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.The features listed individually in the patent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and by details from the figures, whereby further embodiments of the invention are shown.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 die Nutzung eines charakteristischen Werts aus einer ggf. mehrstufig verarbeiteten 1. Messgröße als Index auf eine Prozesskennzahl in einer ggf. mehrstufig verarbeiteten 2. Messgröße, -
2 die Kaskadierung der Kennzahlermittlung aus mehreren Messgrößen mittels Indizierung auf einen oder mehrere weitere Kurvenverläufe, -
3 ein Beispiel materialspezifischer Daten, die gem.1 analog zu Kurvenverläufen aus dem Prozess verwendet werden können, -
4 -6b verschiedene Ablaufdiagramme.
-
1 the use of a characteristic value from a possibly multi-stage processed 1st measurement variable as an index to a process key figure in a possibly multi-stage processed 2nd measurement variable, -
2 the cascading of the key figure determination from several measured variables by indexing to one or more further curves, -
3 an example of material-specific data according to1 can be used analogously to curves from the process, -
4 -6b various flow charts.
Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.Before the invention is described in detail, it should be noted that it is not limited to the particular components of the device and the particular method steps, since these components and methods may vary. The terms used herein are intended only to describe particular embodiments and are not used in a limiting sense. In addition, when the singular or indefinite articles are used in the description or in the claims, this also refers to the plural of these elements, unless the overall context clearly indicates otherwise.
Bei der Erfindung handelt es sich zum einen um ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens aufweist, umfassend die folgenden Schritte eines Referenzermittlungszyklus:
- a) Ermitteln und Speichern mindestens eines teilweisen ersten Kurvenverlaufs 12, 27 mindestens einer ersten Messgröße 10 mittels mindestens eines Sensors in mindestens einem Prozesszyklus,
- b) optionales, mindestens einstufiges Verarbeiten des mindestens einen ersten Kurvenverlaufs 12, 27 mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren zur Erzeugung eines davon abgeleiteten Kurvenverlaufs 20,
- c) Ermitteln und Speichern mindestens eines charakteristischen Werts des mindestens einen teilweisen ersten Kurvenverlaufs oder optional des verarbeiteten Kurvenverlaufs 20,
- d) Nutzung des ermittelten mindestens einen charakteristischen
Werts 30 als Indizierung 80 auf mindestens eine zu ermittelnde Prozesskennzahl 40, 50, 60 in einem mindestens einstufig verarbeiteten Kurvenverlauf 25 einer weiteren Messgröße, - e) Nachverarbeiten der mindestens einen
40, 50, 60 aus mindestens einem Referenzermittlungszyklus mittels mathematischer und/oder statistischer Methoden zu mindestens einem gewichteten Prozesskennzahl-Referenzwert und Speichern desselben,Prozesskennzahl - f) analoges Wiederholen der Schritte a) bis e) aus dem Referenzermittlungszyklus zur Ermittlung mindestens eines gewichteten Prozesskennzahlwerts und Speichern desselben,
- g) abweichungsabhängiges Berechnen und Speichern mindestens eines Werts und/oder Anwenden mindestens eines gespeicherten Werts in einem Kompensationseingriff auf mindestens eine vorbestimmte Stellgröße mittels mindestens eines Aktors bei sich verändernden Produktionsbedingungen zur Nachführung der mindestens einen weiteren Prozesskennzahl 40, 50, 60,
- h) Wiederholen der Schritte f) und g) zum Fertigen weiterer Formteile.
- a) determining and storing at least one partial
12, 27 of at least one first measured variable 10 by means of at least one sensor in at least one process cycle,first curve - b) optional, at least one-stage processing of the at least one
12, 27 by means of mathematical and/or statistical methods to generate afirst curve curve 20 derived therefrom, - c) determining and storing at least one characteristic value of the at least one partial first curve or optionally of the processed
curve 20, - d) use of the determined at least one
characteristic value 30 as anindex 80 for at least one process key figure 40, 50, 60 to be determined in acurve 25 of another measured variable processed in at least one stage, - e) post-processing the at least one process key figure 40, 50, 60 from at least one reference determination cycle using mathematical and/or statistical methods to produce at least one weighted process key figure reference value and storing the same,
- f) analogous repetition of steps a) to e) from the reference determination cycle to determine at least one weighted process key figure value and storing it,
- g) deviation-dependent calculation and storage of at least one value and/or application of at least one stored value in a compensation intervention to at least one predetermined manipulated variable by means of at least one actuator in the event of changing production conditions for tracking the at least one further process key figure 40, 50, 60,
- h) Repeat steps f) and g) to produce further molded parts.
In vorteilhafter Weise ist dadurch ein homogenes und gewichtskonstantes Formteil mit einer vorgegebenen Qualität herstellbar. Dabei werden Störungen bei den Berechnungen innerhalb eines Prozesszyklus unterdrückt und die Prozesszykluszeiten durch eine Minimierung der Rechenzeiten verkürzt.This advantageously makes it possible to produce a homogeneous and weight-constant molded part with a specified quality. Disturbances in the calculations within a process cycle are suppressed and the process cycle times are shortened by minimizing the computing times.
Bei dem ersten Kurvenverlauf mindestens einer ersten Messgröße kann es sich um einen bereits bestehenden Kurvenverlauf einer bereits vorhandene Messgröße und/oder ebenso um einen weiteren Kurvenverlauf einer weiteren Messgröße handeln, die verfahrensgemäß dann als erste Messgröße Eingang ins Verfahren findet. Das Gleiche gilt auch für die Prozesskennzahl, bei der es sich um eine bereits vorhandene und/oder eine weitere Prozesskennzahl handeln kann, die verfahrensgemäß bestimmt wird.The first curve of at least one first measured variable can be an existing curve of an already existing measured variable and/or another curve of another measured variable, which is then included in the process as the first measured variable according to the procedure. The same applies to the process key figure, which can be an existing and/or another process key figure that is determined according to the procedure.
Anders als im Stand der Technik erfolgt die Ermittlung und Speicherung von Kurvenverläufen in der Regel nicht vollständig über den kompletten Prozesszyklus, sondern kann auch nur über Teile eines Prozesszyklus erfolgen oder auch auf Abschnitte ausgerichtet sein, an denen sich im Prozess regelmäßig signifikante Merkmale bzw. Eigenschaften eines Prozesszyklus abzeichnen.In contrast to the state of the art, the determination and storage of curve progressions is generally not carried out completely over the entire process cycle, but can also be carried out only over parts of a process cycle or can also be focused on sections in which significant features or properties of a process cycle regularly become apparent in the process.
Dabei wird vorteilhafterweise eine iterative Bearbeitung der Messkurven über jeden einzelnen Messpunkt durchgeführt, bis ein charakteristischer Punkt erkannt wird, an dem die weitere Erfassung abgebrochen werden kann und die folgenden Auswertungsschritte eingeleitet werden. Das Auffinden eines derartigen charakteristischen Punkts liefert eine Prozesskennzahl, insbesondere aber eine Indizierung in einen weiteren Kurvenverlauf. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere Referenzzyklen durchzuführen und die dabei ermittelten Werte oder Kurvenabschnitte zu bewerten (gewichten, mitteln, sortieren, etc.), um zu den dann verwendeten Referenzwerten zu gelangen.It is advantageous to carry out iterative processing of the measurement curves over each individual measurement point until a characteristic point is identified at which further recording can be stopped and the following evaluation steps are initiated. Finding such a characteristic point provides a process key figure, but in particular an index into a further curve progression. In principle, it is also possible to carry out several reference cycles and to evaluate the values or curve sections determined in the process (weight, average, sort, etc.) in order to arrive at the reference values then used.
Bei den Messgrößen der Sensoren kann es sich z. B. um einen Spritzdruck, Schneckenweg, Drehmoment, einen Druck oder eine Temperatur in einem Schneckenvorraum einer Förderschnecke oder eine Temperatur eines Werkzeugs einer Spritzgießmaschine handeln.The measured variables of the sensors can be, for example, an injection pressure, screw path, torque, a pressure or a temperature in a screw antechamber of a conveyor screw or a temperature of a tool of an injection molding machine.
Bei den Stellgrößen der Aktoren kann es sich z. B. um einen Umschaltpunkt, eine Nachdruckhöhe, eine Nachdruckdauer oder ein Einspritzprofil handeln.The actuator control variables can be, for example, a switching point, a holding pressure level, a holding pressure duration or an injection profile.
Die Erfassung der Messgrößen kann über einen oder mehrere Prozesszyklen erfolgen. Weiterhin kann die Veränderung von Stellgrößen in einem oder in beliebigen Prozesszyklen erfolgen.The measured variables can be recorded over one or more process cycles. Furthermore, the manipulated variables can be changed in one or any process cycles.
Die Verarbeitung des mindestens einen Kurvenverlaufs kann ggf. durch multivariate mathematische und/oder multivariate statistische Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann ein Druckverlauf unter Verwendung einer ersten Prozesskennzahl untersucht werden, um eine Indizierung auf eine Position in einem verarbeiteten Temperaturverlauf oder einem verarbeiteten Materialeigenschaftsverlauf zu erhalten. Kurvenverläufe, die nicht im Fertigungsprozess ermittelt werden, sondern z. B. grundlegende Informationen zu Prozesszusammenhängen beinhalten, können so in analoger Weise in das Verfahren integriert werden.The processing of at least one curve can be carried out using multivariate mathematical and/or multivariate statistical methods. For example, a pressure curve can be examined using a first process characteristic in order to obtain an index of a position in a processed temperature curve or a processed material property curve. Curves that are not determined in the manufacturing process but contain, for example, basic information on process relationships can be integrated into the process in an analogous manner.
Beispielweise kann die ggf. mehrstufige Verarbeitung eines Kurvenverlaufs mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren aus einer einfachen Filterung, einer Ableitung (Differenzialrechnung) oder einer Integration (Integralrechnung) oder durch eine mehrmalige Anwendung eines oder mehrerer dieser Verfahren erfolgen. Somit ist unter einer ggf. mehrstufigen Verarbeitung eine entweder einstufige oder mehrstufige Verarbeitung zu verstehen.For example, the possibly multi-stage processing of a curve using mathematical and/or statistical methods can be carried out from a simple filtering, a derivation (differential calculus) or an integration (integral calculus) or by applying one or more of these methods several times. Thus, possibly multi-stage processing is to be understood as either single-stage or multi-stage processing.
Der Wert des Kompensationseingriffs kann entweder aus einem vorermittelten Modell oder im laufenden Prozess durch iterative Beobachtung der Reaktion des Prozesses auf Änderungen der Maschineneinstellungen, der Umweltbedingungen, der Materialbeschaffenheit der plastifizierbaren Materialien oder infolge von Verschleißvorgängen an Elementen der Maschine ermittelt werden.The value of the compensation intervention can be determined either from a pre-determined model or during the running process by iteratively observing the reaction of the process to changes in machine settings, environmental conditions, the material properties of the plasticizable materials or as a result of wear and tear on elements of the machine.
Bei einem vorermittelten Modell kann es sich z.B. um einen modellhaft ermittelten Zusammenhang zwischen bestimmten Kurvencharakteristika im Kurvenverlauf einer Messgröße - oder ihrer Differentiale oder Integrale - zu damit im Zusammenhang stehenden Charakteristika einer zweiten Messgröße - oder ihrer Differentiale oder Integrale - handeln, die bereits grundsätzlich oder an der jeweiligen Maschine als nachweislich zutreffend ermittelt wurden.A pre-determined model can, for example, be a model-based relationship between certain curve characteristics in the curve of a measured variable - or its differentials or integrals - and related characteristics of a second measured variable - or its differentials or integrals - which have already been determined to be demonstrably correct in principle or on the respective machine.
Eine Ermittlung des Werts des Kompensationseingriffs kann wie in den folgenden Schritten beschrieben erfolgen:
- 1. Zyklische Ermittlung der Abweichung zwischen Prozesskennzahl-Referenzwerten aus dem Referenzermittlungszyklus und analog definierten und ermittelten Prozesskennzahlen in einem ersten Produktionszyklus,
- 2. Ausführung eines Kompensationseingriffs mit einer vordefinierten Einstellgröße mit einem vordefinierten Wert im selben Zyklus,
- 3. Optional: Übergang zu einem zweiten Produktionszyklus,
- 4. Zyklische Ermittlung der Abweichung zwischen Prozesskennzahl-Referenzwerten und Prozesskennzahlen des aktuellen zweiten Produktionszyklus,
- 5. Adaptive Anpassung des Werts des Kompensationseingriffs, bis die Prozesskennzahlabweichung ausgeglichen ist.
- 1. Cyclic determination of the deviation between process key figure reference values from the reference determination cycle and analogously defined and determined process key figures in a first production cycle,
- 2. Execution of a compensation intervention with a predefined setting variable with a predefined value in the same cycle,
- 3. Optional: Transition to a second production cycle,
- 4. Cyclic determination of the deviation between process key figure reference values and process key figures of the current second production cycle,
- 5. Adaptive adjustment of the compensation intervention value until the process key figure deviation is compensated.
Bei Verwendung eines vorermittelten Modells, kann dieses in dem Referenzermittlungszyklus und/oder mittels Einbringens von für das Verfahren aufbereitetem Prozesswissen ermittelt werden, das entweder vorbekannt ist oder mittels mathematischer Methoden gewonnen wird.When using a pre-determined model, this can be determined in the reference determination cycle and/or by introducing process knowledge prepared for the procedure, which is either previously known or obtained using mathematical methods.
Vorteilhaft kann im Schritt g) vor der Verwendung des gespeicherten Werts des Kompensationseingriffs eine logische Prüfung des Kompensationseingriffs erfolgen, aufgrund derer der Kompensationseingriff entweder ausgeführt oder verworfen wird.Advantageously, in step g) before using the stored value of the compensation intervention, a logical check of the compensation intervention can be carried out, on the basis of which the compensation intervention is either carried out or rejected.
Die logische Prüfung kann den Wert des Kompensationseingriffs, den aktuellen Prozesszustand, eine konkrete Maschinentechnik, wie z. B. Verstellbereiche, Zeitverhalten, Leistungsfähigkeit, regelungstechnische Aspekte und Ausrüstungspezifika, sowie vorhergehende Stelleingriffe eines Bedieners umfassen.The logical test can include the value of the compensation intervention, the current process state, a specific machine technology, such as adjustment ranges, time behavior, performance, control engineering aspects and equipment specifics, as well as previous control interventions by an operator.
Die logische Prüfung des Kompensationseingriffs kann auf einfachen oder komplexen Wenn-Dann-Bedingungen und/oder auf einer Auswertung mit statistischen Verfahren, Signalverarbeitungsverfahren sowie Verfahren unter Ausnutzung künstlicher Intelligenz beruhen.The logical test of the compensation intervention can be based on simple or complex if-then conditions and/or on an evaluation using statistical methods, signal processing methods and methods using artificial intelligence.
In die logische Prüfung des Kompensationseingriffs können Informationen aus unterschiedlichen Maschinenteilen, wie z. B. aus unterschiedlichen Antriebssträngen, aus maschinen- und werkzeugbezogenen Signalen, aus der Umgebung, durch die Rückmeldung eines Bedieners sowie durch externe Geräte oder Systeme oder Leitrechner eingehen.The logical test of the compensation intervention can include information from different machine parts, such as from different drive trains, from machine and tool-related signals, from the environment, from feedback from an operator as well as from external devices or systems or master computers.
Der automatischen Durchführung des Kompensationseingriffs kann in vorteilhafter Weise eine interaktive Beurteilung / Freigabe eines Bedieners vorgeschaltet werden. In vorteilhafter Weise kann ein Bediener Kompensationseingriffe auf Stellgrößen sperren und/oder diese bevorzugt einstellen. Damit können bestimmte Abläufe während der Formteilherstellung und dadurch ggf. entstehende Charakteristika der herzustellenden Formteile bewusst unterdrückt oder bevorzugt werden. Der Bediener behält damit trotz weitgehender Automatisierung des Verfahrens die Entscheidungsgewalt.The automatic implementation of the compensation intervention can advantageously be preceded by an interactive assessment/approval by an operator. An operator can advantageously block compensation interventions on control variables and/or set them as preferred. This means that certain processes during the molded part production and any resulting characteristics of the molded parts to be produced can be deliberately suppressed or preferred. The operator thus retains the power of decision despite the extensive automation of the process.
Mehrere ermittelte Prozesskennzahlen (30, 40, 50, 60, 65) können in ihrem Bezug zueinander untersucht werden, z.B. mittels Korrelations- oder Regressionsanalysen. So kann z.B. aus einer druckabhängigen Prozesskennzahl der temperaturabhängige Anteil herausgerechnet werden.Several determined process indicators (30, 40, 50, 60, 65) can be examined in relation to one another, e.g. using correlation or regression analyses. For example, the temperature-dependent part can be calculated from a pressure-dependent process indicator.
Messgrößen können vorteilhaft mit vorbekannten und/oder im Prozess ermittelten Materialcharakteristika der zu verarbeitenden plastifizierbaren Materialien gewichtet werden. Dadurch wird die Genauigkeit des Verfahrens erhöht.
Der Kurvenverlauf kann vorteilhaft nur an singulären charakteristischen Punkten des Referenzermittlungs-/Produktionszyklus untersucht werden, wobei mittels iterativer Signalverfahren nach der mindestens einen Prozesskennzahl (30, 40, 50, 60, 65) gesucht und die Auswertung beendet wird, sobald die Prozesskennzahl (30, 40, 50, 60, 65) ermittelt wurde. Damit kann eine Kompensation ggfs. noch im selben Teilzyklus erfolgen.The curve can advantageously be examined only at singular characteristic points of the reference determination/production cycle, whereby iterative signal methods are used to search for at least one process key figure (30, 40, 50, 60, 65) and the evaluation is terminated as soon as the process key figure (30, 40, 50, 60, 65) has been determined. This means that compensation can be carried out in the same sub-cycle if necessary.
Die Nachführung der mindestens einen Prozesskennzahl (30, 40, 50, 60, 65) erfolgt wahlweise:
- - mit einem Nachführwert, der mehrere Prozesszyklen überspannt,
- - mit einem Nachstellbetrag, der zyklisch neu ermittelt wird,
- - im aktuellen Teilprozesszyklus,
- - in einem folgenden Teilprozesszyklus,
- - im aktuellen Prozesszyklus,
- - über den aktuellen Prozesszyklus hinaus, z. B. auch über mehrere Prozesszyklen hinweg,
- - zyklisch vollständig,
- - in einem iterativen Ansatz zyklisch anteilig,
- - gedämpft oder verstärkt,
- - direkt bei Erkennung,
- - beliebig zyklisch oder zeitlich verzögert,
- - abhängig von Stabilitätsuntersuchungen,
- - abhängig von logischen Entscheidungsvorgängen.
- - with a tracking value that spans several process cycles,
- - with an adjustment amount that is recalculated cyclically,
- - in the current sub-process cycle,
- - in a subsequent sub-process cycle,
- - in the current process cycle,
- - beyond the current process cycle, e.g. across several process cycles,
- - cyclically complete,
- - in an iterative approach cyclically proportionally,
- - attenuated or amplified,
- - immediately upon detection,
- - arbitrarily cyclical or delayed,
- - depending on stability studies,
- - dependent on logical decision-making processes.
Mittels statistischer und iterativer Verfahren können stochastische Schwankungen der mindestens einen Messgröße detektiert und ausgefiltert werden, um sie aus den weiteren Berechnungsschritten auszuschließen. Dadurch wird die Qualität der zu erzeugenden Formteile nochmals erhöht bzw. die Fehleranfälligkeit des Prozesses zusätzlich verringert und die Stabilität des Verfahrens verbessert.Using statistical and iterative methods, stochastic fluctuations in at least one measured variable can be detected and filtered out in order to exclude them from the further calculation steps. This further increases the quality of the molded parts to be produced, further reduces the susceptibility to errors in the process and improves the stability of the process.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den
Zunächst erfolgt gemäß
Steht ein derartiger Prozess als Referenz fest, wird im nächsten Schritt mindestens ein teilweiser Kurvenverlauf 12, 27wenigstens einer ersten Messgröße mittels mindestens eines Sensors in einem Prozesszyklus ermittelt und gespeichert, wobei zur Erfassung spezifischer Kennzahlen bzw. charakteristischer Punkte aus den Kurvenverläufen 10, 25, die von Sensoren erfasst werden, im Schritt 120 spezifische Prozesskennzahlen bzw. charakteristische Punkte 30, 30 erfasst werden.If such a process is established as a reference, in the next step at least a
Die Sensordaten können von einem oder mehreren beliebigen Sensor/en stammen, wie z.B. einem Sensor zur Ermittlung des Spritzdrucks, einem Positionssensor zur Ermittlung des Schneckenweges oder einem Sensor zur Erfassung des Drehmoments des Antriebs. Ebenso können weitere Sensordaten beigezogen werden, wie z.B. der Druck im Schneckenvorraum oder die Temperatur an Spritzgießeinheit und/oder Formwerkzeug. Ebenso können Kurvenverläufe anderer Herkunft in derselben Weise verarbeitet werden, wie z. B. Materialdaten o. ä., die in Kurvenform vorliegen (s.
Es erfolgt optional ein mindestens einstufiges Verarbeiten des mindestens einen ersten Kurvenverlaufs mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren zur Erzeugung eines davon abgeleiteten Kurvenverlaufs 20. Die Erfassung von Prozesskennzahlen kann über einen Teil eines Zyklus, einen gesamten Zyklus oder auch über mehrere Zyklen gegebenenfalls unter Einsatz statistischer Verfahren und eventuell über speziell angepasste Referenzabläufe erfolgen. Als charakteristische Punkte kommen z.B. ein Umschaltpunkt zwischen Einspritzen und Nachdruck, die Nachdruckhöhe, die Nachdruckdauer oder ein bestimmtes Einspritzprofil in Betracht, allgemein aber jeder beliebige Punkt in einem Kurvenverlauf aus Sensordaten oder auch aus anderen Datenquellen, wie z. B. Verläufen von Materialkennwerten, die sich mittels mathematischer / statistischer Verfahren gewinnen lassen.Optionally, at least one first curve is processed in at least one stage using mathematical and/or statistical methods to generate a
Lagen bereits zuvor Kurvenverläufe vor, so kann das Verfahren auch weitere Kurvenverläufe ermitteln aufgrund von weiteren Messgrößen.If curve progressions were already available previously, the method can also determine further curve progressions based on additional measured variables.
Im folgenden Schritt 130 erfolgt ein Vergleich der Prozesskennzahlen bzw. charakteristischen Punkte der Referenz mit den entsprechenden Werten im aktuellen Prozesszyklus.In the
Im Schritt 140 erfolgt eine Validierung der Vergleichbarkeit der Referenz und des aktuellen Zyklus. Ist diese Vergleichbarkeit gegeben, erfolgt im Schritt 150 ein Berechnen von neuen Einstelldaten bzw. ein aktiver Eingriff auf den Prozess anhand der zuvor erfassten Unterschiede der Prozesskennzahlen zwischen der Referenz und dem aktuellen Zyklus. In diesem Fall wird die Bildung des Formteils im Schritt 170 abgeschlossen und das Verfahren im Schritt 130 mit den geänderten Einstelldaten fortgesetzt.In
Ergibt Schritt 140, dass keine Vergleichbarkeit der Referenz und des aktuellen Zyklus vorliegt, erfolgt gemäß Schritt 160 keine Berechnung von Einstelldaten. Stattdessen erfolgt eine Ausgabe bzw. ein Eingriff in den Prozess, indem das gefertigte Formteil als Schlechtteil gekennzeichnet wird, der Zyklus am Ende gestoppt wird und/oder eine Fehlerauswertung stattfindet.If
Aus
Die Erfassung der teilweisen Abläufe erfolgt schrittweise iterativ. Sobald an Kurvenverlauf 1 ein vorgegebener charakteristischer Punkt erreicht wird, kann daraus bedarfsweise eine Prozesskennzahl ermittelt werden. Auf jeden Fall wird der charakteristische Punkt jedoch als Abbruchkriterium für die Erfassung und Verarbeitung in allen gleichzeitig untersuchten Kurvenverläufen genutzt und als Indizierung von Kurvenverlauf 1 in den oder die weiteren Kurvenverläufe genutzt, wo mit seiner Hilfe charakteristische Punkte 39 sowie Prozesskennzahlen 40 wenigstens eines weiteren Kurvenverlaufs 25 ermittelt werden.The partial processes are recorded step by step in an iterative manner. As soon as a predetermined characteristic point is reached on
Die Prozesskennzahlen 40 werden über mindestens einen Referenzzyklus ermittelt und können mit mathematischen / statistischen Verfahren nachverarbeitet werden (Schritt 41), z.B. in Form einer Mittelung, Gewichtung oder dergleichen. Nach Abschluss der Referenzzyklen liegen eine oder mehrere Referenz-Prozesskennzahlen 42 aus einem oder mehreren Kurvenverläufen 25 vor.The process key figures 40 are determined over at least one reference cycle and can be post-processed using mathematical/statistical methods (step 41), e.g. in the form of averaging, weighting or the like. After completion of the reference cycles, one or more reference process key figures 42 from one or more curve profiles 25 are available.
Aus
Dazu wird, wie in
Gem.
Der Abstandswert wird anschließend einer logischen Prüfung (Schritt 140) unterzogen, von der abhängig gemacht wird, ob ein Kompensationseingriff auf eine vorgesehene Einstellgröße durchgeführt (Schritt 150) oder unterlassen (Schritt 160) wird. Ein Beispiel einer derartigen logischen Prüfung kann sein, die Vergleichbarkeit der Referenz-Kurvenverläufe und der Produktions-Kurvenverläufe festzustellen. Andere Möglichkeiten wurden bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele genannt. Es können alle zweckdienlichen mathematischen Methoden herangezogen werden. Auch ein entscheidender Bedienereingriff kann an dieser Stelle möglich sein.The distance value is then subjected to a logical test (step 140), which determines whether a compensation intervention on a specified setting value is carried out (step 150) or omitted (step 160). An example of such a logical test can be to determine the comparability of the reference curves and the production curves. Other possibilities were mentioned in the description of the exemplary embodiments. All appropriate mathematical methods can be used. A decisive operator intervention can also be possible at this point.
Wie gemäß
Der Ablauf startet mit dem Einspritzen bzw. der Formteilbildung in Schritt 620. Dabei wird in Schritt 630 als charakteristischer Punkt ein Wegpunkt der Förderschnecke, nämlich der charakteristische Punkt „Start Füllung“ sfref erfasst, der dem Zeitpunkt entspricht, zu dem plastifizierbares Material in die Spritzgießform eingespritzt wird. Im Schritt 640 erfolgt ein Vergleich des Schneckenwegs sfref des Referenz-Prozesszyklus mit dem Wert sf, aus dem aktuellen Zyklus zu
Im Schritt 650 wird nun geprüft, ob der maximal zulässige Differenzwert dsmax größer gleich dem ermittelten Wert dsi des Zyklus ist. Ist dies der Fall, erfolgt im Schritt 655 eine Änderung des Umschaltpunktes Up wie folgt zu
- Upneu der angepasste Umschaltpunkt,
- Upsoll der vorher gesetzte Sollwert des Umschaltpunkts, sowie
- k ein konfigurierbarer zyklusabhängiger Faktor und/oder ein materialabhängiger Faktor ist.
- Up new the adjusted switching point,
- Up should be the previously set setpoint of the switching point, as well as
- k is a configurable cycle-dependent factor and/or a material-dependent factor.
Hat der Vergleich in Schritt 650 jedoch ergeben, dass der Wert dsi > dsmax ist, ist der maximale Verstellweg gemäß der gesetzten Obergrenze überschritten, so dass in Schritt 660 eine Mitteilung des Formteils als Schlechtteil erfolgt mit anschließender Fehlerauswertung.However, if the comparison in
In Schritt 670 erfolgt ein Umschalten auf Nachdruck nach erfolgtem Einspritzen, wobei als weitere Prozesskennzahl nun eine charakteristische Volumendifferenz sNDdiff z.B. zwischen dem Start und Ende des Nachdrucks in Schritt 680 in
- sNDdiff, ref = Volumendifferenz im Referenzzyklus
- sNDdiff, akt = Volumendifferenz im aktuellen Zyklus
- s NDdiff, ref = volume difference in the reference cycle
- s NDdiff, act = volume difference in the current cycle
In Schritt 691 erfolgt ein Ändern des Nachdrucks abhängig von NDref und ΔsNDdiff.In
Mit Schritt 692 ist der Nachdruck beendet und damit auch in Schritt 693 die Formteilbildung beendet, so dass mit den gewonnenen Informationen in Schritt 620 im nächsten Zyklus fortgesetzt wird. Damit können in den folgenden Zyklen entsprechende Formteile gefertigt werden.With
Bei der Erfindung handelt es sich auch um eine zyklisch arbeitende Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens, mindestens einen Sensor und mindestens einen Aktor aufweist, wobei die Maschine geeignet ist, das Verfahren auszuführen.The invention also relates to a cyclically operating machine for processing plastics and other plasticizable materials for producing molded parts, wherein the machine has a controller for carrying out the method, at least one sensor and at least one actuator, wherein the machine is suitable for carrying out the method.
Außerdem handelt es sich bei der Erfindung um ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, wobei der Programmcode des Computerprogrammprodukts geeignet ist, das Verfahren mittels der zyklisch arbeitenden Maschine auszuführen.Furthermore, the invention relates to a computer program product with a program code stored on a computer-readable medium, wherein the program code of the computer program product is suitable for carrying out the method by means of the cyclically operating machine.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Kurvenverlauf einer Messgröße,Curve of a measured quantity,
- 1111
- Kurvenverlauf einer weiteren Messgröße,Curve of another measured value,
- 1212
- teilweiser Kurvenverlauf / Messpunktpartial curve / measuring point
- 2020
- verarbeiteter Kurvenverlauf einer ersten Messgrößeprocessed curve of a first measured value
- 2525
- verarbeiteter Kurvenverlauf einer weiteren Messgrößeprocessed curve of another measured value
- 2727
- teilweiser Kurvenverlauf / Messpunktpartial curve / measuring point
- 3030
- Prozesskennzahl an der ggf. mehrstufig verarbeiteten 1. MessgrößeProcess key figure for the first measured variable, possibly processed in several stages
- 29, 3929, 39
- charakteristischer Punktcharacteristic point
- 40 2.40 2.
- Prozesskennzahl durch Indizierung mittels einer 1. Prozesskennzahl auf einen ggf. mehrstufig verarbeiteten 2. Kurvenverlauf einer MessgrößeProcess key figure by indexing using a 1st process key figure on a possibly multi-stage processed 2nd curve of a measured variable
- 4141
- NachverarbeitungPost-processing
- 4242
- Referenz-ProzesskennzahlReference process key figure
- 50, 60, 6550, 60, 65
- weitere Prozesskennzahlfurther process key figure
- 8080
- Indizierung von ProzesskennzahlenIndexing of process metrics
- 100 - 130100 - 130
- Schrittesteps
- 135135
- SchrittStep
- 140 - 170140 - 170
- Schrittesteps
- 620 - 650620 - 650
- Schrittesteps
- 655655
- SchrittStep
- 660 - 690660 - 690
- Schrittesteps
- 691 - 693691 - 693
- Schrittesteps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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