DE19954244A1

DE19954244A1 - Vorrichtung zur qualitätsoptimierten Produktionssteuerung von Wellpappenanlagen

Info

Publication number: DE19954244A1
Application number: DE19954244A
Authority: DE
Inventors: Franz Detro; Karl Lieven; Martin Nelke; Torsten Schroetter
Original assignee: MIT MAN INTELLIGENTER TECHNOLO
Current assignee: MIT MAN INTELLIGENTER TECHNOLO
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-04-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) (10) eines Wellpappeproduktes (4) aus einer durch technische Parameter gegebenen Rohpappenspezifikation von Wellpappe (6) und/oder einer gleichfalls durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikation (14) des Wellpappeproduktes, wobei zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) (10) ein neuronales Approximationsnetz (21) oder eine Approximations Fuzzy Logic verwendet werden, denen als Eingangsgrößen zumindest die technischen Parameter der Rohpappenspezifikation (6) und die technischen Parameter der Produktspezifikation (14) zugeführt werden und die als Ausgangsgröße zumindest den Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) (10) liefert. Auch lehrt sie eine Vorrichtung zur Bestimmung der technichen Parameter einer Rohpappenspezifikation (6) von Wellpappe aus zumindest einer durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikation (14) eines Wellpappeproduktes und einem Stapelstauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) (22) als Eingangsgrößen, die auch die Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) (23) des Wellpappeproduktes nach der vorliegenden Erfindung aufweist und sie zur Bestimmung der Parameter der Rohpappenspezifikation (14) verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur qualitätsoptimierten Produktions steuerung von Wellpappenanlagen.

Ausgangsmaterial für die Wellpappenherstellung ist das Wellpappenrohpapier. Je nach Auf gabenstellung steht ein breites Sortenspektrum mit unterschiedlichen physikalischen und optischen Eigenschaften zur Auswahl. Die Deckenpapiere zeichnen sich generell durch eine hohe Berst- und Reißfestigkeit aus, da die "Außenhaut" der Wellpappe besonders starken Beanspruchungen standhalten muß. Über die Stapelfähigkeit und die Polstereigenschaften der Verpackung entscheidet zusätzlich die Wahl der Wellenpapiere. Je nach eingesetzter Papiersorte und Flächengewicht entstehen so Wellpappensorten definierter Festigkeit. Ein weiteres Entscheidungskriterium sind die Anforderungen an die Bedruckung der Verpac kung. Decken- und Wellenpapiere können sowohl aus Frischfaser (Holzstoff) als auch aus Altpapier hergestellt werden. Je nach Faserzusammensetzung unterscheidet man die Well pappenrohpapiere: so etwa Kraftliner, Testliner oder Schrenz als Deckenpapiere und Halb zellstoffpapier oder Wellenstoff als Wellenpapiere.

Die Herstellung der Wellpappe erfolgt in der sogenannten Wellpappenanlage (WPA). Das Papier wird erwärmt und befeuchtet und erreicht dadurch die erforderliche Elastizität, um geformt zu werden. Es wird dann unter Druck- und Hitzeeinwirkung zwischen zwei zahn radartig ineinandergreifenden Riffelwalzen hindurchgeführt. So kommt die Welle in die Pappe. Je nach gewünschter Wellenform haben die Walzen eine grobe, mittlere oder feine Riffelung. So entstehen die unterschiedlichen Wellenarten, die nach Wellenhöhe und -breite definiert sind (vgl. auch DIN 55 468). Das gewellte Papier wird dann mit erhitztem Stärke leim mit einer glatten Deckenbahn verklebt. Die einseitige Wellpappe ist fertig. Wird auf die einseitige Wellpappe eine zweite Deckenbahn aufgeklebt, entsteht die einwellige Well pappe. Sie ist die verbreitetste Wellpappenart. Durch Hinzufügen weiterer gewellter und glatter Papierbahnen wird mehrwellige (zwei- und dreiwellige) Wellpappe hergestellt. Diese Sorten werden bei besonderen Anforderungen an die Stabilität eingesetzt.

Die Wellpappenbahnen werden vor Verlassen der Wellpappenmaschine auf die geforderten Formate - abhängig von der weiteren Verarbeitung - zugeschnitten und gerillt. Dies ge schieht mit Hilfe rotierender Schneid- und Rillmesser, die in Längs- oder in Querrichtung arbeiten. Bis zu 300 Meter Wellpappe pro Minute können an modernen Wellpappenanla gen hergestellt werden.

Aus den Wellpappenformaten entstehen im nächsten Arbeitsgang, dem Finishing, Schach teln, Stanzverpackungen, polsternde Innenverpackungen, Displays etc. Sogenannte Inline- Maschinen (von engl. "in line" - in einer Reihe) verarbeiten Wellpappenzuschnitte zu ferti gen Faltkisten, dem noch immer häufigsten Wellpappenprodukt. Mehr als 20.000 Stück pro Stunde werden hier bedruckt, geschlitzt, gefaltet und seitlich verschlossen. Dieser seitliche Verschluß wird je nach verpackungstechnischen Erfordernissen durch Verleimen, durch Überkleben mit Verschlußstreifen oder durch Heften mit Drahtklammern vorgenommen. Maschinengängige Verpackungen für Abpackautomaten entstehen auf elektronisch gesteu erten Stanzen, die Millimeterarbeit leisten. Es gibt sie als Flachbett- oder Rotationsstanzen. Soll eine Verpackung aus Wellpappe nicht nur maßgeschneidert und stabil, sondern auch extrem wasserabweisend, fettabweisend, ölfest, schwer entflammbar, rutsch- und scheuer fest, fäulnisverhindernd oder gar insektenabweisend sein, können diese Eigenschaften durch Imprägnieren und Beschichten erzielt werden. Die Imprägnierung der Papieroberfläche erfolgt entweder bereits bei der Herstellung der Wellpappenrohpapiere oder in der Well pappenanlage. Alle Papierbahnen der Wellpappe können so behandelt werden. Bei den Wellpappenformaten ist die Beschichtung der Innen- und Außenseite mit Paraffin und schmelzbaren Kunststoffen (heiße Verfahren) sowie mit Kunststoffdispersionen und Lacken (kalte Verfahren) möglich.

Die Verwender von Wellpappenverpackungen müssen sich auf eine gleichbleibende Quali tät der verschiedenen Sorten verlassen können. Nur so ist sichergestellt, daß alle Kriterien für den Schutz vor Transport- und Lagerbeanspruchungen auch erfüllt werden. Diese be treffen Beanspruchungen durch Stoß, Druck, Zug und Biegung genauso wie jene, die durch Scheuern, Vibration, Klimaeinflüsse, Korrosion, Strahlen oder Tiere und Pflanzen entste hen. Der Verband der Wellpapperiindustrie (VDW) hat Standardqualitäten für Wellpappe geschaffen. Diese Sorten mit zugeordneten Festigkeitswerten erleichtern es den Verwen dern, Angebote verschiedener Hersteller zu vergleichen. Das Ziel dieser Standardisierung war es, daß jeder Hersteller von Wellpappe bei Anfragen identische Qualitäten anbietet. Außerdem vereinfacht die Sortenklarheit das Bestellwesen und die Eingangskontrolle. Auch der Verpackungsentwicklung stehen so verbindliche technologische Werte für ihre Arbeit zur Verfügung. Die Klassifizierungsnormen beschreiben die Festigkeit der Well pappe und damit auch der Wellpappenverpackung.

Sie werden heute durch mehrere technologische Werte bestimmt:

- den Berstwiderstand,
- die Durchstoßarbeit, und
- den Kantenstauchwiderstand.

Um ein Maß für die Festigkeit von Wellpappenverpackungen zu erhalten, wird ein soge nannter Stapelstauchwiderstand nach einer genormten Prüfmethode gemessen. Beim Box- Compressions-Test staucht man eine verschlossene leere Wellpappenverpackung zwischen zwei ebenen und parallelen Druckplatten in einer Prüfpresse mit konstanter Stauchge schwindigkeit - bis die Verpackung zusammenbricht. Die maximal erreichte Kraft gibt den Stapelstauchwiderstand der Wellpappenverpackung an. Am Ende folgt die Qualitätssiche rung, bei der als wesentliches Kennzeichen der Stapelstauchwiderstand in Newton (BCT- Wert, Box Compression Test) bestimmt wird.

Dieser BCT-Wert stellt für Wellpappeverpackungen neben dem für die Transportfähigkeit von Wellpappeverpackungen wichtigen Werten für die Berstfestigkeit (Berstwiderstand) und die Durchstoßarbeit der Wellpappe eine weitere entscheidende Kenngröße dar, die die Stapelfähigkeit der jeweiligen Wellpappeverpackung beschreibt.

Die Stapelbeanspruchung stellt eine statische (ruhende) Belastung dar, bei der das Packgut selbst zumeist nicht mitträgt. Im Gegensatz zur Eigenschaft der Transportfähigkeit, die die Eignung der Verpackung beschreibt einer dynamischen Transportbeanspruchung gewach sen zu sein, bezieht sich der BCT-Wert somit auf ihre Eignung der statischen Stapelbean spruchung zu genügen, wobei ein möglichst hoher BCT-Wert (Stapelstauchwiderstand) erwünscht ist.

Will man nun den BCT-Wert so beeinflussen, daß er den Anforderungen im Hinblick auf die für die vorgesehene Verwendung der Wellpappeverpackungen notwendige Stapelbean spruchung Genüge tut, so wird man einen Zusammenhang zwischen den durch entspre chende technische Parameter gegebenen Rohpappespezifikationen und den gleichfalls durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikationen einerseits und dem BCT-Wert andererseits suchen, um so den BCT-Wert des Wellpappeprodukts über die Parameter der Rohpappespezifikation planmäßig beeinflussen zu können, wobei die Rohpappenspezifika tion dabei vorzugsweise die Festlegung von

- Flächengewicht
- Papiersorte, und
- Art der Verleimung

für jede Schicht der Wellpappe umfassen kann.

Die Papiersorte für ein gegebenes Flächengewicht umfaßt wiederum vorzugsweise eine Herstellerspezifikation verschiedener Qualitätseigenschaften, die gegeben ist, sobald Papier sorte und Flächengewicht festgelegt sind (siehe unten). Die einwellige Ausführung von Wellpappe besitzt die Schichten

- Außendecke
- Welle
- Innendecke

Die zweiwellige Ausführung von Wellpappe besitzt die Schichten

- Außendecke
- Welle 1
- Zwischendecke
- Welle 2
- Innendecke

Mehr als zweiwellige Ausführungen umfassen je zusätzlicher Welle

- eine weitere Welle
- eine weitere Zwischendecke

Als Papiersortenbezeichnungen sind etwa vorzugsweise die folgenden dem Fachmann be kannten Bezeichnungen gebräuchlich

- Kraftliner
- Testliner
- Wellenstoff
- Halbzellstoff
- Duplex
- Speziell verleimter Testliner
- Hansakraft Braun
- Fluting (Wellenstoff)

Mit der Festlegung der Papiersorte und Flächengewicht sind gleichzeitig bestimmte Quali tätseigenschaften bestimmt, so auch der, vom Hersteller des Papiers spezifizierte

- Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert)

Zur Ermittlung des vorstehend bereits erwähnten gesuchten Zusammenhanges zwischen Rohpappenspezifikation, Produktspezifikatiom und BCT-Wert existieren eine Reihe von Ansätzen wie etwa der von Dagel und Wessmann (vgl. Dagel; Y., Wessmann, G., "Der Ein fluß von Materialeigenschaften und Dimensionen auf die Eignung von Faltschachteln in bezug auf die Steifigkeit", Svensk Papperstidning 61, 973-982 (1958), Nr. 22 sowie Dagel, Y., Wessmann, G., "Untersuchungen über das Stauchverhalten von Faltschachteln in Abhängigkeit von den Schachtelabmessungen und der Steifigkeit des Kartons", Verpackungs-Rundschau, 69-95 (1959), Nr. 12) oder von Windaus (vgl. Windaus, G., Steinig, J. und Petermann, E., "Ermittlung einer Formel zur Berechnung des Stauchwiderstandes von Faltschachteln aus Voll pappe aus den am Packstoff Vollpappe gemessenen Biegesteifigkeitswerten und den Schachtelab messungen", Verpackungs-Rundschau, 61-66 (1977), Nr. 8) sowie von Ehrhart und Poet zing (Erhart, K. J., Poetzing, M., "Zur Berechnung des Stauchwiderstandes von Faltschachteln", Verpackungs-Rundschau, 91-96 (1981), Nr. 12).

Ein weiterer Ansatz, der den Stapelstauchwiderstand in Abhängigkeit der Ausrichtung der Fasern (wobei dort nach Maschinenrichtung und Querrichtung hierzu unterschieden wird) zu ermitteln sucht, findet sich bei Angerhöfer (vgl. Angerhöfer, M., "Die Anisotropie der Biegesteifigkeit von Faltschachtelkarton und ihr Einfluß auf den Stauchwiderstand kleinforma tiger Faltschachteln", München 1999, Papiertechnische Stiftung (PTS), PTS- Forschungsbericht PTS-FB 11/99).

In der Praxis wird jedoch in aller Regel die sogenannte McKee-Formel verwendet (vgl. McKee, R. C., Gander, J. W. und Jachuta, J. R., "Compression Sztrength Formula for Corrugated Boxes", Paperboard Packaging, 48, 149-159 (1963), Nr. 8), um den Zusammen hang zwischen den technischen Paramtern der Rohpappenspezifikation und dem Stapel stauchwiderstand des aus der Rohpappe hergestellten Produktes vorherzusagen.

Sie lautet:

BCT = √l+b.ECT.C_W

Aufgelöst ergibt sich hieraus ein wie folgt gegebener

Theoretischer Stapelstauchwiderstand BCT

wobei zur näheren Veranschaulichung als Beispiel die folgende Berechnung dienen mag:

Beispiel zur Berechnung des BCT-Wertes

Es ist somit ersichtlich, daß die McKee-Formel insbesondere nicht der Einfluß der Höhe der Faltkiste oder bei Tray-Produkten die Abmaße von Ausstanzungen in ihrem Einfluß auf den BCT-Wert berücksichtigt. Abgesehen vom spezifizierten SCT-Wert und dem Flä chengewicht werden bei der Berechnung des ECT-Wertes auch andere Qualitätseigenschaf ten der Papiersorte nicht berücksichtigt.

Allen vorgenannten Ansätzen ist gemeinsam, daß sie versuchen, über allgemeine physikali sche Gesetzmäßigkeiten oder mit Mitteln der statistischen Näherung zu einem geschlosse nen Ausdruck zu gelangen, der eine Vorhersage des BCT-Wertes anhand von technischen Parametern der jeweiligen Rohpappespezifikation und einer Produktspezifikation des Wellpappeproduktes zu gelangen, wobei die Produktspezifikation vorzugsweise folgende technische Parameter umfassen kann:

- Geometrie des Produktes (Länge × Breite × Höhe)
- Art, Ort und Länge von Rillungen
- Art der Bedruckung
- Geometrie von Eingriffsöffnungen
- Geometrie von Ausstanzungen
- Art der Ausführung, Position von Aufreißfäden

Eine Vorhersage gelingt jedoch aufgrund der Vielzahl der Einflußfaktoren und der unzu länglichen Möglichkeit ihrer jeweiligen Erfassung einerseits und der Komplexität ihres Zu sammenwirkens, die mathematisch zu beschreiben kaum möglich ist, andererseits durch die vorgenannten Ansätze nur unbefriedigend.

Eine solche Vorhersagemöglichkeit ist jedoch für die Herstellung von Wellpappeproduk ten, an die definierte Anforderungen hinsichtlich ihres Stapelstauchwiderstandes gestellt werden, höchst wichtig, da erst eine solche möglichst gute Vorhersage eine hinsichtlich des Stapelstauchwiderstandes qualitätsoptimierte Produktionssteuerung von Wellpappenanla gen ermöglicht.

Es ist daher zunächst Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, die eine ausreichend exakte Vorhersage eines Stapelstauchwiderstand-Wertes (BCT-Wertes) anhand von technischen Parametern der jeweiligen Rohpappespezifikation und der Pro duktspezifikation des Wellpappeproduktes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand- Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) eines Wellpappeproduktes aus einer durch technische Parameter gegebenen Rohpappenspezifikation von Wellpappe und/oder einer gleichfalls durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikation des Wellpappepro duktes gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewert) ein neuronales Approxi mationsnetz oder eine Fuzzy Logic verwendet werden, denen als Eingangsgrößen zumin dest die technischen Parameter der Rohpappenspezifikation und die technischen Parameter der Produktspezifikation zugeführt werden und die als Ausgangsgröße zumindest den Sta pelstauchwiderstand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) liefert. Vorzugsweise können dabei zur Bestimmung des BCT-Vorhersagewertes auch noch weitere Prozeßparameter, wie etwa Maschinenparameter, Labordaten oder auch Daten aus der Weiterverarbeitung der Wellpappebogen zu Produkten im sogenannten Finishing verwendet werden.

Die Vorhersage eines zu erwartenden Stapelstauchwiderstandes auf der Grundlage des Ver suches, eine Näherungsformel anzugeben, hat sich, wie bereits vorstehend erwähnt, auf grund der Komplexität der Einflußfaktoren und ihrer Wechselwirkungen untereinander nicht bewährt. Daher wurde durch die vorliegende Erfindung erfolgreich versucht eben diesen Zusammenhang mittels eines neuronalen Approximationsnetzes oder einer Fuzzy Logic abzubilden. Dabei erlaubt es das neuronale Approximationsnetz den funktionalen Zusammenhang zwischen der durch technische Parameter gegebenen Rohpappenspezifika tion von Wellpappe und der gleichfalls durch technische Parameter gegebenen Produktspe zifikation des Wellpappeproduktes einerseits und dem gesuchten Stapelstauchwiderstand- Vorhersagewert nach einem entsprechenden Training des neuronalen Netzes zu approxi mieren. Jedoch kann auch eine diesen Netzen gleichartig wirkende Approximations Fuzzy Logic verwendet werden, welche ebenso als universeller Funktionsapproximator zu wirken vermag. Die enge Verwandtschaft zwischen den neuronalen Netzen und einer Fuzzy Logic wird insbesondere im Falle von Neuro Fuzzy Systemen deutlich, welche einen dualisti schen Charakter insoweit aufweisen, als daß sie als neuronales Netz aufgebaut sofort auch die Funktionsweise der zugehörigen äquivalenten Fuzzy Logic offenbaren, indem die Fuz zy Regeln in der Netzstruktur codiert sind, aus welcher sie sich sofort ablesen lassen. Insbe sondere lassen sich so auch die zur Verwirklichung der hier vorliegenden Erfindung erfor derlichen Approximationsnetze bzw. Approximations Fuzzy Logiken in Form deratiger Neuro Fuzzy Systeme realisieren, die dann gleichzeitig sowohl ein neuronales Approxima tionsnetz, wie auch eine Approximations Fuzzy Logic darstellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit nicht auf einen geschlossenen Ausdruck und die hierzu notwendige Erkenntnis der jeweiligen Wirkzusammenhänge angewiesen, son dern kann vielmehr durch Training des Netzes bzw. Parametrierung mit Fuzzy-Regeln leicht an die zu lösende Aufgabe angepaßt werden. Auch die Aufnahme womöglich wichti ger neuer technischer Parameter, deren Relevanz für die Bestimmung des BCT- Vorhersagewertes erst noch erkannt wird kann vermittels einer solchen Lösung leicht er folgen, ohne daß es der Erkenntnis der exakten Auswirkung dieser Parameter auf das ange strebte Ergebnis bedarf; dies wird vielmehr durch das Approximationsnetz bzw. die Fuzzy Logic geleistet.

Als neuronale Approximationsnetze eignen sich dabei etwa Multilayer Perceptron Netze (MLP-Netze). Derartige MLP-Netze sind neuronale vorwärtsbetriebene (feedforward) Net ze, die eine Eingabeschicht, eine oder mehrere innere Schichten (hidden layer) und eine Ausgabeschicht aufweisen. Die Neuronen der Eingabeschicht führen keinerlei Verarbeitung durch; ihr Zustand wird vielmehr von außen, vorliegend also durch die technischen Para meter der Rohpappenspezifikation und/oder der Produktspezifikation des Wellpappepro duktes bestimmt. Zum Training des Netzwerkes, also zur Bestimmung der funktionsgemä ßen Gewichte der Verbindungen zwischen den Neuronen des Netzes kommt beim MLP- Netz vorzugsweise das sogenannte Backpropagation Verfahren zur Anwendung, welches eine Verallgemeinerung der für einfache perceptron Netze, also nicht Multi Layer Per ceptrons, verwendeten Delta-Regel darstellt. Dieses Backpropagation Trainingsverfahren läuft dabei vorzugsweise wie folgt ab: Zunächst werden Eingaben auf das Netz gegeben, die dann vorwärts durch das Netz propagiert werden, was zu einer Ausgabe auf den Ausgabe neuronen führt. Sodann werden für die so erhaltenen Ausgaben Fehler bestimmt, indem die tatsächlich erhaltenen Ausgaben mit den gewünschten Ausgaben verglichen werden. Hiernach werden die ermittelten Fehler entsprechend dem der jeweiligen Verbindung zu geordneten Gewicht der vorgeordneten Schicht übermittelt, wobei deren Fehlersignale be stimmt werden. Dies geschieht durch das gesamte Netz zurück von der Ausgabeschicht über alle inneren Schichten hin bis zur Eingabeschicht, wobei Änderungen der Gewichte der Neuronenverbindungen aus den erhaltenen Fehlern der Ausgabe der nachgeordneten Neuronen ermittelt werden. Das Backpropagation (schichtweise rückwärtsbetriebenes) Trainingsverfahren versucht damit das globale Minimum einer geeigneten Fehlerfunktion zu finden, die den Fehler zwischen einer gewünschten und einer tatsächlich erreichten Ausgabe beschreibt. Es handelt sich dabei um ein Gradientenabstiegsverfahren (Verfahren des steilsten Abstiegs), welches vorzugsweise noch durch einen sogenannten Lernfaktor η parametriert wird, der die Schrittweite bei der Verfolgung des Gradienten angibt. Es exisi tieren dabei eine Reihe von Varianten des Backpropagation Trainingsverfahrens, wie etwa Backpropagation mit Mementum-Term, Weight Decay, Manhattan Training, SuperSAB, Quickprop oder Resilient Propagation (Rprop). Auch die Kontrolle des Lernverfahrens durch eine Fuzzy Logic kommt dabei in Betracht.

Weiterhin eignen sich Radiale Basis Funktions Netze (RBF-Netze) als neuronales Appro ximationsnetze zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewert). Bei RBF-Netzen handelt es sich gleichfalls um neuronale vorwärtsgerichtete (feedforfward) Netze, die jedoch nur eine verdeckte Schicht (hidden layer) von Neuronen aufweisen. Diese Neuronen haben dabei spezielle radialsymmetrische Aktivierungsfunktionen, welche Basisfunktionen eines Funktionensystems sind, welches der Approximation von multidimensionalen Funktionen mittels Stützstellen dient. Vorzugsweise eignen sich dabei die Trainingsvorgaben eines Net zes als solche Stützstellen. Derartige Netze ergeben für Eingaben, die nicht in der Nähe der durch Trainingseingaben abgedeckten Bereiche liegen, nur geringe Aktivierungen, was im Unterschied zu anderen Netztypen, die Sigmoid-Aktivierungsfuktionen verwenden, inso weit vorteilhaft sein kann, als daß sich die Ausgaben eines RBF-Netzes auch außerhalb der vorstehend erwähnten Trainingsbereiche nicht gänzlich unvorhersehbar verhalten. Als Training von RBF-Netzen können die Gewichte der Neuronenverbindungen durch Lösung eines linearen Gleichungssystems zur Bestimmung der Gewichte zur Ausgabeschicht der Neuronen, durch direkte Bestimmung der Gewichte zur Ausgabeschicht der Neuronen mit anschließendem nachträglichen Backpropagation Training oder auch allein durch das Back propagation Trainingsverfahren bestimmt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestim mung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) wird dem neuronalen Approximationsnetz oder der Fuzzy Logic zumindest die Höhe des Wellpap peproduktes als technischer Parameter der Produktspezifikation zugeführt. Es konnte näm lich im Gegensatz zu der vorbekannten McKee Formel, welche die Höhe unberücksichtigt läßt, gefunden werden, daß eine Berücksichtigung der Höhe des Wellpappeproduktes als technischer Parameter der Produktspezifikation die korrekte Bestimmung des Stapel stauchwiderstand-Vorhersagewertes äußerst positiv beeinflußt. Betreffend die nähere Erläu terung hierzu sei an dieser Stelle auf die nachstehend im weiteren besprochene Fig. 5 ver wiesen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung des Sta pelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem neuronalen Approximationsnetz oder der Fuzzy Logic zumindest der Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert) der Innendecke und der Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert) der Außendecke als technische Parameter der Roh pappenspezifikation unabhängig voneinander zugeführt werden. Es wurde nämlich überra schend gefunden, daß auch die voneinander unabhängige Berücksichtigung dieser Parame ter, die jeweils im Zusammenhang mit der Flächenmasse pro m² der verwendeten Innen- bzw. Außendecken stehen, die Bestimmung des BCT-Vohersagewertes ganz erheblich ver bessert. Auch diese Werte wurden nach dem durch die McKee Formel gegebenen Stand der Technik bislang zur Vorhersage des Stapelstauchwiderstandes in dieser Form unberücksich tigt gelassen. Die Streifenstauchwiderstände der Schichten der Wellpappe beeinflussen je doch maßgeblich die Kantenstauchfestigkeit (ECT-Wert) der Wellpappe und damit letztlich auch den Stapelstauchwiderstand des Produktes, wie etwa einer Faltkiste. Hinsichtlich der diesbezüglichen näheren Erläuterung sei auch hier auf die Zeichnung, nämlich Fig. 6 ver wiesen. Statt oder ergänzend zu der Berücksichtigung der SCT-Werte kommt hier auch eine voneinander unabhängige Berücksichtigung der bereits vorstehend erwähnten Flä chenmassen von Innen- oder Außendecke in Betracht. Auch können, vorzugsweise im Falle von Tray-Produkten, die Abmaße von Ausstanzungen in ihrem Einfluß auf den BCT-Wert berücksichtigt werden.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Be stimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) eines Wellpappeproduktes bieten die Möglichkeit, aus der Produktspezifikation und der Roh pappespezifikation einen BCT-Vorhersagewert für das Wellpappeprodukt ausreichend gut zu bestimmen, ohne aufwendige Versuche zur Feststellung des tatsächlich erreichten BCT- Wertes durchführen zu müssen. Vom Abnehmer eines Wellpappeproduktes werden jedoch üblicherweise keine Rohpappespezifikationen an den Produzenten gegeben, sondern es er folgt lediglich die Angabe der Produktspezifikation und des gewünschten Stapelstauchwi derstandes, den das Wellpappeprodukt mindestens aufweisen muß, also eines Stapel stauchwiderstand-Zielwertes. In diesen Fällen können sodann verschiedene Rohpappespezi fikationen ausgewählt und mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtungen auf ihre Eignung zur Erfüllung des vom Kunden vorgegebenen Stapelstauchwiderstand-Zielwertes geprüft werden. Dabei können dann nicht nur technische Gesichtspunkte, sondern ergänzend auch kaufmännische Gesichtspunkte, wie etwa der Einstandspreis der diversen Rohpappen be rücksichtigt werden. Die vorstehend beschriebene Erfindung ermöglicht bei diesem Vorge hen mittels der erfindungsgemäßen technischen Approximationsvorrichtungen zwar ohne menschliches Zutun (vollautomatisch) die Bestimmung des zu erwartenden Stapelstauchwi derstandes für das Wellpappeprodukt aus dessen eigenen technischen Parametern und den technischen Parametern der verwendeten Rohprodukte heraus, es bedarf jedoch, wie vor stehend beschrieben, noch eines Menschen zur Verwendung der erfindungsgemäßen Vor richtungen, um aus mehreren Produktspezifikation, die die erfindungsgemäße Vorrichtung hinsichtlich ihres BCT-Wertes als geeignet klassifiziert hat, eine Rohpappespezifikation des Wellpappeproduktes auszuwählen, die dann letztlich zur Produktion verwendet wird.

Während zur Abschätzung des BCT-Wertes derzeit auf Basis der Produktspezifikation, wie bereits eingangs erwähnt, die sogenannte McKee-Formel eine, wenn auch oft unzureichen de Approximation des BCT-Wertes für Produkte mit den vorgegebenen Spezifikationen bietet, ist keine Formel für das "umgekehrte" (inverse) Modell zur Berechnung der Roh pappenspezifikationen zu einem gegebenen BCT-Wert bekannt. Die Ergebnisse der vorge nommenen BCT-Wert-Abschätzung können somit auch nicht automatisiert zur Produkti onsbeeinflussung bzw. Produktionssteuerung verwendet werden.

Daher ist es weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der bereits vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Vorrichtung anzugeben, die automa tisch in der Lage ist, aus Produktspezifikation und BCT-Zielwert eine geeignete Rohpappe spezifikation zur Produktion eines Wellpappeproduktes zu bestimmen.

Diese weitere Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der technischen Pa rameter einer Rohpappenspezifikation von Wellpappe aus zumindest einer durch techni sche Parameter gegebenen Produktspezifikation eines Wellpappeproduktes und einem Sta pelstauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) als Eingangsgrößen gelöst, die erfindungsge mäß dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapel stauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) des Wellpappeproduktes nach der vorliegenden Erfindung aufweist, welche zur Bestimmung der Parameter der Rohpap penspezifikation verwendet wird. Hierdurch ist es möglich, die Vorteile der gegenüber dem Stand der Technik viel genaueren BCT-Wert Vorhersage zur Beeinflussung der technischen Parameter der Rohpappenspezifikation, und damit natürlich auch der Produktionskosten zu verwenden, indem die Bestimmungsvorrichtung den ermittelten BCT-Vorhersagewert jeweils den zugehörigen Parametern der Rohpappespezifikation zuordnet und damit fest stellen kann, ob der BCT-Vorhersagewert für eine bestimmte Rohpappespezifikation auch den durch den BCT-Zielwert gegebenen Anforderungen genügt. Tut er dies nicht, so kann die Rohpappenspezifikation so geändert werden, bis sie dies tut. Zusätzlich ist es darüber hinaus möglich, innerhalb der so gesetzten technischen Anforderung an den BCT-Wert, die Rohpappenspezifikation auch dahingehend anzupassen, daß sie auch hinsichtlich der Be schaffung der Rohprodukte möglichst kostenoptimal gewählt ist. All diese Möglichkeiten lassen sich sinnvoll erst durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) des Wellpappeproduktes nutzen, da die nach dem Stand der Technik bekannten geschlossenen Ausdrücke zur Beschreibung des Zusammenhanges zwischen den technischen Parametern der Rohpappespezifikation und denen der Produktspezifikation einerseits und dem zu er wartenden BCT-Wert andererseits - wie etwa die McKee-Formel - bereits in Richtung der Vorhersage des BCT-Wertes so hohe Ungenauigkeiten aufweisen, daß eine Umkehrung in Richtung eines Schlusses auf die Rohpappenparameter aufgrund der ungenügend aufgeklär ten Wirkungszusammenhänge keine befriedigenden Ergebnisse liefert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei vorzugsweise eine Variationsvorrichtung zur Bestimmung der technischen Parameter der Rohpappenspezifikation auf, welche aus der durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikation, dem von der Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) des Wellpappeproduktes nach der vorliegenden Erfindung als Ausgabe erhaltenen Stapel stauchwiderstand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) und dem Stapelstauchwiderstand- Zielwert (BCT-Zielwert) als ihren Eingangsgrößen eine endgültige Variation von techni schen Parametern der Rohpappenspezifikation als Ausgangsgrößen ermittelt, aus denen Wellpappeprodukte gefertigt werden können, die den gegebenen technischen Parametern der Produktspezifikation im Rahmen einer ersten Toleranz entsprechen und die einen Sta pelstauchwiderstand-Wert (BCT-Wert) aufweisen, der größer als oder im Rahmen einer zweiten Toleranz gleich wie der vorgegebene Stapelstauchwiderstand-Zielwert (BCT- Zielwert) ist, wobei die Variationsvorrichtung zur Ermittlung der endgültigen Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation als Ausgangsgrößen auch Zwi schenvariationen erzeugen kann, und weiterhin die Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) des Wellpappeproduk tes nach der vorliegenden Erfindung derart zur Bestimmung der Parameter der Rohpappen spezifikation verwendet wird, daß sie die technischen Parameter der Produktspezifikation und von der Variationsvorrichtung als deren Ausgangsgrößen die jeweilige Variation (Zwi schenvariation oder endgültige Variation) der technischen Parameter der Rohpappenspezi fikation als Eingangsgrößen erhält und zumindest diese zur Bildung des Stapelstauchwider stand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) als Ausgangsgröße verwendet.

Die Variationsvorrichtung ersetzt hierbei den Menschen bei der Auswahl der Rohpappen spezifikation und verwendet hierbei die bereits beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrich tungen zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT- Vorhersagewertes). Sie variiert die technischen Parameter der Rohpappespezifikation so lange, bis eine technische Spezifikation der Rohpappe gefunden ist, die ein Wellpappepro dukt ergibt, welches einerseits den vom Kunden geforderten BCT-Wert erfüllt, andererseits die Kundenanforderung an den BCT-Wert nicht unnötigerweise übererfüllt und/oder mög lichst kostenoptimal für den Produzenten ist. Eine mögliche, jedoch (insbesondere in Fäl len vieler technischer Parameter der Rohpappenspezifikation) meist zeitaufwendige Be triebsweise der Variationsvorrichtung besteht darin, alle technischen Parameter in einem sinnvoll gewählten Raster in allen möglichen Kombinationen auszuprobieren, bis die ge eignete, einer Zielfunktion am besten genügende Rohpappenspezifikation bestimmt ist (brut-force-Verfahren). Diese Betriebsweise kann dadurch verbessert werden, daß gewisse Erfahrungswerte über die Sinnhaftigkeit bestimmter Parameterbereiche und ihrer Kombi nationen in einem Speicher hinterlegt werden und die mittels des brut-force-Verfahrens zu variierenden Kombinationen hiermit reduziert werden.

Zu einer entscheidenden Verbesserung der Effizienz der Arbeitsweise der Variationsvor richtung vermag jedoch die Verwendung eines heuristischen Verfahrens zur Variation der technischen Parameter der Rohpappenspezifikation führen. Die folgenden Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung beziehen sich daher auf solche heuristische Betriebsar ten der Variationsvorrichtung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Variationsvorrichtung die Variation der technischen Parameter der Rohpappenspe zifikation, aus denen Wellpappeprodukte gefertigt werden können, die den gegebenen technischen Parametern der Produktspezifikation im Rahmen einer ersten Toleranz ent sprechen und die einen Stapelstauchwiderstand-Wert (BCT-Wert) aufweisen, der größer als oder im Rahmen einer zweiten Toleranz gleich wie der vorgegebene Stapelstauchwider stand-Zielwert (BCT-Zielwert) ist, dadurch ermittelt, daß sie zu Ihrem Betrieb ein geneti sches Auswahlverfahren verwendet.

Als Bewertungsfunktion (Fittness-Funktion) des genetischen Auswahlverfahrens kann da bei eine Funktion verwendet werden, die aus der Summe des Produktes eines ersten Wich tungsfaktors mit dem Absolutbetrag der Differenz von Stapelstauchvorhersagewert (BCT- Vorhersagewert) und BCT-Zielwert für die jeweilige Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation, und dem Produkt eines zweiten Wichtungsfaktors mit den Kosten, die für die jeweilige Rohpappenspezifikation anfallen gebildet wird.

Eine solche vorzugsweise Betriebsart der Variationsvorrichtung läuft dabei im einzelnen wie folgt ab: Zunächst wird eine sogenannte Anfangspopulation von durch technische Pa rameter gegebenen Rohpappespezifikationen gewählt. Diese Population kann dabei sinn vollerweise in etwa gleich verteilt über die Parameterbereiche der technischen Parameter der Rohpappespezifikation gewählt werden. Sodann werden alle Populationselemente (also die einzelnen Spezifikationen) anhand einer Bewertungsfunktion bewertet, die vorzugswei se durch folgenden Ausdruck für ein Populationselement Nr. i bestimmt ist:

B_i = Wichtungsfaktor₁.|BCT-Vorhersagewert_i - BCT-Zielwert| + Wichtungsfaktor₂.Kosten_i

Sodann werden alle Populationselemente von Rohpappespezifikationen aus der Population gelöscht, deren Bewertung B_i nicht in einen vorgebbaren Prozentsatz von besten Bewertun gen fällt; wird so z. B. der Prozentsatz von besten Bewertungen auf 5% festgelegt, was sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen hat, so werden die 95% schlechtesten Mit glieder der Population von Rohpappespezifikationen gelöscht. Der Rest der Population bleibt erhalten. Sodann wird die Population wieder auf die ursprüngliche Größe, also 100% aufgebläht, wobei dies vorzugsweise durch spezielle Verfahren für genetische Algo rithmen, nämlich etwa durch die an biologische Vorbilder angelehnten Methoden von Kreuzung und Mutation der übrig gebliebenen, nicht gelöschten durch technische Parame ter gegebenen Rohpappespezifikationen geschieht. Das Verfahren wird insgesamt solange wiederholt, bis ein vorgegebenes Maß (Anzahl oder Prozentsatz) von Rohpappenspezifika tionen ein bestimmtes Bewertungsmaß (B_i) erfüllt oder anders gesagt, bis eine bestimmte Anzahl oder ein bestimmter Prozentsatz innerhalb eines gewählten Fehlerradius liegt. So dann bricht das Verfahren ab und es wird die beste in der so erhaltenen Abschluß- Population enthaltene Rohpappenspezifikation ausgewählt, welche sodann als endgültige Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation als Ausgangsgröße der erfindungsgemäßen Bestimmungsvorrichtung ermittelt wurde.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Variationsvorrichtung die Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation, aus denen Wellpappeprodukte gefertigt werden können, die den gegebenen technischen Parametern der Produktspezifikation im Rahmen einer ersten Tole ranz entsprechen und die einen Stapelstauchwert (BCT-Wert) aufweisen, der größer als oder im Rahmen einer zweiten Toleranz gleich wie der vorgegebene Stapelstauchzielwert (BCT-Zielwert) ist, dadurch ermittelt, daß sie zu Ihrem Betrieb ein Gradientenabstiegsver fahren verwendet, wobei als Bewertungsfunktion für den Gradientenabstieg vorzugsweise eine Funktion verwendet wird, die aus der Summe des Produktes eines ersten Wichtungs faktors mit dem Absolutbetrag der Differenz von Stapelstauchvorhersagewert (BCT- Vorhersagewert) und BCT-Zielwert für die jeweilige Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation und dem Produkt eines zweiten Wichtungsfaktors mit den Kosten, die für die jeweilige Rohpappenspezifikation anfallen, gebildet wird.

Diese Gradientenabstiegs-Betriebsart (Methode des steilsten Abstiegs) kann dabei vorzugs weise im einzelnen wie folgt ablaufen: Zunächst wird eine Startkonfigurationen aus durch technische Parameter gegebenen Rohpappespezifikationen gewählt. Dies kann, wie im all gemeinen für heuristische Verfahren geeignet, durch einen Zufallsgenerator geschehen, der die einzelnen Parameter der Rohpappenspezifikation zufällig entsprechend einer geeigneten Zufallsverteilung innerhalb ihrer jeweilig sinnvollen Grenzen setzt. Sodann werden die Parameter der Rohpappenspezifikation ausgehend von der gewählten Startkonfiguration jeweils unter Beibehaltung der anderen Parameter variiert; hierbei wird jeweils die zu der Parameterkonstellation zugehörige Bewertungsfunktion berechnet. Vorzugsweise kann dabei für die jeweilige Parameterkonstellation auch hier die Bewertungsfunktion

B = Wichtungsfaktor₁.|BCT-Vorhersagewert - BCT-Zielwert| + Wichtungsfaktor₂.Kosten

verwendet werden. Ist diese Variation für alle Parameter erfolgt, so wird als neue Parame terkonstellation nun diejenige ausgewählt, die den besten Wert B hinsichtlich der Bewer tungsfunktion ergeben hat. Dies wird solange fortgesetzt, bis die Verbesserung unter eine vorgewählte Schranke fällt. Die so gefundene Parameterkonstellation ergibt sodann ein lokales Extremum für die Bewertungsfunktion in der Nähe der ursprünglichen Startkonfi guration. Damit die Chance steigt, auch das tatsächliche globale Extremum zu finden, wählt man zufällig verteilt eine Vielzahl von Startkonfigurationen und führt das voran be schriebene Verfahren für alle diese Startkonfigurationen durch. Aus allen hiermit jeweils gefundenen Rohpappespezifikationen wird nun diejenige ausgewählt, die den besten Wert hinsichtlich der Bewertungsfunktion ergibt. Diese wird dann als endgültige Variation tech nischer Parameter der Rohpappenspezifikation als Ausgangsgröße von der erfindungsge mäßen Bestimmungsvorrichtung ermittelt.

Die vorliegende Erfindung lehrt damit Vorrichtungen zur qualitätsoptimierten Produkti onssteuerung von Wellpappenanlagen. Sie bestimmen die Rohpappenspezifikation in Ab hängigkeit von der Produktspezifikation derart, daß das produzierte Produkt einen vorge gebenen BCT-Wert kostenoptimiert einhält. Dazu wird eine Vorrichtung verwendet, die ein neuronales Netzwerkes aufweist und die die Rohpappenspezifikationen anhand von Eingangsparametern wie etwa der Geometrie des Produktes (Länge, Breite, Höhe) und evtl. auch typischen Prozeßparametern sowie dem vorgegebenen BCT-Wert (Qualitätskenngrö ße) bestimmt. Vorzugsweise können dabei die so ermittelten Rohpappenspezifikationen durch die Einrichtung an die Prozeßsteuerung bzw. an eine Prozeßsteuerungsdatenbank übermittelt werden, um so das Produkt qualitätsoptimiert herzustellen.

Allgemein ist zu den vorgenannten erfindungsgemäßen Vorrichtungen noch anzumerken, daß sie sich selbstverständlich auch besonders gut auf einem entsprechend ausgestatteten Computer, wie etwa einem Prozeßrechner, durch eine geeignete Software realisieren lassen. In diesem Falle werden die einzelnen Vorrichtungen dann auf einer programmgesteuerten Maschine als technisches Verfahren, gesteuert durch das jeweilige Programm realisiert.

Unter Einsatz der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen läßt sich somit eine automatische qualitäts- und kostenoptimierte Beeinflussung, wie etwa eine Steuerung oder Regelung von Wellpappeproduktionen erreichen.

Im folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:

Fig. 1 die Struktur des zu beeinflussenden Prozesses in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die Darstellung der Struktur einer Wellpappenanlage in schematischer Seitenan sicht,

Fig. 3 die Prozeßoptimierung unter Verwendung eines inversen Modells nach der vorlie genden Erfindung, ebenfalls in schematischer Darstellung,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der technischen Parameter einer Rohpappenspezifikation von Wellpappe aus einer durch technische Parame ter gegebenen Produktspezifikation eines Wellpappeproduktes und einem Stapel stauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) als Eingangsgrößen in schematischer Blockdiagrammdarstellung,

Fig. 5 anschaulich, anhand eines Diagramms den Einfluß der Höhe auf die korrekte Vor hersage des BCT-Wertes, und

Fig. 6 gleichfalls anschaulich anhand eines Diagramms den Einfluß der voneinander un abhängigen Berücksichtigung von Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert) der In nendecke und der Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert) der Außendecke als tech nische Parameter der Rohpappenspezifikation zur korrekten Vorhersage des BCT- Wertes.

Fig. 1 zeigt die Struktur des zu beeinflussenden Prozesses in schematischer Darstellung. Ausgangsmaterial für die Wellpappenherstellung ist das Rohpapier (Wellpappenrohpa pier) 1. Die Herstellung der Wellpappe (Bogen) 2 erfolgt in der sogenannten Wellpappenan lage (WPA), welche in Fig. 2 näher besprochen wird. Die Wellpappenbahnen werden vor Verlassen der Wellpappenmaschine auf die geforderten Formate - abhängig von der weite ren Verarbeitung - zugeschnitten und gerillt. Hieraus entstehen im nächsten Arbeitsgang, dem sogenannten Finishing 3 Wellpappeprodukte 4, so etwa Schachteln, Stanzver packungen, polsternde Innenverpackungen, Displays etc. Sogenannte Inline-Maschinen (von engi. "in line" - in einer Reihe) verarbeiten Wellpappenzuschnitte zu fertigen Faltki sten, dem noch immer häufigsten Wellpappenprodukt 4. Die Verwender von Wellpappen verpackungen müssen sich auf eine gleichbleibende Qualität der verschiedenen Sorten ver lassen können. Nur so ist sichergestellt, daß alle Kriterien für den Schutz vor Transport- und Lagerbeanspruchungen auch erfüllt werden. Diese betreffen Beanspruchungen durch Stoß, Druck, Zug und Biegung genauso wie jene, die durch Scheuern, Vibration, Klimaein flüsse, Korrosion, Strahlen oder Tiere und Pflanzen entstehen. Der Verband der Wellpap penindustrie (VDW) hat Standardqualitäten für Wellpappe geschaffen. Diese Sorten mit zugeordneten Festigkeitswerten erleichtern es den Verwendern, Angebote verschiedener Hersteller zu vergleichen. Das Ziel dieser Standardisierung war es, daß jeder Hersteller von Wellpappe bei Anfragen identische Qualitäten anbietet. Um hier ein Maß für die Festigkeit von Wellpappenverpackungen zu erhalten, wird ein sogenannter Stapelstauchwiderstand- Wert (BCT-Wert) nach einer genormten Prüfmethode gemessen. Bei diesem Box- Compressions-Test staucht man eine verschlossene leere Wellpappenverpackung zwischen zwei ebenen und parallelen Druckplatten in einer Prüfpresse mit konstanter Stauchge schwindigkeit - bis die Verpackung zusammenbricht. Die maximal erreichte Kraft gibt den Stapelstauchwiderstand der Wellpappenverpackung an. Am Ende der Wellpappenprodukt herstellung folgt somit die Qualitätssicherung, bei der als wesentliches Kennzeichen der Stapelstauchwiderstand in Newton (BCT-Wert, Box Compression Test) bestimmt wird. Dieser BCT-Wert stellt für Wellpappeverpackungen 4 neben dem für die Transportfähig keit von Wellpappeverpackungen wichtigen Werten für die Berstfestigkeit (Berstwider stand) und die Durchstoßarbeit der Wellpappe eine entscheidende Kenngröße dar, die die Stapelfähigkeit der jeweiligen Wellpappeverpackung beschreibt.

Die Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung stehen nun wie folgt zu dem zuvor beschriebenen Produktionsprozeß in Zusammenhang: Eine Bestimmungsvorrichtung 5 nach der vorliegenden Erfindung dient der technischen Approximation des Zusammenhan ges zwischen Rohpappenspezifikation 6 und Produktspezifikationen 14 (etwa der Geome trie des Produktes) einerseits und BCT-Wert.

Diese Vorrichtung 5 verwendet dabei vorzugsweise ein neuronales Approximationsnetz bzw. eine äquivalente Fuzzy Logic bzw. Neuro Fuzzy Logic um hiermit einen BCT- Vorhersagewert 10 zu bestimmen, welcher den tatsächlichen BCT-Wert mit einer hohen Genauigkeit aus den Rohpappenspezifikationen 6, den Produktspezifikationen 14 und ge gebenenfalls auch aus den typischen Prozeßparametern (wie etwa Maschinenparametern 7, Labordaten 8 oder auch Daten aus der Weiterverarbeitung 9 der Wellpappebogen 2 zu Pro dukten 4 im sogenannten Finishing 3) vorhersagt.

Fig. 2 zeigt die Darstellung der Struktur einer Wellpappenanlage (WPA) in schematischer Seitenansicht. Das Papier 1a wird erwärmt und befeuchtet und erreicht dadurch die erfor derliche Elastizität, um geformt zu werden. Es wird dann unter Druck- und Hitzeeinwir kung zwischen zwei zahnradartig ineinandergreifenden Riffelwalzen 11 hindurchgeführt. So kommt die Welle in die Pappe. Je nach gewünschter Wellenform haben die Walzen eine grobe, mittlere oder feine Riffelung. So entstehen die unterschiedlichen Wellenarten, die nach Wellenhöhe und -breite definiert sind. Das gewellte Papier wird dann mit erhitztem Stärkeleim in einer Vorrichtung zum Leimauftrag 12 mit einer glatten Deckenbahn 13 ver klebt. Die einseitige Wellpappe ist fertig. Wird auf die einseitige Wellpappe eine zweite Deckenbahn 15 nach zuvor erfolgtem weiteren Leimauftrag 16 aufgeklebt, entsteht die einwellige Wellpappe. Sie ist die verbreitetste Wellpappenart. Durch Hinzufügen weiterer gewellter und glatter Papierbahnen wird mehrwellige (zwei- und dreiwellige) Wellpappe hergestellt. Diese Sorten werden bei besonderen Anforderungen an die Stabilität eingesetzt. Dies geschieht mit Hilfe rotierender Schneid- und Rillmesser, die in Längs- oder in Quer richtung arbeiten. Bis zu 300 Meter Wellpappe pro Minute können an modernen Wellpap penanlagen hergestellt werden. In der vorliegenden Figur sind weiter zu sehen: eine erste Anpreßwalze 17, eine zweite Anpreßwalze 18, Führungswalzen 19 und Belastungswal zen 20.

Fig. 3 zeigt die Prozeßoptimierung unter Verwendung eines inversen Modells nach der vor liegenden Erfindung: Zur Bildung des neuronalen Prozeßmodells wird zunächst ein Modell (M) 23 (linker Teil der Figur) mit dem BCT-Vorhersagewert als Zielgröße (Zi) gebildet, welches den BCT-Wert mit einer hohen Genauigkeit aus den Zustandsgrößen (Zu), näm lich zumindest den technischen Parametern der Produktspezifikation und den Stellgrößen (S) bestimmt; ferner kann vorzugsweise auch noch die Berücksichtigung von weiteren Pro zeßgrößen hierbei vorgesehen sein. Das neuronale Approximationsnetz 21 stellt dabei ein Modell für den technischen Zusammenhang zwischen den geforderten Produktspezifi kationen (Zu), (und evtl. auch weiteren typischen Prozeßparametern), der vorhergesagten Produktqualität in Form des BCT-Vorhersagewertes (Zi) und der Spezifikationen der für die Produktion verwendeten Rohpappen (S) dar. Das Approximationsnetz bzw. die äquiva lente Approximierungstechnologie (Fuzzy Logic, Neuro Fuzzy System) dient dabei der technischen Abbildung des Zusammenhanges zwischen Produktspezifikation, evtl. den typischen Prozeßparametern, dem BCT-Wert und der Rohpappenspezifikation im Bereich der Wellpappenherstellung.

Durch Invertierung dieses Modells zu einem invertierten Modell (IM) 24 (siehe rechter Teil der Figur) werden dann (bei Vorgabe des gewünschten BCT-Wertes) - hier als Zielgrö ße (Zi) in der Terminologie des nicht invertierten Modells bezeichnet - die Rohpappenspe zifikationen - hier jetzt als Stellgröße (S) - für die gewünschte Produktspezifikation - als Zustandsgröße (Zu) - vorzugsweise unter Berücksichtigung der aktuellen Werte der typi schen Prozeßparameter ermittelt. Aus der Menge der gültigen Lösungen (konkrete techni sche Rohpappenspezifikationen) wird mit Hilfe einer Bewertungsfunktion (vorzugsweise einer Kostenfunktion) eine möglichst kostenoptimale Rohpappenspezifikation zur Produk tionssteuerung ausgewählt; dies jedoch unter Erfüllung der technisch bedingten Restriktio nen.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der technischen Parameter einer Rohpappenspezifikation 6 von Wellpappe aus zumindest einer durch technische Pa rameter gegebenen Produktspezifikation 14 eines Wellpappeproduktes und einem Stapel stauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) 22 als Eingangsgrößen in schematischer Block diagrammdarstellung, wobei sie eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) des Wellpappeproduk tes 23 aufweist, welche zur Bestimmung der Parameter der Rohpappenspezifikation 6 ver wendet wird.

Sie verwendet dabei eine Variationsvorrichtung (V) zur Bestimmung der technischen Para meter der Rohpappenspezifikation 6, welche aus der durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikation 14, dem von der Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwi derstand-Vorhersagewertes nach der vorliegenden Erfindung erhaltenen Stapelstauchwider stand-Vorhersagewert 10 und dem Stapelstauchwiderstand-Zielwert 22 als ihren Eingangs größen eine endgültige Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation als Ausgangsgrößen 6 ermittelt, aus denen Wellpappeprodukte gefertigt werden können, die den gegebenen technischen Parametern der Produktspezifikation im Rahmen einer ersten Toleranz entsprechen und die einen Stapelstauchwiderstand-Wert (BCT-Wert) aufweisen, der größer als oder im Rahmen einer zweiten Toleranz gleich wie der vorgegebene Stapel stauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) ist.

Die Variationsvorrichtung kann dabei zur Ermittlung der endgültigen Variation von tech nischen Parametern der Rohpappenspezifikation als Ausgangsgrößen auch Zwischenvaria tionen erzeugen; dies etwa im falle der beschriebenen heuristischen Betriebsweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt dabei in der vorliegenden Ausführungsform die Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes nach der vor liegenden Erfindung 23 derart zur Bestimmung der Parameter der Rohpappenspezifikation 6, daß diese 23 die technischen Parameter der Produktspezifikation 14 und darüber hin aus auch von der Variationsvorrichtung (V) deren eigenen Ausgangsgrößen, nämlich die jeweilige Variation (Zwischenvariation oder endgültige Variation) der technischen Parame ter der Rohpappenspezifikation als Eingangsgrößen erhält und zumindest diese zur Bildung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewert 10 als Ausgangsgröße verwendet.

Fig. 5 zeigt anschaulich anhand eines Diagramms den Einfluß der Höhe auf die korrekte Vorhersage des BCT-Wertes. Die Graphik bezieht sich auf Faltkisten mit der folgenden Spezifikation

Deutlich ist zu sehen, wie die McKee-Formel nach dem Stand der Technik den Einfluß der Höhe gänzlich ignoriert, obschon der tatsächlich gemessene BCT-Wert (siehe auch Mittel wert hierüber gebildet) deutlich höhenabhängig ist. Das in diesem Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Bestimmungsvorrichtung verwendete neuronale Netz hingegen be rücksichtigt auch die Höhe als technischen Parameter der Produktspezifikation und trifft so den tatsächlichen BCT-Wert deutlich besser.

Fig. 6 zeigt anschaulich anhand eines Diagramms den Einfluß der voneinander unabhängi gen Berücksichtigung von Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert) der Innendecke und der Streifenstauchwiderstand (SCT-Wert) der Außendecke als technische Parameter der Roh pappenspezifikation zur korrekten Vorhersage des BCT-Wertes. Auch hier ist deutlich zu sehen, welche Verbesserung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung eines neuronalen Approximationsnetzes bringt, das die SCT-Werte für Au ßen- und Innendecke entsprechend unabhängig voneinander als Eingangsgrößen berück sichtigt. Ergänzend sei angemerkt, daß eine voneinander unabhängige Berücksichtigung der Flächenmassen von Außen- und Innendecke einen ähnlich signifikaten Effekt zeigt, wie er hier zu sehen ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT- Vorhersagewertes) (10) eines Wellpappeproduktes (4) aus einer durch technische Parame ter gegebenen Rohpappenspezifikation von Wellpappe (6) und/oder einer gleichfalls durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikation (14) des Wellpappeproduk tes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand- Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewert) (10) ein neuronales Approximationsnetz (21) oder eine Approximations Fuzzy Logic verwendet werden, denen als Eingangsgrößen zumindest die technischen Parameter der Rohpappenspezifikation (6) und die technischen Parameter der Produktspezifikation(14) zugeführt werden und die als Ausgangsgröße zumindest den Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) (10) lie fert.

2. Vorrichtung zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT- Vorhersagewert) (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als neuronales Ap proximationsnetz (21) ein Multi Layer Perceptron Netz (MLP-Netz) verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT- Vorhersagewert) (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als neuronales Ap proximationsnetz (21) ein Radiales Basis Funktions Netz (RBF-Netz) verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Bestimmung des Stapelstauchvorhersagewertes (BCT- Vorhersagewert) (10) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem neuronalen Approximationsnetz (21) oder der Fuzzy Logic zumindest die Höhe des Wellpappeproduktes als technischer Parameter der Produktspezifikation (14) zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Bestimmung des Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT- Vorhersagewert) (10) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem neuronalen Approximationsnetz (21) oder der Fuzzy Logic zumindest der Streifen stauchwiderstand (SCT-Wert) der Innendecke und der Streifenstauchwiderstand (SCT- Wert) der Außendecke als technische Parameter der Rohpappenspezifikation (14) unab hängig voneinander zugeführt werden.

6. Vorrichtung zur Bestimmung der technischen Parameter einer Rohpappenspezifikation (6) von Wellpappe aus zumindest einer durch technische Parameter gegebenen Pro duktspezifikation (14) eines Wellpappeproduktes und einem Stapelstauchwiderstand- Zielwert (BCT-Zielwert) (22) als Eingangsgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewertes (BCT- Vorhersagewertes) (23) des Wellpappeproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf weist, welche zur Bestimmung der Parameter der Rohpappenspezifikation (14) verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Bestimmung der technischen Parameter einer Rohpappenspezifikation (6) von Wellpappe aus zumindest einer durch technische Parameter gegebenen Pro duktspezifikation (14) eines Wellpappeproduktes und einem Stapelstauchwiderstand- Zielwert (BCT-Zielwert) (22) als Eingangsgrößen nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß sie
eine Variationsvorrichtung (V) zur Bestimmung der technischen Parameter der Rohpap penspezifikation (6) aufweist, welche aus
der durch technische Parameter gegebenen Produktspezifikation (6),
dem von der Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand- Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) (23) des Wellpappeproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Ausgabe erhaltenen Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) (10), und
dem Stapelstauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) (22)
als ihren Eingangsgrößen eine endgültige Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation (6) als Ausgangsgrößen ermittelt, aus denen Wellpappeprodukte gefertigt werden können, die den gegebenen technischen Parametern der Produktspezifi kation (14) im Rahmen einer ersten Toleranz entsprechen und die einen Stapelstauchwi derstand-Wert (BCT-Wert) aufweisen, der größer als oder im Rahmen einer zweiten To leranz gleich wie der vorgegebene Stapelstauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) (22) ist,
wobei die Variationsvorrichtung (V) zur Ermittlung der endgültigen Variation von tech nischen Parametern der Rohpappenspezifikation (6) als Ausgangsgrößen auch Zwischen variationen erzeugen kann, und
weiterhin die Vorrichtung zur Bestimmung eines Stapelstauchwiderstand- Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewertes) (23) des Wellpappeproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 derart zur Bestimmung der Parameter der Rohpappenspezifikation (6) verwendet wird, daß sie die
die technischen Parameter der Produktspezifikation (14), und
von der Variationsvorrichtung (V) als deren Ausgangsgrößen die jeweilige Variation (Zwischenvariation oder endgültige Variation) der technischen Parameter der Rohpap penspezifikation (6)
als Eingangsgrößen erhält und zumindest diese zur Bildung des Stapelstauchwiderstand- Vorhersagewertes (BCT-Vorhersagewert) (10) als Ausgangsgröße verwendet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Variationsvorrich tung (V) die Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation (6), aus denen Wellpappeprodukte gefertigt werden können, die den gegebenen technischen Pa rametern der Produktspezifikation (14) im Rahmen einer ersten Toleranz entsprechen und die einen Stapelstauchwiderstand-Wert (BCT-Wert) aufweisen, der größer als oder im Rahmen einer zweiten Toleranz gleich wie der vorgegebene Stapelstauchwiderstand- Zielwert (BCT-Zielwert) (22) ist, dadurch ermittelt, daß sie zu Ihrem Betrieb ein geneti sches Auswahlverfahren verwendet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewertungsfunktion (Fittness-Funktion) des genetischen Auswahlverfahrens eine Funktion verwendet wird, die aus der Summe
des Produktes eines ersten Wichtungsfaktors mit dem Absolutbetrag der Differenz von Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) (10) und Stapel stauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) (22) für die jeweilige Variation von techni schen Parametern der Rohpappenspezifikation (6), und
dem Produkt eines zweiten Wichtungsfaktors mit den Kosten, die für die jeweilige Rohpappenspezifikation (6) anfallen
gebildet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Variationsvorrich tung (V) die Variation von technischen Parametern der Rohpappenspezifikation (6), aus denen Wellpappeprodukte gefertigt werden können, die den gegebenen technischen Pa rametern der Produktspezifikation im Rahmen einer ersten Toleranz entsprechen und die einen Stapelstauchwiderstand-Wert (BCT-Wert) aufweisen, der größer als oder im Rah men einer zweiten Toleranz gleich wie der vorgegebene Stapelstauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) (22) ist, dadurch ermittelt, daß sie zu Ihrem Betrieb ein Gradientenab stiegsverfahren verwendet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewertungsfunktion für den Gradientenabstieg eine Funktion verwendet wird, die aus der Summe
des Produktes eines ersten Wichtungsfaktors mit dem Absolutbetrag der Differenz von Stapelstauchwiderstand-Vorhersagewert (BCT-Vorhersagewert) (10) und Stapel stauchwiderstand-Zielwert (BCT-Zielwert) (22) für die jeweilige Variation von techni schen Parametern der Rohpappenspezifikation (6), und
dem Produkt eines zweiten Wichtungsfaktors mit den Kosten, die für die jeweilige Rohpappenspezifikation (6) anfallen
gebildet wird.