DE2027084A1 - Verfahren zur Regelung des Mittelwerts der statistisch verteilten Ist-Werte einer meßbaren Eigenschaft sowie Regelsystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

Industrial Nucleonics Corporation, 650 Ackerman Road, Columbus, Ohio, USA

Verfahren zur Regelung des Mittelwerts der statistisch verteilten Ist-Werte einer meßbaren Eigenschaft sowie Regelsystem zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Mittelwerts der statistisch verteilten Ist-Werte einer meßbaren Eigenschaft der von einer Einrichtung hergestellten oder bearbeiteten Erzeugnisse zur Erzielung eines maximalen ökonomischen Profits sowie auf ein Regelsystem zur Durchführung des Verfahrens.

K'eine Herstellungs- oder Bearbeitungseinrichtung kann Erzeugnisse mit ständig gleichbleibenden Eigenschaften hervorbringen, selbst wenn eine Regelung mit größter Genauigkeit erfolgt. Die Ist-Werte der Eigenschaft verteilen sich vielmehr immer über einen gewissen Wertebereich. Diese Verteilung hängt einerseits von der Regelgenauigkeit des zur Regelung der Einrichtung verwendeten Regelsystems und dessen inneren Toleranzen und zum anderen von den Eigenschaften der Eingangsgrößen ab, die mit Störgrößen behaftet sind. Die Vertei-

- 2 009852/152 5

lung der IST-Werte am Ausgang der Einrichtung kann meistens zumindest mit guter Näherung durch eine Punktion "beschrieben werden, die als statistische Standard-Verteilung "bekannt ist und die eine glockenförmige Kurve "beschreibt, wenn die jeweilige Anzahl der Ist-Werte über den möglichen Werten der Ist-Werte aufgetragen wird. Die Glockenkurve der Standard-Verteilung der Ist-Werte am Ausgang einer Einrichtung hat so einen maximalen Wert, der Anzahl der Ist-Werte, der mit dem Mittelwert ■ der Ist-Werte zusammenfällt.

Mit großer Regelgenauigkeit geregelte Einrichtungen mit engen Toleranzen und mit Eingangsgrößen, die für sich mit guter Genauigkeit geregelt sind, erzeugen am Ausgang Ist-Werte mit enger Verteilung, was sich in einer Verteilungskurve von schmaler Zackengestalt ausdrückt. Dagegen sind die Ist-Werte von Einrichtungen, die mit geringer Regelgenauigkeit betrieben sind, große Toleranzen aufweisen und stark variierenden Eingangsgrößen unterworfen sind, eine breite Verteilung. Ein Maß für die Verteilung der IST-Werte der Einrichtung bildet die Standardabweichung, die als quadratischer Mittelwert der Abweichungen der Ist-Werte von dem Mittelwert der Ist-^Werte definiert 1st. Würde eine ideale Einrichtung existieren, dann müßten alle Ist-Werte gleich dem Mittelwert sein und die Standardabweichung der Einrichtung wäre gleich Null, so daß die Verteilungskurve als Nadel bei dem Mittelwert erschiene. Eine derartige ideale Einrichtung existiert natürlich nicht, und die von einer realen Einrichtung erzeugten Ist-Werte zeigen eine Verteilung, deren Verteilungskurve für das jeweilige Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahren mit üblichen statistischen Methoden analysiert werden kann.

Die Standard-Abweichung σ und ihr Quadrat, die Varianz V,

- 3 009852/1525

der Ist-Werte einer Realzeit-Einrichtung sind definiert als

= γ = I J ο

er² = γ = I J i(t)_:-y^j--_dt

worin:

I das betrachtete Betriebszeitintervall der Einrichtung, f(t) der variable Istwert am Ausgang der Einrichtung während des Intervalls Ϊ,

f(t; der Mittelwert von f(t) während des Intervalls Ϊ, und t die Zeit bedeuten.

Bei Einrichtungen, bei denen einzelne Erzeugnisse am Ausgang erscheinen, kann die Gleichung (1) vereinfacht ausgedrückt werden als

11 ^i- *>² C2)

<r = ^y = l- 1=1

Iv die Anzahl der von der Einrichtung hergestellten oder bearbeitetenErzeugnisse ist,

i nacheinander die ganzen Zahlen zwischen 1 und M durchläuft, X. den.Ist-Wert einer meßbaren Eigenschaft des i-ten Erzeugnis

der Einrichtung bezeichnet, und
Ί. der Mittelwert der Ist-Werte der M-Erzeugnisse ist.

Bei Einrichtungen, bei denen die Ist-Werte nach einer bekannten Verteilungsfunktion verteilt sind, kann ein anSeres Maß für die Verteilung und damit für den Wertebereich der Einrichtung gefunden werden, indem der gegebenenfalls als Prozentsatz ausgedrückte Anteil der Anzahl von Ist-Werten auf einer Seite eines bestimmten Werts an der Gesamtanzahl bestimmt wird,

w - 4 -

0088 5.27 1-S2-&

2Ö27Q84

wobei der bestimmte Wert genügend weit von dem Mittelwert der Ist-Werte entfernt ist. Der Mittelwert selbst kann nämlich als derartiger Wert nicht verwendet werden, weil der Anteil der IsWerte auf einer Seite des Mittelwerts an der Gesamtzahl der Ist-Werte im allgemeinen immer gleich 1/2 ist, sofern die Funktion nicht asymmetrisch verläuft. Wird dagegen als besonderer Viert derjenige genommen, von dem an ein Erzeugnis als Ausschuß-Erzeugnis betrachtet werden muß, so kann in einfacher Weise ein Maßstab für die Verteilung der Ist-Werte gewonnen werden, indem der Anteil der Ausschußerzeugnisse an der Gesamtzahl der Erzeugnisse ermittelt wird. In anderen Worten, es kann ein Maß für die Standardabweichung oder die Verteilung der Ist-Werte einer Einrichtung dadurch hergestellt werden, daß der Anteil derjenigen Erzeugnisse bestimmt wird, deren Ist-Wert der interessierenden Eigenschaft kleiner oder aber größer als ein Grenzwert ist, von dem an die Ist-Werte zu Ausschußerzeugnissen führen.

Mathematisch kann der Ausschußanteil FD oder der ,0,01-fache Ausschuß-Prozentsatz der Ist-Werte einer Einrichtung, die N einzelne Erzeugnisse hervorbringt, ausgedrückt werden als

FD = i=l s= 100 χ Ausschuß-Prozentsatz (3),

IT" ' ''

X₁ den Ist-Wert des i-ten Erzeugnisses der Einrichtung und X₁ einen unteren Grenzwert, unterhalb dessen Ist-Werte X₁

zu Ausschuß führen, bezeichnen,
i nacheinander die ganzen Zahlen zwischen 1 und Ii durchläuft und

- 5 r

009852/TSai

2027Ö8A

• _ 5 —

f(X_1: - Xj₁) = O für X_±>r X₁, und f(X_i - X_L) = 1 für X₁^-X₁₁ ist.

Ist Xj₁ ein oberer Grenzwert, oberhalb dessen Ist-Werte X_i zu Ausschuß führen, dann ist

f (X₄ - X₁) = O für X₁^ X₁Y und

_ Y ^ — 1 -Fii-n Ύ **^> Τ
A_T J-X XU!" Λ.. s^ -Ä-_x .

Bekannte Regelsysteme für Einrichtungen zur Herstellung oder Bearbeitung von Erzeugnissen werden derart betrieben, daß der Mittelwert der Ist-Werte der interessierenden Eigenschaft der Erzeugnisse genügend weit von einem Grenzwert entfernt liegt, so daß es unwahrscheinlich ist, daß ein Ausschußerzeugnis hervorgebracht wird. Der Abstand zwischen Grenzwert und Mittelwert der Ist-Werte wird hierbei aufgrund der erfahrungsgemäßen Verteilung der Ist-Werte, aber ohne Rücksicht auf eine sich jeweils verändernde Verteilung gewählt. Wenn eine Eingangsgröße der Einrichtung relativ stark schwankt, die Einrichtung jedoch mit relativ großer Regelgenauigkeit geregelt werden kann, so wird nach bekannten Verfahren die Einrichtung so eingestellt, daß der Mittelwert der sich ergebenden Ist-Werte weit entfernt von dem Grenzwert liegt, so daß nur ein minimaler Ausschuß erzeugt wird. Verringert sich der Variationsbereich der Eingangsgröße einer derartigen Einrichtung über eine relativ lange Zeit, wird im allgemeinen der Mittelwert der Ist-Werte der Einrichtung (Pührungswert des Regelsystems) nicht geändert, obwohl sich nur ein stark verringerter Ausschußanteil ergibt. Wird derart der Mittelwert der Ist-Werte der Einrichtung konstant gehalten, obwohl der Variationsbereich der Eingangsgröße abnimmt, dann verringert sich der mögliche Profit, mit dem

- 6 009852/1526

202708A

die Einrichtung betrieben werden kann.

Ein Beispiel bietet die Zigarettenherstellung, Zigaretten mit einem gewissen Mindestgewicht (unterer Grenzwert) können als für den Verbraucher akzeptabel angesehen werden. Wenn der Zigarettenhersteller Zigaretten herstellen kann, deren mittleres Ist-Gewicht so dicht wie möglich am unteren Grenzwert des Gewichts liegt, erzielt er mit seinen Erzeugnissen den größtmöglichen Profit. Ein anderes Beispiel ergibt sich bei der Papierherstellung» Der Papierhersteller, will nach Möglichkeit -Jpo» Papier mit einem großen Feuchtigkeitsgehalt erzeugen, ohne daß aber ein oberer Grenzwert überschritten /darf, bei dem sich das Papier verfärbt. Demnach versucht der Papierhersteller, zu erreichen, daß seine Erzeugnisse einen möglichst großen Feuchtigkeitsgehalt haben, der aber noch unterhalb des oberen Grenzwerts liegt. Bei bekannten Regelverfahren wurde dabei der Mittelwert der Ist-Feuchtigkeit a priori vorgegeben, wobei man sich auf vorausgehende Erfahrung stützte, jedoch die jeweilige Verteilung der Ist-^erte nicht beachtete.

Im allgemeinen verließ man sich seither auf die Erfahrung, wenn man einen Führungswert für die Regelung einer Einrichtung festlegte, wobei der Führungswert einen entsprechenden Mittelwert der Ist-Werte bedingt. Es ist allerdings auch bereits vorgeschlagen worden, den Mittelwert der Ist-Werte in Abhängigkeit von der gemessenen Verteilung der Ist-Werte am Ausgang einer Einrichtung zu steuern. Hierzu wurde ein System vorgeschlagen, bei dem der Mittelwert der Ist-Werte am Ausgang der Einrichtng so eingestellt wird, daß ein bestimmter Ausschußanteil oder ein bestimmter brauchbarer Anteil an Erzeugnissen erzielt wird, oder aber daß der Abstand des Mittelwerts von einem Grenzwert einer bestimmtenFunktion der

- 7 009852/1525

Standardabweiehung entspricht. In^dem die Ist-Werte der interessierenden Eigenschaft der Erzeugnisse der Einrichtung auf einen Mittelwert hin geregelt werden, "bei dem ein bestimmter Ausschußanteil erzielt wird, ergibt sich ein kostensparenderer Betrieb der Einrichtung und damit ein Erzeugnis mit größerer Gewinnspanne. Die größere Gewinnspanne ergibt sich daraus, daß der Mittelwert der Ist-Werte dichter am Grenzwert liegt.

Bei der nur .theoretisch möglichen idealen Einrichtung, bei der die Standardabweichung der Ist-Werte am Ausgang gleich ITuIl wäre, würde der Mittelwert der Ist-Werte^iit dem Grenzwert zusammenfallen müssen, um maximalen Profit zu erzielen. In dieser V/eise würde nämlich die maximale Erzeugnismenge bei minimalem Material- und/oder Energieverbrauch erzielt. Während der Grenzwert und der-Mittelwert bei einer theoretischen Einrichtung zur Maximierung des Profits zusammenfallen sollten, wird bei einer· realen Einrichtung, dadurch, daß der Mittelwert auf dem Grenzwert eingestellt wird, kein maximaler Profit erzielt. Wenn nämlich Grenz- und Mittelwert einer realen Einrichtung zusammenfallen, ist die Hälfte der hergestelltenbder bearbeiteten Erzeugnisse Ausschuß, wenn man annimmt, daß die Ist-Iferte am Ausgang der normalen Yerteilungskurve. folgen. Aufgrund der Kosten der für die Herstellung oder Bearbeitung der Erzeugnisse erforderlichen Rohstoffe und der Betriebskosten der Einrichtung ist es offensichtlich, daß ein Ausschußanteil von der Hälfte der Erzeugnismenge unzulässig ist«. Selbst wenn bei einigen Einrichtungen Ausschußerzeugnisse aufbereitet und wiederverwendet werden können, schließen doch die Kosten des Betriebs der Einrichtung und der Aufbereitung und Rückführung der Ausschußerzeugnisse aus, daß der "Mittelwert der Ist-Werte mit dem Wert zusammen-

r 8 -

0098 5 2/1525 bad orig!nal

fällt, wenn ein maximaler ökonomischer Profit erreicht werden soll.

Es wurde gefunden, daß die lage des Mittelwertes der Ist-Werte am Ausgang einer Einrichtung gegenüber einem Grenzwert in Abhängigkeit von der Verteilung der Ist-Werte so geregelt werden* kann, daß ein maximaler Profit erreicht wird. Dies kann auch folgendermaßen dargestellt v/erden : wenn die Ist-Werte am Ausgang einer Einrichtung eine erste Stand ardab -weichung A -, aufweisen , dann muß die Einrichtung derart geregelt werden, dass der Mittelwert der Ist-Werte vom Grenzwert um den Betrag 1> x-, entfernt ist. Wenn jedoch die Ist-Werte am Ausgang der Einrichtung zu einem anderen Wert der Standardabweichung £> ₂ führen, dann muß die Einrichtung zur Erzielung eines maximalen ökonomischen Profits derart geregelt werden , daß der Mittelwert der Ist-Werte einen Abstand 2> x_? von dem Grenzwert hat. Es existiert nun eine mathematische Abhängigkeit zwischen der Verteilung der Ist-Werte und dem zur Erzielung eines maximalen Profits erforderlichen Abstand zwischen dem Mittelwert der Ist-Werte und dem Grenzwert. Diese mathematische Funktion ist für jede Art von Einrichtung verschieden und weist selbst bei Einrichtungen der gleichen Art Unterschiede auf.

Wenn der Mittelwert der Ist-Werte gefunden ist, der entsprechend der jeweiligen Verteilung zu maximalem Profit führt, kann der Mittelwert d&r Ist-Werte geregelt werden, indem dem Regelsystem der Einrichtung ein Pührungswert vorgegeben wird, der die Abweichung des erforderlichen" Mittelwerts (soliwert) von einem Standard-Mittelwert (Nominalwert) angibt, wobei der Nominalwert vorgegeben ist. Je nach der Errechnung der Abweichung wird ein Sollwert für die Regelung der Einrichtung gebildet. Die Lage des Sollwerts ist zunächst relativ zum Nominalwert angegeben, ^er Nominalwert und die Abweichung von ihm ergeben zusammen den tat-

- 9 - ■

009852/1528

_ 9 —

sächlichen Sollwert,, der beispielsweise einem die Einrichtung regelnden Hegler mit negativer Rückführung vorgegeben werden kann. Wenn im Betrieb ein stabiles Hegelverhalten erreicht ist, steuert der Regler die Einrichtung derart, daß der -Mittelwert der Ist-Werte am Ausgang der Einrichtung mit dem Sollwert zusammenfällt.

Bei einem Anwendungsbeispiel der Erfindung soll der Verbrauch einer kostenbehafteten Eingangsquantität, beispiels- .■ weise von Rohmaterial oder Energie, verringert werden. Die Verringerung erfolgt so weit, daß bei einer folgenden Untersuchung der Ist-Werte ein beträchtlicher Prozentsatz zu Ausschußerzeugnissen führt. Wenn der Mittelwert der Ist-Werte derart geregelt wird, daß er näher am Grenzwert liegt, wird ein ökonomischer Gewinn erzielt, weil für eine gegebene Menge von Erzeugnissen am Ausgang der Einrichtung die Menge der Kostenbehaftung der Eingangsquantität verringert ist. Wenn jedoch der Mittelwert der Istwerte am Ausgang der Einrichtung auf einen derart näher angrenzenden Wert geregelt wird, ist bei gegebener Verteilung der Ist-Werte ein größerer Anteil an den hergestellten oder bearbeiteten Erzeugnissen Ausschuß, woraus sich ein wirtschaftlicher Verlust ergibt.

Jüer wirtschaftliche Verlust kann dadurch auftreten, daß der Hersteller den Ausschußanteil der Erzeugnisse nicht auf den Markt bringen kann, da er in diesem Pail Kosten aufwenden muß, entweder um den Ausschußanteil der Erzeugnisse zu vernichten oder um das darin enthaltene Material wieder zu verwenden. In anderen Pällen scheidet der Hersteller den Ausschußanteil von den übrigen Erzeugnissen und verkauft ihn zu einem ermäßigten Preis, der viel niedriger liegt ' als derjenige, den er für normale, akzeptable Erzeugnisse erreichen könnte. In einem weiteren Fall läßt der Hersteller zu, daß der Ausschußanteil zusammen mit den übrigen

BAD

0098 5 2/1 5 2 S - 10 - ^u

- ίο -

Erzeugnissen verkauft wird, und nimmt dabei in Kauf, daß sich daraus ein vorhersehbarer Grad von Unzufriedenheit bei den Kunden ergibt, dementsprechend sich der Marktanteil des Herstellers für das bestimmte Erzeugnis verringert. '

Durch die Erfindung wird ein Verfahren und ein Regelsystem angegeben, bei denen der wirtschaftliche Gewinn, der durch einen Betrieb näher am Grenzwert erzielt wird, und der wirtschaftliche Verlust,der sich aus dem Ausschußanteil ergibt, mathematisch in .Abhängigkeit von der Verteilung der Ist-Werte so in Beziehung gesetzt sind, daß der maximale wirtschaftliche Profit erzielt wird.

Zwar hat die vorliegende Erfindung einen großen Anwendungsbereich, jedoch ergeben sich besondere Vorteile bei der Anwendung bei Verfahren und Einrichtungen, bei denen ein auftretender Ausschußanteil der hergestellten oder bearbeiteten Erzeugnisse identifiziert und wiederverwendet v/erden kann. Die Anwendbarkeit der Erfindung auf Verfahren und Einrichtungen, bei denen wiederverwendbares Material gewonnen werden kann, ergibt sich daraus, daß hier der Mittelwert der Ist-Werte am Ausgang noch enger an den Grenzwert gelegt werden kann. Zusätzlich treten beimVersuch einer Maximierung des Profits die Probleme der Unzufriedenheit der Kunden durch Ausschußerzeugnisse nicht auf, wenn Erzeugnisse mit Ist-Werten der interessierenden Eigenschaft außerhalb des Grenzwertes ausgeschieden, aufbereitet und in der Einrichtung wiederverwendet werden und nicht in den Handelsweg gebracht werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Profit einer Zigarettenherstellungseinrichtung in Abhängigkeit von der Verteilung der Ist-Gewichte der Erzeugnisse der Zigaretten maximiert.. Die Anwendbarkeit der Erfindung auf eine Zigarettenherstellungseinrichtung ergibt sich daraus,

009852/1 52 5 " ' - H -. bad

- ii -

daß Ausschußzigaretten mit einem niedrigeren Gewicht als einem unteren Grenzwert leicht identifiziert, ausgeschieden und aufbereitet werden können. Außerdem wurde gefunden, daß die Abhängigkeit z\«.schen der Verteilung der Ist-Gewichte der Zigaretten einerseits und der Abweichung des erforderlichen Mittelwertes der Ist-Werte von dem Grenzwert andererseits zur Erzielung eines maximalen Profits im praktischen Betriebsbereich bei gegenwärtig existierenden Einrichtungen eine Punktion ist, die fast als Gerade verläuft. Infolge dieser linearen Abhängigkeit ist es einfach auszuführen und erfordert einen nur geringen Bauaufwand, den gewünschten Mittelwert (Sollgewicht) mit dem Ausschußanteil der Zigaretten in Beziehung zu setzen.

Mit der Erfindung soll ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Regelsystem für eine ein Erzeugnis herstellende oder bearbeitende Einrichtung angegeben werden, womit bei variabler Verteilung der Ist-Werte am Ausgangjder Einrichtung und für einen gegebenen Satz von Qualitäts- und Herstellungskosten-Parametern maximaler Profit erreicht wird.

Weiter ist die Erfindung anwendbar auf eine Einrichtung zur Herstellung einer Erzeugnismenge, die leicht identifizierbare und wiederverwendbare Ausschußerzeugnisse umfaßt, Für eine derartige Einrichtung sollen ein Verfahren und ein Regelsystem angegeben werden, mittels deren ein optimaler Ausschußanteil abgeleitet wird, während der Mittelwert der Ist-Werte einer interessierten Eigenschaft der Produkte in der Nähe eines Grenzwerts gehalten wird, um den mit der Einrichtung erzielten Profit zu maximieren.

Weiter sollen mit der Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung angegeben werden, wobei ein Soll-Wert für eine Herstellungs- oder Bearbeitungseinrichtung so vorgegeben wird, daß ein maximaler wirtschaftlicher Profit erzielt wird,

009852/1525 - 12 -bad original

2 O 2 7 O 8 A

wobei der Sollwert bei Veränderungen der Verteilung der Ist-Werte am Ausgang der Einrichtung neu "bestimmt wird.

Auch sollen mit der Erfindung ein Verfahren und ein Regelsystem angegeben werden, mittels deren der Profit einer Herstellungseinrichtung für ein Erzeugnis maximiert werden kann, während gleichzeitig ein hoher Grad von Zufriedenheit bei den Kunden aufrecht erhalten wird.

Me die vorgenannten Tei!aufgaben umfassenderer Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelcfefc, daß ein Maß für die Verteilung der Ist-Werte gebildet wird und daß der Mittelwert in Abhängigkeit von der Verteilung derart geregelt wird, daß bei zunehmender Verteilung der außerhalb eines noch zulässigen Grenzwerts der Eigenschaft liegende Anteil der Ist-Werte zunimmt und umgekehrt.

Ein System zur Durchführung des neuen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung für die Ist-Werte der Eigenschaft, eine nachgeschaltete Vorrichtung zur Erzeugung eines der Verteilung der Ist-Wertejentsprechenden ersten Signals, eine mit dem ersten Signal beaufschlagte Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signals, das' dem otpimalen Mittelwert der Ist-Werte für maximalen Profit -bei der jeweiligen Verteilung entspricht, und eine von'dem zweiten Signal beaufschlagte Regeleinrichtung zur Regelung des Mittelwerts im Sinne eines Erreichens des optimalen Mittelwerts.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher er-läutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind; es zeigen:

' - 13 -

0 0 9852/15 a 6

BAD ORIGINAL

Pig, 1 als 31OCkSGlIaItTDiId eine Einrichtung zur Zigaretten-Herstellung und ein sie regelndes System gemäß der Erfindung j

Pig. 2 als Sehaubild die normale Verteilung von Zigarettengewichten in Verdeutlichung der Betriebsweise des Regelsystems gemäß Pig. Ij

Pig. 3 eine graphische Darstellung des zur Erzielung eines maximalen Profits -"bei dem System gemäß Pig. I erforderlichen prozentualen Ausschußanteils in Abhängigkeit von dem Mittelwert der Ist-Gewichte 5

Pig. 4 Ms 6 als Blockschaltbilder weitere Ausführungsformen demjenigen !eiIs des Systems gemäß Pig. 1, in dem der zu einem maximalen Profit führende Sollwert errechnet wird;

Pig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines weiteren Ausführungsbeispiels;

Pig. 8 als Blockschaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel des zur Berechnung des Sollwerts dienenden ÜJeil des Systems gemäß Pig. 1, wobei der Berechnung das Sohaubild der Pig. 7 zugrunde liegt.

Das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Einrichtung zur Herstellung von Zigaretten, wobei die hergestellten Zigarettenein iiominalgewicht von 1 000 rag haben und bei einem Gewicht unterhalb eines unteren Grenzwerts von 900 mg als Ausschuß betrachtet werden. Selbstverständlich ist der Erfindungsgedanke auch auf andere Einrichtungen zur Herstellung und Bearbeitung anwendbarg oder es können bei 4er Herstellung von Zigaretten andere Nominal-· und Gr eus gewich te vorgegeben sein. In diesen

003852/1513 ' ' - η ^

Fällen sind die Profitcharakteristiken selbstverständlich verschieden von den im folgenden beschriebenen."

I¹Ig₀ 1 wird aus einem äußeren Tabak-Torratsbehälter 12 der Tabak einem förderer 13 zugeführt. Vom !Förderer 13 gelangt der Tabak auf einem Bandförderer 14 in geregelter Menge zu einer Vorrichtung 15 für die Stängenbildung_B' Die Menge des vom Förderer 13 zur Vorrichtung 15 geförderten Tabaks ist verstellbar durch die Größe einer Ausgangsöffnung am Förderer 13 und durch die vertikale Stellung eines rotierenden Messers 16 über dem Bandförderer 14. Die vertikale Stellung des rotierenden Messers 16 wird von einem Regler 17 gesteuert, der eine negative Tachometer-Rückführung aufweist. Ein solcher Regler ist beispielsweise aus der US-PS 3 130 733 bekannt. Die auf dem Bandförderer 14 stromab des Messers 16 weiter geförderte Tabakmenge wird von der Vorrichtung 15 mit Papier, das ihr von einem Papiervorrat 18 zugeführt wird, in bekannter Weise zu einer Zigarettenstange 19 verarbeitet. Die Zigarettenstange 19 wird von nicht gezeigten Fördermitteln zu einer Schneidevorrichtung 20 weiterbefördert, die einzelne Zigaretten von bestimmter Menge erzeugt, die später sortiert und verpackt werden* Die Vorschubgeschwindigkeit der Zigarettenstange 19 wird bei deren Austritt aus der Vorrichtung 15 von einem Tachometergenerator 21 überwacht, der einen Ausgangsimpuls jeweils dann erzeugt, wenn der Vorschub der Länge einer Zigarette des jeweils hergestellten Typs entspricht.

Die jeweilige Dichte der Zigarettenstange 19 bei ihrem Austritt aus der Vorrichtung 15 wird mittels einer Strahlungsintensitätsmeövorrichtung gemessen, die eine Strahlungsquelle 22 und einen lonisatlonsteller 23 umfaßt, welche auf gegenüberliegender Seite der ^igarettenstange angeordnet sind ι Der Joniaationsteller 23 erzeugt an seinem Ausgang eine Signalglelohspannung, deren Amplitude der Dichte eier Zigarettenstange 19 umgekehrt.proportiona,! ist. Diese Ausgangs-

0 0 9 8 5 2 / 1 S % S BAD ORiGiNAL

- 15 -

gleichspannung wird einer Meßschaltung 24 zugeführt, wie sie beispielsweise aus der UG-PS Re 25 476 "bekannt ist. Die Meßsclialtung 24 umfaßt Vorrichtungen 25, 26 zur Einstellung der Empfindlichkeit bzw. des Normalgewichts. Bei einem bestimmten Wert des Hormalgewicbfe der hergestellten Zigaretten werden die Vorrichtungen 25» 26 so eingestellt, daß die Meßschaltung 24 eine Meßgleichspannung erzeugt, die linear von der Dichte der Zigarettenstange 29 im Bereich zv/ischen Strahlungsquelle 22 und Ionisationszähler· 23 abhängt. Wenn die Dichte der Zigarettenstange 19 bei ihrem Yorbeilauf an dem Meßpunkt mit der Strahlungsquelle 22 derart ist, daß eine aus der Zigarettenstange 19 geschnittene Zigarette ein Gewicht gleich dem iiomi na !gewicht hat, ist die Meßgleichspannung am Ausgang der Meßschaltung 24 gleich iiull* Bei größeren und kleineren Dichten der Zigarettenstange 19 wird die .Meßgleichspannung der Meßschaltung 24 positiv bzw_e negativ, wobei ihr Betrag linear von dem Gewicht der hergestellten Zigaretten abhängt. Die Ausgangsspannung der Meßschaltung 24 kann somit als Analogsignal dienen, das linear von der Differenz zwischen dem Gewicht einer einer Zigarettenlänge entsprechenden Einheitslänge der Zigarettenstange 19 einerseits und einem in Form des ITormalgewichts vorgegebenen Sollwert für das Zigarettengewicht andererseits dienen.

Die Meßgleichspannung dertfeßschaltung 24 wird sowohl einer Registrierschaltung 28 für Ausschußzigaretten als auch einem Summierer 29 zugeführt. Der zweite Eingang des Summierers 29 ist mittels eines Schalters 31 wahlweise am Eontakt 31, 32 anschließbar. Liegt Schalter 31 auf Intakt 32, wie dargestellt, so wird dem Summierer 29 von einer von Hand einstellbaren Spannungsquelle 34 eine positive Spannung zugeführt, die der Abweichung des gewünschten Mittelwerts der Ist-Werte vom Uöminalgewicht entspricht. Liegt Schalter 31 dagegen auf Kontakt 33, so wird dem einen Eingang des Summierers 29 von einem weiter unten noch näher '" 0Ό9 85 2/152 S

BAD ORiGiNAU

■beschriebenen Regler 35 ein Gleiehspannungssignal zugeführt» Die.Spannungsquelle 34 und der Regler 35 werden so eingestellt bzw. arbeiten derart, daß der Sollwert des Gewichts gegenüber dem mit der Vorrichtung 26 eingestellten Hominalgewicht im Sinne einer Maximierung des wirtschaftlichen Profits· beim Betrieb der Zigarettenherstellungseinrichtung verändert wird, Das dem Summierer 29 überden Schalter 31 zugeführte Signal kann als eine Sollwertverschiebung oder · als Führungswert gegenüber dem nominellen Sollwert des Hominalgewichts, eingestellt an der Vorrichtung 26, aufgefaßt werden. Das von dem. Summierer 29 erzeugte Signal kann betrachtet werden als Abweichung des Zigarettengewiehts von 'einem nominalen Sollwert» der durch die Einstellung des Mominalgewichts an der Vorrichtung 26 und das Signal des Schalters 31 bestimmt ist»

Im Betrieb wird die Vorrichtung 26.beispielsweise auf einen Wert eingestellt, der einem Homina !gewicht der Zigaretten von 1 000 mg entspricht, wahrend der die Abgleichung des Sollwerts von dem Homina!gewicht angebende Währungswert mittels der Spannungsquelle 34 einen Wert hat, der * 50 mg entspricht» Die Zigarettenhersteilungseinrichtung produziert dann Zigaretten, deren mittleres Gewicht 950 mg beträgt* Ist nun das Gewicht eines einer Zigarettenlänge entsprechenden Abschnitts einer Zigarettenstange 19 beispielsweise 960 mg, dann erzeugt die Meßschaltung 24 ein Ausgangssignal von negativem Vorzeichen mit einer Amplitudej die - 40 mg entspricht, d.h. der Abweichung zwischen dem Gewicht von 960 mg der von der Meßeinrichtung erfaßten Zigarette und dem Nominalgewicht von 1 000 mg, das von der Vorrichtung 26 der Meßschaltung 24 vorgegeben wird. Das - 40 mg entsprechende* von der Meßschaltung 24 erzeugte Signal wird dem +50 mg entsprechenden, an der Spannungsquelle 34 eingestellten Signal im Summierer 29 Überlagert, so daß dessenAusgangssignal anzeigt, daß die Zigarettenstange 19 gegenüber dem

009852/162S ' - if ~

BAD ORIGINAL

von der Vorrichtung 26 und der Spannungsquelle 34 bestimmten Sollwert ein Übergewicht von IO mg hat. Das von dem Summierer 29 erzeugte Signal wird dem Regler 17 zugeführt, der eine Verstellung des Messers 16 nach unten um einen derartigen Betrag bewirkt, daß schließlich das Aus gangs signal des Summierers wieder zu Hull wird und damit der gewünschte Mittelwert der Ist-Gewichte je Zigarettenlänge der Zigarettenstange 19 erreicht ist.

Um zu bestimmen, ob eine bestimmte Zigarettenlänge Ausschuß ist, d.h. ob:„das Gewicht dieses Abschnitts geringer als ein vorgegebener unterer Grenzwert ist, wird die von.der Meßschaltung 24 erzeugte Meßgleichspannung der Ausschuß-Registrierschaltung 28 zugeführt. Die Schaltung 28 umfaßt eine Gleichspannungsquelle 36, deren Signalspannung derjenigen Dichte der Zigarettenspannung 19 entspricht, bei der die erzeugten Zigaretten ein Gewicht gleich dem unteren Grenzwert haben. Bei einer bestimmten Einstellung des Nominalgewichts an der Vorrichtung 26 kann beispielsweise die Signalspannung der Gleichspannungsqueile 36 einer Dichte entsprechen, bei der das Gewicht der erzeugten Zigaretten um 100 mg unter dem Nominalgewicht liegt. Es ist somit für ein Nomina!gewicht von 1000 mg ein unterer Grenzwert des Gewichts von 900 mg vorgegeben, während der untere Grenzwert 1 000 m g betrüge, wenn das Nominalgewicht auf 1 100 mg festgesetzt wäre. Da die von der Meßschaltung 24 erzeugte Meßgleichspannung beide Vorzeichen haben kann und unabhängig von dem absoluten Betrag des Nominalgewichts zu Null wird, wenn das Gewicht einer Zigarettenlänge in der Zigarettenstange 19 gleich dem Nominalgewicht ist, muß im allgemeinen die Größe der Signalspannung der Gleichspannungsquelle 36 nicht geändert werden, wenn ©in neuer Wert des Nominalgewichts einer Zigarette gewählt wird.

Die von der Meßschaltung 24 erzeugte, der jeweiligen Dichte der Zigarettenstange 19 entsprechende Meßgleichspannung

0Q9852/152S ^BAD

wird mit der von der Gleichspannungsquelle 36 erzeugten, dem unteren Grenzwert der Jichte entsprechenden Signalspannung mittels eines Integrators 37 jeweils während einer Zeit verglichen, die derjenigen Zeitdauer entspricht, die zum Vorbeilauf einer Zigarettenlänge der Zigarettenstange 19 an der Meßeinrichtung mit der Strahlungsquelle 22 gleich ist. Wenn das Gewicht der Zigarettenstange 19 auf einer Zigarettenlänge größer als der untere Grenzwert von 900 mg ist, ist die Ausgangsspannung des Integrators 37 negativ, während eine positive Ausgangsspannung, erzeugt wird, wenn das Zigarettengewicht geringer als der untere Grenzwert ist. Zur Erzeugung dieser bipolaren Ausgangsspannung v/eist

exnen Operationsverstärker 38 der Integrator 37/auf , der eine große Verstärkung und eine Vorzeichenumkehr bewirkt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 38 ist über einen Kondensator 39 auf den Eingang zurückgeführt und der Kondensator 39 wird einmal je Durchlaufzeit einer Zigarettenlänge dadurch entladen, daß ein Schalter 41 auf einen Ausgangsimpuls des Tachometers 21 hin kurzzeitig geschlossen v/ird. Der Eingang des Operationsverstärkers 38 ist mit den Ausgängen der Meßschaltung 24 und der Gleichspannungsquelle 36 über Summierwiderstände 42 verbunden. Wenn daher die mittlere Dichte einer bestimmten Zigarette, die durch die Meßeinrichtung mit der Strahlungsquelle 22 hindurchläuft, geringer oder größer wird als der von der Gleichspannungsquelle vorgegebene untere Grenzwert der Dichte, dann wird von dem Operationsverstärker 38 kurz vor dem Schließen des Schalters 41 eine negative bzw. eine positive Auagangsspannung erzeugt.

auf Ein Trigger 43 bekannter Bauart spricht auch/das Vorzeichen der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers an, die jeweils unmittelbar vor dem Schließen des Schalters 41 herrscht. Hierzu wird der Trigger 43 von den Ausgangsimpulsen des Tachogeneratora 21 ao gesteuert, daß die Ausgangs-

- 19 -0098S-2/1526

BAD ORiGfNAL

spannung des Operationsverstärkers 38 jeweils nur unmittelbar vor dem Einschaltendes Schalters 41 zugeführt wird. Je nach dem Vorzeichen der zugeführten Spannung erzeugt der Trigger 43 primäre Signale, und zwar entspricht einer positiven Spannung das Signal L und einer negativen Spannung das Signal Mull* Bei jeder Ausschuß-Zigarette mit einem Gewicht» das geringer ist als der mittels der Gleichspannungsq.uelle 36 vorgegebene untere Grenzwert, erzeugt der Trigger 43 somit das primäre Signal L an seinem Ausgang. .

Die von dem Trigger 43 erzeugten binären L- und Null-Signale werden einer Synchronisier-Verzögerungsvorriohtung 44 zugeführt,· die vorzugsweise als Schieberegister ausgebildet ist» In der ersten Stufe des Schieberegisters gespeicherte binäre" L-Signale werden synchron mit der Vorschubbewegung der Zigarettenstange 19 in die weiterenStüfen umgespeichert,, da als Verschiebeimpulse das Schieberegister die von dem Tachogenerator 21 gelieferten Ausgangsimpulse dienen. Die Anzahl der Stufen der als Schieberegister ausgebildeten Verzögerungsvorrichtung 44 ist so groß gewählt, daß ein das Schieberegister durchlaufendes L-Signal gerade dann am Ausgang erscheint, wenn die von dem Signal bezeichnete Aus- schuß-Zigarettenlänge die Schneidevorrichtung 20 durchlaufen hat und nunmehr als einzelne Zigarette eine Ausschuß-Ausstoßvorrichtung 45 erreicht hat, die in Fördervorrichtung hinter der Schneidevorrichtung 20 liegt« Wenn daher eine Ausschuß-Zigarette durch die Meßeinrichtung mit der Strahlungsquelle 22 läuft, wird von der Verzögerungsvorrichtung 44 dann ein biK&es L-Signal erzeugt, wenn der entsprechende Abschnitt der Zigarettenstange 22, jetzt zur Zigarette zerschnitten, über die Ausschuß-Auasboßvorrichtüttg 45 läuft* Das Ausgangssignal der Verzögerungsvorrichtung 44 wird einem Magneten* 4& zugeführt, der bei Vorliegen eines binären L-Signals die'Ausstoßvorrichtung 45 betätigt*

00985271525 " ²⁰ "

■ BAD ORIGINAL

Die Ausschuß-Zigaretten mit einem Gewicht gleich oder geringer als der untere Grenzwert werden nach ihrer Identifizierung und ihrem Ausscheiden einer Aufbereitungsvorrichtung 47 zugeführt. Die Aufbereitungsvorrichtung 47 trennt den Tabak von dem Papier der Ausschuß-Zigaretten und fördert diesenTabak zurück zum Förderer 13» so daß der Tabak bei der Herstellung wieder verwendet werden kann.

Infolge der Unmöglichkeit, mit der soweit beschriebenen Zigarettenherstellungseinrichtung und dem zugehörigen Regelsystem Zigaretten herzustellen, die alle genau das gleiche Ist-Gewicht aufweisen, ergibt sich eine Verteilung der Ist-Gewichte der gemäß Fig. 1 hergestellten Zigaretten. Die Verteilung der Ist-Gewichte folgt im allgemeinen der normalen Verteilungskurve, deren prinzipieller Verlauf von den Kurven 51 bis 53 in Pig. 2 wiedergegeben wird, wo die Anzahl von Zigaretten mit einem bestimmten Ist-Gewicht über dem' Gewicht aufgetragen ist. Die Kurven 51 und 52 zeigen gleichartige, relativ breite Verteilungen der Zigareirfcengewichte, dh. die Kurven 51 und 52 haben die gleiche, relativ große Standardabweichung, während Kurve 53 eine relativ engbandige Verteilung der Zigarettengewichte zeigt. Die breite Verteilung gemäß denKurven 51 und 52 ergibt sich beispielsweise daraus, daß der Tabak im Vorratsbehälter 12 eine relativ inhomogene Dichte-Verteilung hat oder daß die Elemente der Zigarettenherstellungseinrichtung infolge großer Toleranzen eine gewisse lose aufweisen, Eine engbandige Verteilung, wie sie von der Kurve 53 wiedergegeben wird, tritt auf, wenn die Dichte des Tabaks in dem Vorratsbehälter 12 gleichmäßig ist und wenn die Elemente der Zigarettenherstellungseinrichtung mit engen Toleranzen genau justiert sind.

Die Kurve 51 zeigt die Verteilung der Ist-Gewichte der von einer Zigarettenherstellungseinrichtung gemäß Fig« I

BAD

009852/1526 " ²¹ "

produzierten Zigaretten, wenn das Sollgewicht gleich dem an der Vorrichtung 26 eingestellten Nominalgewicht ist, was dann der ]?all ist, wenn der dem Summierer 29 über den Schalter 31 vorgegebene i'ührungswert gleich Mull ist.-Trotz der breiten Verteilung der Ist-Werte gemäß Kurve 51, wobei der Mittelwert der Ist-Werte mit dem Nominalgewicht, angedeutet durch eine vertikale Linie 54, zusammenäfllt, wiegt praktisch keine der Zigaretten weniger als der untere Grenzwert, der von einer vertikalen Linie 55 angedeutet ist. Bei einer Verteilung gemäß Kurve 51 führt demnach ein Sollgewicht gleich dem Nominalgewicht dazu, daß der Mittelwert der Ist-Gewichte der erzeugten Zigaretten we- . sentlich größer als der von den Konsumenten gerade noch akzeptierte untere Grenzwert ist und daß praktisch keine Zigaretten ein Ist-Gewicht aufweisen, das unterhalb des von der vertikalen Linie 55 angezeigten unteren Grenzwerts liegen. Der Zigarettenhersteller kann somit einen größeren Profit erzielen, wenn er den Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten näher an den unteren Grenzwert legt, selbst wenn sich dann ein größerer Ausschußanteil von ZigsaBtten ergibt, deren Ist-Gewicht unterhalb des unteren Grenzwerts liegt. So muß beispielsweise zur Erzielung einer größeren Profitspanne bei der durch die Kurve 51 wiedergegebenen Verteilung der Iat-Gewichte der Mittelwert dieser Ist-Gewichte zu einem niedrigeren Wert hin verschoben werden. Der niedrigere Mittelwert bedeutet lediglich eine Ver- sdiebung der Kurve 51 in Fig. 2 nach links, ohne daß da durch deren prinzipieller Verlauf geändert wird, so daß jetzt die größte Anzahl von Zigaretten ein Ist-Gewicht hat, das durch die vertikale Linie 56 angegeben ist und das mit dett Mittelwert der Kurve 52 zusammenfällt. Duroh diese Verschiebung der Kurve 51 von einem Mittelwert, der mit der Linie 54 de· Nomina!gewichtβ zusammenfällt, zu der Linie 56 wird in Kauf genommen, daß ein größerer Prozentaulanteil der Zigaretten ein Ist-Gewioht hat, das unterhalb der Linie 55 ilirjden unteren Grenzwert liegt. Die

009852/1525 bad original

Anzahl der Ausschußzigaretten wird wiedergegeben von der schraffierten Fläche 57 längs der Linie 55 und unter der Kurve 52. Wenn die geregelte Zigarettenherstellungseinrichtung Zigaretten produziert, deren Ist-Gewichte eine nur engbandige Verteilung aufweisen, wie dies von Kurve 53 wiedergegeben wird, können noch größere Einsparungen und größere Profite erzielt werden. Es muß bei der durch die Kurve 53 wiedergegebenen engbandigen Verteilung zur Erzielung eines maximalen Profits der Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten extrem eng an den unteren Grenzwert 55 gerückt werden. Der entsprechende Sollwert wird von der vertikalen Linie 58 angezeigt. Die Anzahl von Ausschuß-Zigaretten bei der Verteilung gemäß Kurve 53, d.h. die kreuzschraffierte Fläche 59 links der Linie 58 und unter der Kurve 53 in Fig. 2, ist geringer als bei der Kurve 52 mit breiter Verteilung, wenn sie als prozentualer Anteil an der gesamten Zahl der Zigaretten ausgedrückt wird. In anderen Worten: bei der Zigarettenherstellung sollten zur Maximierung des Profits umso mehr Ausschuß-Zigaretten erzeugt und wiederaufbereitet werden, je breiter die Verteilung der Ist-Gewichte der Zigaretten ist. Die Erkenntnis, daß zur Erzielung eines maximalen Profits bei einer engbandigen Verteilung der Ist-Werte der Ausschußanteil geringer gemacht werden sollte als bei einer breiten Verteilung s.teht im Gegensatz zu der seitherigen Ansicht und der Betriebsweise bekannter Vorrichtungen, wonach versucht wurde, den Ausschußanteil konstant zu halten, oder, was auf dasselbe herauskommt, den Abstand zwischen dem Mittelwert der Ist-Werte und dem Grenzwert gleich, einem Vielfachen der Standardabweiohung zu machen.

Die gefundene Beziehung zwischen dem Ausschußanteil und der Abweichung awlsohen dem Mittelwert oder dem Sollwert OI und dem unteren Grenzwart LL· zur Erzielung eines maximalen Profits bei einer Zigarattenherstellungseinrlohtung ·

009852/1525 ' _ „ J«>

■- 23 -

gemäß Mg, 1 ist durch die Kurve 61 in Pig. 3 wiedergegeben. Zur Ableitung der Kurve 61 wird zunächst die Kurvenschar Cr M = 1 5'a, er™ = 2 γο aufgetragen. Die einzelnen Kurven zeigen den prozentualen Ausschußanteil an der Gesamterzeugung, bei dem das Ist-Gewicht unterhalb des Grenzwerts LL liegt, in Abhängigkeit von der Differenz 02 - Ll des Sollwerts

(Mittelwert der Ist-Gewichte) und des unteren Grenzwertes für die jeweils angenommenen Werte der Standardabweichung von 1 JU, 2 ^c/o usw. Da gefunden wurde, daß bei einem Zigarettenherstellungsprozeß im allgemeinen die Verteilung der Istwerte, der Morma!verteilung folgt, wird die Standardabweichung CT auf den Mittelwert der Ist-Werte bezogen, und der prozentuale Ausschußanteil kann direkt aus statistischen Tabellen entnommen werden, wie sie in Handbüchern zur Verfügung stehen.

Wenn dem Regler 17 ein bestimmter Sollwert OT vorgegeben wird, regelt er die. Herstellung automatisch so, daß der Mittelwert der Ist-Gewichte dem Sollwert OT entspricht. Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Auswahl eines Sollgewichts CT, das geringer als das Nomina!gewicht ist, zu einer bestimmten' .Ersparnis.an Materialkosten für Tabak führt. Diese Ersparnis kann für eine bestimmte Anzahl von erzeugten Zigaretten und für jeden angenommenen Sollwert CT leicht errechnet werden. Für jeden angenommenen Sollwert CT existiert auch eine entsprechende Differenz GT - LL (iührungswert) und weiter ein Wert des prozentualen Ausschußanteils, der von der jeweils zugehörigen Kurve öv., abgelesen werden kann. Die Kosten für die Herstellung dieses Ausschußanteils können dann für jeden Sollwert OT errechnet werden, und diese Ausschußkosten werden von der zunächst errechneten, nominellen Ersparnis abgezogen, woraus sich die Hetto-Ersparnis ergibt.

Es wird gefunden, daß mit der Verminderung des Sollwerts CT

0 0 9852/1525

BAD ORIGINAL

über dem Nominalgewicht und damit mit der verminderten GT - LL die Nettoersparnis nur bis zu einem gewissen Punkt ansteigt. Wird das Sollgewicht OT weiter vermindert, so beginnen von diesem Putü an infolge des nun schnell ansteigenden Ausschußanteils die Netto-Ersparnisse zu sinken. Der Fiihrungswert GT - LL, der zur maximalen Ersparnis führt, kann so bestimmt werden und dient zur Festlegung eines Punktes T auf der jeweils zugeordneten Kurve or _M. Liese Ermittlung wird für alle Kurven mit den angenommenen vierten von <5 _M durchgeführt, wodurch die in Fig. 3 gezeigten Punkte 3?-, bis Pg gefunden werden. Die Kurve 61 ist eine durch diese Punkte gezogene geglättete Kurve. Sie ist die Ortskurve für die wirtschaftlichste Betriebsweise zur Erzielung eines maximalen Profits für die Einrichtung.

anderen Herstellung^- oder Bearbeitungs verfahr en, auf die die Erfindung anwendbar ist, kann die Verteilung der Ist-Werte von der Normalverteilung abweichen. Bei unbekannten Verfahren sollte daher zunächst die Verteilung der Ist-Werte statistisch analysiert werden, bevor das soweit beschriebene Regelverfahren anwendbar ist. Falls die Verteilung der Ist-Werte nicht der Norma!verteilung entspricht, können in Handbüchern abgedruckte, von der Normalverteilung ausgehende Tabelle nicht verwendet werden. In diesem Falle muß der jeweilige prozentuale Ausschußanteil aus der nach bekannten statistischen Methoden experimentell ermitteLten Verteilungsfunktion errechnet werden.

Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß in dem in der Praxis wesentlichen Bereich, in dem die Standardabweichung bezogen auf das Nomina!gewicht zwischen zwei und fünf Prozent beträgt, an die Stelle der Kurve 61 mit guter Näherung eine Gerade 61a treten kann, der folgende lineare Funktion entspricht:

<r (GT - LL) = 3,1 ⁰Jo + 0,658 (# Ausschuß) (4)»

BAD

009852/1525 - 25 -

worin

(CU - LL) = die Abweichung des Sollgewichts von: dem unteren

Grenzwert in Prozenten des Nomina!gewichts ist, 3,1 % eine Eonstante ist, und (ft Ausschuß) der entsprechend der Gleichung (3) errechnete

prozentuale Ausschußanteil ist.

Zur Ermittlung des in Gleichung (4) eingehenden prozentualen Ausschußanteils und eines Pührungswerts, der angibt, um wieviel der Mittelwert der Ist-Werte zur Erzielung eines optimalen oder maximalen Profits versetzt sein sollte, ist die .Regelschaltung 35 gemäß Fig. I vorgesehen.

Zur Ermittlung des Ausschußanteils oder des prozentualen Ausschußanteils, der beispielsweise dem Verhältnis der schraffierten Fläche 57 zu der Gesamtfläche unter der. Kurve 52 entspricht, wird die Anzahl von Ausschußzigaretten in einer bestimmten Anzahl von hergestellten Zigaretten ermittelt. Zur Erzeugung eines Signals, das das Erreichen der vorbestimmten Anzahl von der Zigarettenherstellungseinrichtung erzeugter Zigaretten anzeigt, ist ein Vorwahlzähler 71 vorgesehen, der von den Ausgangsimpulsen des QJachogeneratqrs 21 weitergezählt wird. Der Vorwahlzähler 71 ist auf eine beliebige Zahl eingestellt, beispielsweise auf 1 000, so daß ein binäres L-Signal jeweils dann erzeugt wird, wenn von der Zigarettenherstellungseinrichtung tausend Zigaretten erzeugt sind. Das von dem Vorwahlzähler erzeugte binäre L-Signal wird einem Impulserzeuger 72 zugeführt,: der dreiphasenverschobene Impulse M^, M₂, M-von gleicher Frequenz erzeugt, die in der linken leilfigur der Fig. 1 dargestellt sind. Die Impulse M₁, M₂ und M-, die in dieser Folge aufgetreten sind und sich nicht überlappen, werden voa dem Impulserzeuger 72 so abgegeben, daß die Vorderflanke des ersten Impulses M^ und die Rückflanke des letzten Impulses M- praktisch mit der Vorder-

009852/1525

- 26 -

bzw. Hückflanke jedes !Tausendsten von dem Tachogenerator 21 erzeugten Impulses zusammenfallen.

Der impuls M₁ wird einem Ausschuß-Zähler 73 zugeführt, dessen Zähleingang. mit dem von dem Trigger 43 erzeugten binären L-Signalen beaufschlagt ist. Die Impulse M, werden auch einem Digital-Analog-Wandler 74 zugeführt, dessen Signaleingang jeweils während des Lesevorgangs, mit dem Zählerstandjdes Ausschuß-Zählers 73 beaufschlagt ist. Infolge der Impulse M₁ wird das Portzählen des Ausschuß-Zählers 73· unterbrochen, und das Aus gangs signal des Digital-Analog-Wandlers 74 wird auf UuIl zurückgestellt. Somit weist der Ausschuß-Zähler 73, wenn 1 000 Impulse von dem !Tachogenerator 21 erzeugt sind, einen Zählerstand auf, der die Anzahl der Ausschußzigaretten angibt, die während der Herstellung der letzten 1 0OO Zigaretten erzeugt wurden, während ein Signal aus einem vorhergehenden Zeitabschnitt in dem Digital-Analog-Wandler 74 gelöscht ist.

Auf den Impuls Mp des Impulserzeugers 72 hin wird der Ausschuß-Zähler 73 so betätigt, daß sein Zählerstand ausgespeichert (gelesen) und dem Digital-Analog-Wandler 74 zugeführt wird. Dieser erfolgt entsprechend dem Zählerstand

durch
des Ausschuß-Zählers 73/ein analoges Gleichstromsignal. Die analoge Signalspannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 74 wird von diesem aufrecht erhalten, bis ihm der nächste Impuls M₁ vom Impulserzeuger 72 zugeführt wird, d.h. während der Herstellung der nächsten 1 000 Zigaretten.

Auf den Impuls M, des Impuls erzeuger© 72 hi si wird der Ausschuß-Zähler 73 gelöscht, so daß dieser zunächst den Zählerstand Null aufweist. Bei Im folgenden ankommenden binären 3j-Signalen, die das Auftreten von ÄuseehuBssigaretten anteigen, wird der Auseehui-Ziiiler 73 wieder weitergezählt. Nach allem ist ersichtlioh₉ daß ä®T Digital-Analog- ·

Q0S852/1S2S

- 27 -

Wandler 74 ein analoges Signal erzeugt, das dem Ausschuß-Anteil oder dem prozentualen Ausschuß-Anteil der Zigaretten entspricht, deren Gewicht unterhalt) des unteren Grenzwerts liegt.

Das dem Ausschuß-Anteil analoge Signal des Digital-Analog-Wandlers 74 wird gleichzeitig einem Sicherheitsauslöser 76 und einer iiechenschaltung 75 zugeführt. Die Rechensehaltung 75 wird automatisch diejenigen Berechnungen auswerfen, die zur Veränderung des Mittelwerts der Ist-Gewichte für eine bestimmte Verteilung unter den gegebenen Bedingungen erforderlich sind, um einen maximalen Profit zu erzielen, d.h., den optimalen Sollwert und Ausschußanteil zu finden. Der Sicherheitsauslöser 76 erzeugt ein binäres Hull-Signal, solange die von dem Digital-Analog-Wandler 74 erzeugte Signalspannung einem Äusschuanteil entspricht, der innerhalb vorgegebener Sicherheitsgrenzen liegt. Beispielsweise kann eine untere Sicherheitsgrenze bei einem Ausschußanteil von 1,5 $> und einer oberen Sicherheitsgrenze bei einem Ausschußanteil von 7 ^c/ liegen. Wenn die Signalspannung des Digital-Analog-Wandlers 74 - ausgenommen währaadddessen Löschung - außerhalb der Sicherheitsgrenzen liegt, erzeugt der Sicherheitsauslöser 76 ein binäres L-Signal, das eine optische oder akustische Alarmvorrichtung 77 in Betrieb setzt und den Schalter 31 auf den Kontakt 32 umschaltet. So wird eine Bedienungsperson, wenn die Verteilung der Ist-Gewichte eine bestimmte untere oder obere Grenze überschreitet, in Kenntnis gesetzt und kann nun das Sollgewicht für die Regelung von Hand bestimmen. Die obere und untere Sicherheitsgrenze für den Ausschußanteil sind deswegen vorgesehen, um eine Fehlfunktion sowohl der Zigarettenherstellungseinrichtung wie auch des Regelsystems einschließlich der Regelschaltung 35 zu berücksichtigen, da bei allen derartigen Fehlfunktionen immer der Ausschußanteil entweder die untere Sicherheitsgrenze von 1,5 1° oder die obere

BAD ORIGiNAL

009852/1525 - 28 -

- 28 Sicherheitsgrenze von 7,5 ^cf° überschreitet.

Qm die Abweichung des Sollgewichts an dem unteren Grenzwert (GE - LL) als Prozentsatz des Nomina!gewichts so zu berechnen, daß für eine bestimmte Verteilung der Ist-Gewichte, gemessendurch den Ausschuß-Anteil, ein maximaler Profit erzielt wird, ist gemäß Gleichung (4) zu verfahren· Die von dem Digital-Analog-Wandler 74 erzeugte Signalspannung Avird daher an ein Potentiometer 78 gelegt, dessen Abgriff 79 auf einen Proportionalitätsfaktor von 0,658 eingestellt ist. Dem variablen Gleichspannungsprodukt am Abgriff 79 wird eine an dem Abgriff 81 eines weiteren Potentiometers 82

die

abgenommene Ionstante Spannung überlagert,/der Konstanten von 3,1 $> gemäß Gleich. (4) entspricht. Die an den Abgriffen 79 und 81 anstehenden Spannungen werden von einem Summierer 83 linear überlagert, so daß dessen Ausgangsspannung ein Maß für die Abweichung des Sollgewichts von dem unteren Grenzwert, ausgedrückt in Prozenten des Nomina1-gewichts, ist.

Die Abweichung des Sollgewichts von dem unteren Grenzwert wird jeweils für eine Meßperiode gebildet, die gleich der zur Herstellung von 1 000 Zigaretten erforderlichen Zeit ist. Beginn und Ende einer Meßperiode werden jeweils von zwei zu den Zeiten tp und t, von dem Impulserzeuger 72 erzeugten Impulsen M, angegeben. Die Abweichung des Sollgewichts von demunteren Grenzwert während einer Meßperiode wird nun verglichen mit der in der vorhergehenden, durch Impulse M, zu den Zeiten tp und t~ begrenzten Meßperiode ermittelten Abweichung.

Die Schaltung 86 ist beaufschlagt, mit dem Ausgangssignal des Summierers 83, das zu einem bestimmten Zeitpunkt der Abweichung des Sollgewichts von dem unteren Grenzwert während der Meßperiode zwischen t, und t« entsprechen möge. Zusätzlich wird die Schaltung 86 mit einem dem unteren

^009852/1525 - ₂₉ -

Grenzwert entsprechenden Signal und über einen Büokführungszweig mit demjenigen Sollwert beaufschlagt, der in der unmittelbar vorangehenden Meßperiode zwischen t« und t* ermittelt worden ist. Das Ausgangssignal der Schaltung 86, das am Ausgang eines AnaIog-Speichers 87 ansteht, wird über eine analoge Verzögerungsschaltung 88 einem Summierer 89 und dem Minuend-Eingang eines Vergleichsglieds 91 zugeführt. Dem. Subtrahend-Eingang 91a des Vergleichsglieds 91 wird eine Gleichspannung zugeführt, die dem unteren Grenzwert, ausgedrückt in Prozenten des NominaIgewichts, entspricht. Das Ausgangssignal des Vergleichsglieds 91 ist eine Gleichspannung, die der Abweichung des in der vorhergehenden Meßperiode ermittelten Sollgewichts von dem lTomi na !gewicht, (GE - IL) ,- in Prozenten des üiomi na Igewichts entspricht. Das sich auf die vorhergehende Meßperiode beziehende Abweichsignal am Ausgang des Vergleichsglieds 91 wird mittels eines Vergleichsglieds 92 verglichen mit dem gegenwärtig errechneten, der Abweichung des Sollgewichts von dem unteren Grenzv/ert entsprechenden Signal (OI - LlOtj,. Hierzu ist der Minuend-Eingang und der Subtrahend-Eingang des Vergleichsglieds 92 mit dem ausgang des Summierers 83 bzw. des Vergleiohsglieds 91 verbunden.

Das von dem Vergleichsglied 92 erzeugte Differenzsignal ist an ein Potentiometer 93 gelegt, dessen Abgriff 94 so eingestellt ist, daß die seitliche Änderung der Abweichung des Sollwerts, wie sie vom Ausgangssignal des Vergleichseglieds 92 dargestellt ist, nicht voll weitergegeben werden kann. Die Einstellung des Abgriffs 94 bedingt beispielsweise eine Multiplikation des Ausgangssignals des Vergleichsglieds 92 mit dem faktor 0,25. Hierdurch wird die Stabilität des Systems bei plötzlichen Veränderungen der ^verteilung der

- 30 -

BAD

009852/1525

Ist-Werte aufrecht erhalten, und ein Üb erschwingeη des errechneten Sollwerts und Oszillationen werden vermieden. Das Signal am Abgriff 94 wird mittels des Summierers 89 dem Signal am Ausgang der Verzögerungsvorrichtung 88 überlagert, und das erzeugte Signal wird dem Analog-Speicher 87 zugeführt.

Der Analog-Speicher 87 ist so ausgebildet, daß er ein für einen bestimmten Zeitpunkt eingespeichertes Analog-System während der Dauer einer Meßperiode aufrecht erhalten kann. Die Einspeicherung erfolgt jeweils durch einen von dem Impulserzeuger 72 erzeugten Impuls M^. Somit wird jeweils während der Herstellung ton 1 000 Zigaretten das in dem Analog-Speicher 87 gespeicherte Analog-Signal erneuert, und während der Herstellung der nächsten 1 000 Zigaretten gibt der Analog-Speicher 87 eine konstante Ausgangsspannung ab. Die Verzögerungsvorrichtung 88 hat die Aufgabe, die transienten, sprunghaften Änderungen des Ausgangssignals des Analog-Speichers 87 vor der Aufschaltung auf den Summierer 89 und-das Vergleichsglied 91 auszugleichen.

Das Ausgangssignal des Analog-Speichers 87 gibt die Abweichung des Sollwerts in Prozenten des Nominalwerts an. Um eine Angabe in absoluten Gewichtseinheiten zu erreichen, ist der Multiplikator 84 vorgesehen. Er ist beaufschlagt, mit der Ausgangsspannung des Analogspeichers 87 und einer von einer Spannungsquelle 85 erzeugten Gleichspannung, die dadurch dem Nomina!gewicht entspricht, daß ein in der Spannungsquelle 85 enthaltendes geeichtes Potentiometer mechanisch mit der Vorrichtung 26 verbunden ist und mit dieser zusammen betätigt wird. Am Ausgang des MuItLρlikators 84 erscheint in Form einer Analog-G-leiohspannung der Führungswert, der die' Abweichung des Sollgewichts von dem Nominalgewicht in absoluten Gewichtseinheiten angb^t« Zur Überwachung des Fiüirungawerts ist ein Spannungsmesser 95 vorgesehen. BAD OP'~/*i

009852/152S

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems, bei der Ermittlung des jeweiligen Sollwerts für die gezeigte Zigarettenherstellungs-Einrichtung werden im folgenden mehrere Beispiele erläutert. Bei jedem der Beispiele ist angenommen, daß das Hominalgewicht einer Zigarette 1 000 mg und der untere-Grenzwert .des Gewichts 900 mg "beträgt, also um 10 ^unterhalb des Hominalgewichts liegt. Weiter soll der Schalter 31 mit dem Kontakt 33 verbunden sein, und dem Verfahren sollen die in ]?ig. 3 gezeigten Kurven zugrundeliegen.

Das System soll sich bereits im Betrieb befinden und sich bei einer ötandardabweichung von 2 % des Hominal- · gewichts (d.h. 20 mg) stabilisiert haben, woraus sich ein Ausschuß-Anteil von 1,6 >ί und eine Abweichung des Sollgewichts vom unteren Grenzv/ert von 4,2 $ des Hominalgewichts ergeben, was durch den Punkt Pg in Pig. 3 angegeben wird. Das demnach am Ausgang des Summierers 83 der Rechenschaltung 75 erscheinende, 4_S2 ^- entsprechende Signal wird von der Schaltung 86 umgeformt, in eine Abweichung des Sollgewichts von dem xTomi na !gewicht in ⁿöhe von 5>Ö ^c/i· des liominalgewichts. Dieser relative rührungswert am Ausgang des Analog-Speichers 85 wird dem Mulitplikaotr 85 zugeführt, der dem absoluten Führungswert von 58 mg ermittelt und dem Anschluß 33 eine entsprechende Spannung zuführt.

Es sei jetzt angenommen, daß bei 1 000 Zigaretten, deren Herstellung gerade beendet ist, die Standardabweichung wieder 2 ^ beträgt, so daß der Ausschußanteil, der von dem Aus gangs signal des Digital-Analog-V/andlers 74 festgestellt wird, wiederum 1,6 $ beträgt. Das einem Ausschuß-Anteil von 1,6 '/o entsprechende Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 74 wird von der Rechenschaltung 75 in eine Spannung angewandelt, die 4»2 $ des Wominalgewichts entspricht,

00 9 8 55/1525 " ⁵%äd original

202708A

Die Ausgangsspannung des Analog-Speichers 87, die einer?Abweichung von 5»8 $ gegenüber dem Nominalgewicht entspricht, und die den zur Erzielung eines maximalen Profits bei den vorangehenden 1 OOO Zigaretten erforderlichen !Führungswert darstellt, wird am Vergleichsglied 91 von demjenigen Signal abgezogen, das den 10 "/o des Nominalgewichts betragenden unteren Grenzwert repräsentiert.-Das so am Vergleichsglied' 91 gewonnene, 4»2 °J> entsprechende Ausgangssignal wird mit dem ebenfalls 4,2 f> entsprechenden Ausgangssignal des Summierers 83 im Vergleichsglied 92 verglichen, dessen -Ausgangsspannung somit ITuIl ist. Dem Eingang des Analog-Speichers 87 wird daher lediglich das aus der vorhergehenden Meßperiode stammende, 8,7 % entsprechende Signal über den Summierer 89 zugeführt und die Ausgangsspannung der Analogspeicher 97 ändert sich nach einem von dem Impulserzeuger erzeugten Impuls M~ gegenüber dem vorhergehenden Zeitabschnitt nicht. Der Führungswert bleibt daher für die Her- , stellung der nächsten 1 000 Zigaretten gleich und das Sollgewicht ist gleich dem an der Vorrichtung 26 für die Meßschaltung 24 eingestellten Kominalgewichts minus dem Währungswert von 58 mg, d.h. gleich 924 mg.

Zur Herstellung von 1 000 Zigaretten während einer Meßperiode werden also zunächst als Rohstoff 942 000 mg Tabak gebraucht. Von den erzeugten 1 000 Zigaretten wiegen 18 weniger als 900 mg, so daß das von der Ausschuß-Ausstoßvorrichtung 45 über die Aufbereitungsvorrichtung 47 zum Förderer 13 zurückgeführte Gewicht von Tabak weniger als 16 200 mg ist. Insgesamt wird also zur Herstellung von 982 Zigaretten Tabak im Gewicht von mindestens 925 800 mg benötigt.

Es sei jetzt angenommen, daß infolge einer Veränderung der Eigenschaften des verwendeten Tabaks oder der Zigaretten-

- 33 -

■■ BADORfQiMAL

Q098S2M-&2S-'

Herstellungseinrichtung die Standardabweichung der Ist-Gewichte der hergestellten Zigaretten plötzlich auf 3 °p ansteigt, so daß das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 74 gemäß S'ig. 3 vertikal "bis zu einem Punkt Py ansteigt und somit einem Ausschußanteil von 8,4 ⁰P entspricht. Das 8,4 7<> entsprechende Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 74 wird von der Rechenschaltung 75 in ein Signal umgewandelt, das einer Abweichung des Sollgewichts von dem unteren Grenzwert des Gewichts in Höhe von 8,6 fo des Hominalgewichts entspricht. Die 8,6 fo entsprechende Ausgangsspannung der Rechenschaltung 75 wird von dem Vergleichsglied 92 mit der in der vorhergehenden Meßperiode ermittelten Abweichung des Sollgewichts vom unteren Grenzwert in Höhe von 4»2 °ß> verglichen, die von dem Vergleichsglied 91 geliefert wM. Das von dem Vergleichsglied 92 erzeugte, plus 4» 4 °/° entsprechende Aus gangs signal wird von dem Potentiometer 93 mit einem konstanten Faktor k., "beispielsweise von 0,25, multipliziert. Die am Abgriff 94 des Potentiometers 93 abgenommene, 1,1 f° des Uominalgewichts entsprechende Spannung wird im Summierer 89 der vom Ausgang der Verzögerungsvorrichtung 88 abgenommen, - 5» 8 ⁰Jo des Mominalgewichts entsprechenden Spannung hinzuaddiert. Beim nächsten von dem Impulserzeuger 72 erzeugten Impuls M, wird das 4,7 fo entsprechende Ausgangssignal des Summierers 89 in den Analog-Speicher 87 eingespeichert, und dieser relative Hihrungswert wird vom Mulitplikator 84 in einen absoluten Pührungswert entsprechend 47 mg umgewandelt, der über den Anschluß 33 des . Schalters 31 dem Summierer 29 zugeführt wird.

Nimmt man an, daß die Standardabweichung zunächst gleichbleibend 3 i° ist, so bewegt sich das Aus gangs ei gnal des Analog-Speichers 87 auf der Kurve für er _M = 3 $> abwärts, bis es einer Abweichung des Sollgewichts von dem Nominal-

- 34 00Ö852/1525

gewicht in Höhe von - 4»6 $ des Nominalgewichts entspricht, woraufhin das absolute Sollgewicht und der Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten 954 mg "betragen. Mr je 1 OOO von der Vorrichtung 15 in Form der Zigarettenstange 19 gebildete und von der Schneidevorrichtung 20 verteilte Zigaretten muß daher Tabak im Gewicht von 954 OOO mg dem Förderer 13 zugeführt werden. Gemäß Fig, 2 wiegen von den 1 000 Zigaretten 33? 5 weniger als 900 mg, so daß die zum Förderer 13 nach Aufbereitung in der Aufbereitungs-Vorrichtung 47 zurückgeführte Tabakmenge geringer als 30 150 mg ist» Insgesamt ist also die zur Herstellung von 966,5 Zigaretten mit akzeptablem Gewicht erforderliche Sa~ bakmenge 923 850 mg» Werden diese Zahlen für den eingeschwungenen Betrieb mit demjenigen bei einer Standardabweichung von <T = 2 ^c/3 verglichen, so zeigt sichj, daß der Mittelwert der Ist-Gewichte bei geringerer Standardabweiehung näher an dem unteren Grenzwert liegt und daß die Anzahl der Ausschuß-Zigaretten bei breiterer Terteilung der Ist-Werte größer ist_o

Im folgenden wird auf U¹Ig₀ 4 Bezug genommen,, in der der zur Errechnung der Abweiehung des Sollwerts dienende !eil der Regelschaltung 35 gemäß Figo 1 in einer veränderten AusfUhrungsform dargestellt ist«, Hiernach wird das im dem prozentualen Ausschußanteil entsprechende Ausgangssigaal des Digital-Analog-Wandlers 74 mit dem in einer vorangehenden Meßperiode eaättelten prozentualen Ausschußanteil verglichen,, der ausgehend vom Eingangssignal des Multiplikators 84 als Abweiehung des Ausechußanteils dargestellt ist» Das Abweichungssignal wird von einer Einflußgröße verändert, die zur Neufestsetzung des jeweiligen Sollwerts die den wirtschaftlichen Profit beeinflußenden Betriebs= größen der Zigarettenherstellungseinrichtung berücksichtigt« Die Einflußgrö0e ist die Steigung der Kurve gemäß I¹Ig. 3.

- 35

oomamas

BAD

202708A

Zur Bestimmung des prozentualen Ausschußanteils und der Abweichung von in früheren Meßperioden ermittelten Werten wird -Gleichung (4) nach dem prozentualen Ausschußanteil aufgelöst und demgemäß umgeschrieben als

(# Ausschuß) = 1,52 (OT - IL )# - 4,72 i» (5).

Zur Lösung der G-lnichung (5) sind zwei Parameter der Zigarettenherstellungseinrichtung, nämlich 1,25 # und 4,72 ^S erforderlich. Zusätzlich muß zur Ermittlung des optimalen Mittelwerts der Ist-Gewichte (Sollgewicht) bei dem System nach Pig. 4 die Steigung der Kurve in S¹Ig.- 3 bekannt sein. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 4 ist die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers 74 analog dem prozentualen Ausschußanteil, während der Meßperiode zwischen t.. und tp» Dieses Ausgangssignal wird in dem Vergleichsglied 101 mit einem Eückfuhrungssignal verglichen, daß dem prozentualen Ausschußanteil während der Meßperiode zwischen t₂ und t~ entspricht. Das Rückführungssignal, dessen Erzeugung im "folgenden noch beschrieben wird, wird dem Subtrahend-Eingang des Vergleichsglieds 101 zugeführt, während der Minuend-Eingang des Vergleichsglieds 101 mit dem Ausgangssl gnal des Digital-Analog--Wandlers 74 beaufschlagt ist. Das von dem Vergleichsglied 101 erzeugte Ausgangssignal entspricht der Abweichung zwischen dem in der vergangenen Meßperiode ermittelten und dem gegenwärtig ermittelten prozentualen Ausschußanteil. Dieses Signal wird an ein Potentiometer 102 mit einem Abgriff 103 gelegt.

Durch Vergleich mit Fig. 3 ist erkennbar, daß der am Potentiometer 102 angestellte Multiplikationsfaktor, der eine volle Korrektur auf den richtigen neuen Wert auf der geradlinigen Ortkurve 61a herbeiführt, 0,18 ist. Um jedoch ein Überschwingverhalten zu vermeiden und das System zu stabi-

009852/15 26 - 36 -

202708A

lisieren, auch wenn in aufeinanderfolgenden Meßperioden von je 1 000 Zigaretten plötzliche änderungen des prozentualen Ausschußanteils auftreten, wird der Steigungs- Multiplikationsfaktor mittels des Abgriffs 103 entsprechend multipliziert und beispielsweise auf den Faktor 0,9 reduziert. I¹Ur die bestimmte Zigarettenhersteilungseinrichtung, deren Betriebsverhalten durch Pig. 3-beschrieben wird, birgt die nunmehrige Einstellung des Potentiometers 102 einen Multiplikationsfaktor von 0,16 für die der Abweichung entsprechende Ausgangsspannung des Vergleichsglieds 101, Die Spannung am Abgriff 103 des Potentiometers 102 ist somit ein Maß für die prozentuale Änderung der Abweichung des Sollgewichts von dem unteren Grenzwert in aufeinanderfolgenden Meßperioden für je 1 000 Zigaretten. Es handelt sich um den gleichen Paktor, der von dem Abgriff 94 des Potentiometers 93 in Pig. I erhalten wird.

Die am Abgriff 103 gewonnene Spannung wird mit Hilfe des Summierers89, des AnaIog-Speichers 87 und des Multiplikators 84 in gleicher ."eise weiter verarbeitet, wie dies vorstehend bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, wodurch dem Summierer 29 ein Pührungswert vorgegeben wird, der dem Abstand des Sollwerts von dem Nominalwert des Gewichts entspricht. Auch wird hier die Ausgangsspannung des Analog-Speichers 97 über eine Verzögerungsvorrichtung 88 zum Eingang des Summierers 89 und zum Vergleichsglied 91 in gleicher Weise" wie bereits beschrieben, zurückgeführt,

Das Ausgangssignal des Vergleichaglieds 91 entspricht somit der Abweichung des Sollgewichts von dem unteren Grenzwert, ausgedrückt in Prozenten des Nominalgewichts.

Das Ausgangssignal des Vergleichsglieds 91 wird einer zur lösung der oben genanntenG-lechung (5) ausgebildeten Rechenschaltunc zugeführt. Die Abweichung des Sollgewichts

000852/1526 - 37 -

BAD ORIGINAL

von dem unteren Grenzwert während der vorausgegangenen Meßperiode für 1 000 Zigaretten, die vom Ausgangssignal des Vergleichsglieds 91 repräsentiert wird, wird mit der Hälfte des Paktors 1,52 $ aus Gleichung (5) durch entsprechende Einstellung des Abgriffs 105 eines Potentiometers 104 multipliziert. Die Spannung am Abgriff 104 wird mittels eines rüekwirkungsfreien Operationsverstärkers 106 mit dem Faktor 2 multipliziert, so daß dessen -Uisgangsspannung direkt proportional 1,52 (CT - LL)^ ist. Diese Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 106 wird einer Gleichspannung überlagert, die am Abgriff 107 eines an seinem Anschluß 109 mit einer Referenzgleichspannung geschalteten Potentiometers 108 ansteht. Pur die besonderen Verhältnisse gemäß Gleichung (5) ist der Abgriff 107 so eingestellt, daß die an ihm anstehende Spannung 4>72 ^cß> entspricht. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 106 wird dem Minuend-Eingang, die Ausgangsspannung des Abgriffs 107 dem Subtrahend-Eingang des Yergleiehsglieds 111 zugeführt, so daß die von ihm erzeugte Ausgangsspannung direkt proportional dem prozentualen Ausschußanteil während der vorangegangenen Meßperiode für 1 000 Zigaretten zwischen den Zeitgeberimpulsen to und t, ist.

In Pig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Teils des Systems gemäß Pig. 1 dargestellt. Hierbei wird ein Pührungswert in ähnlicher Weise wie in Pig. I ermittelt. Jedoch sind der Ausschuß-Zähler 73 und der Digital-Analog-Wandler 74 durch einen Prequenz-Spannungs-Wandler 121 ersetzt, so daß sich im Gegensatz zu Pig. I keine feste Meßperiode ergibt. ,

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 5 wird das Ausgangssignal des Triggers 43 direkt dem Prequenz-Spannunga-Wandler 121 zugeführt, der die Polgefrequenz der von dem IrIg-

009852/1625 - 38 -

BAD ORIGINAL

ger 43 erzeugten Impulse in eine Analog-Gleichspannung umwandelt. Die vom Frequenz-Spannungs-Wandler 121 erzeugte Spannung ist demnach direkt proportional der Folgefrequenz, mit der -der Trigger 43 "binäre L-Impulse erzeugt, so daß die Ausgangsspannung des Frequenz-Spannungs-Wandlers 121 mit zunehmender bzw. abnehmender Anzahl von ImpAsen je Zeiteinheit steigt bzw. fällt. Die Ausgangsspannung des Frequenz-Spannungs-Wandlers 121 wird einem Potentiometer 78 zugeführt, dessen am Abgriff 79 abgenommene Ausgangsspannung mit der am Abgriff 81 eines weiteren Potentiometers 82 abgegriffenen Ausgangsspannung mittels eines Summierers 83 in gleicher Weise kombiniert wird, wie dies bereits anhand'der Fig. 1 -beschrieben wurde, so daß ein Signal entsteht, das der Abweichung des Sollwerts von dem unteren Grenzwert entspricht.

Der von dem Summierer 83 erzeugten Ausgangsgleichspannung wird an einem weiteren Summierer 122 eine Spannung überlagert, die dem unteren Grenzwert LL, ausgedrückt als Prozentsatz des Nominalgewichts, entspricht. Der Summierer 122 . erzeugt somit ein Ausgangssignal, das den Sollwert, ausgedrückt in Prozenten des Nominalgewichts, repräsentiert. Das von dem Summierer 122 erzeugte Signal, das dem jeweiliger Sollwert entspricht, wird mittels eines Vergleichsglieds 123 verglichen mit einem übermittelten, die Sollwerte in der vorangegangenen Zeit berücksichtigenden Sollwert (CT)_M· Daa Ausgangssignal des· Yergleichsglieds 123 entspricht somit der Differenz OT zwischen dem derzeit vorgegebenen relativen Führungswert (Abweichungzwischen Sollgewicht und Nominalgewicht) und dem neu ermittelten Führungswert.

Das Differenz-Ausgangssignal des Vergleichsglieda 123 ' liegt an einem Potentiometer 124, dessen Abgriff 125 zur Erzielung von Stabilität auf einen Multiplikationsfaktor kleiner als 1 eingestellt ist, wie dies bereits vorstehend

00Ö852/152S

BAD ORSGINAL

für das Potentiometer 93 mit dem Abgriff 94 anhand Fig. erläutert wurde. Das mit dem MuItiplikationsfaktor multiplizierte Lifferenzsignal am Abgriff 125 wird in einem Summierer 126 einem Signal überlagert, das den gemittelten vergangenen Sollwerten entspricht und das von der Vorrichtung 127 zur Mittelwertbildung erzeugt ist. Die Vorrichtung 127, die ein RG-Tiefpaßfilter sein kann, weist eine Zeitkonstante in der Größenordnung von 30 bis 60 see. auf und hat damit eine ähnliche Wirkungsweise wie diejenige, die in Pig, 1 durch das Einspeichern von Zeit zu Zeit erreicht wird.

Das Ausgangssignal der Vorrichtung 127 wird auf den Minuend-Eingang des Vergleichsglieds 123 und zu einanEingang des Summierers 126 zurückgeführt, um so Signale zu erzeugen, die dem gegenwärtig der Zigarettenherstellungseinrichtung vorgegebenen Führungswert entsprechen. Das Ausgangssignal · des Summierers 126, das den relativen, auf das Ifominalgewicht bezogenen Führungswert darstellt, wird dem Multiplizierer 84 zugeführt und von diesem den absoluten Gewichtseinheiten entsprechenden Führungswert umgewandelt.

Qbwohl die Ausführungsform gemäß Fig. 5 als eine Abwandlung des Systems gemäß Fig. 1 dargestellt wurde, ist die-.. se Abwandlung prinzipiell auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 anwendbar. Insbesondere könnte das dem prozentualen Ausschaußanteil entsprechende Ausgangssignal des Frequenz-Spannungs-Wandlers 121 direkt dem Vergleichsglied 101 in Fig. 4 und den ihm nachgeschalteten Schaltungselementen zugeführt werden.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der Führungswert in direkter Abhängigkeit von der Standardabweichung der variierenden Dichtewerte der Zigarettenstange 19r gemessen bei deren Durchlauf durch die die

0G&662/1525 -40-

BADORSGiNAL

Strahlungsquelle 22 umfassende Einrichtung, bestimmt wird. Zur Ermittlung des maximalen Profits "bei einem bestimmten Abstand des Sollwerts von dem unteren Grenzwert kann die Standardabweiellung nach bekannten statistischen Methoden ermittelt und mit bestimmten Paktoren algebraisch kombiniert werden. Beim Ausführungsbeispiel ist die mathematische Beziehung zwischen dem Abstand des °ollwerts von dem unteren Grenzwert des Gewichts einerseits und der Ütandardabweichung wie folgt:

(Ci¹ - LL)^l/-i = 1,2 3" ν + 1,8 > (6),

Zur Durchführung dieser Rechnung wird die von der Ileßsc'ialtung 24 erzeugte Meßgleichspannung einem Varianz-rechner 131 zugeführt, wie er beispielsv/eise aus der US-PS 2 965 bekannt ist. Der Varianz-Rechner 151 umfaßt einen Zeitgeber, so daß er in periodischen Abständen ein entsprechend Gleichung (l) errechnetes, der Varianz entsprechendes Ausgangssignal abgibt. Zwischen den von dem Zeitgeber bewirkten Änderungen des Ausgangssignals bleibt dieses konstant, so daß sich aas Ausgangssignal aus einer Reihe von Abschnitten jeweils konstanter .anplitude zusammensetzt, die nach .-Lrt einer Schrittfunktion ineinander übergehen, ähnlich wie dies für das Ausgangssignal des Digital-Analog-V.ändlers 74 gilt.

Das Ausgangssignal des Varianz-Rechners 131-wird einer Rechenschaltung 132 zugeführt, die aus ihm durch Quadrat wurzelbildung die Standardabweichung in Form eines Gleichspannungssignals ermittelt. Dieses Ausgangssiganl wird mittels einer Dividierschaltung 134 zu einem Signal umgeformt, das dem prozentualen Anteil der Standardabweichung bezogen auf das an einer Vorrichtung 135 eingestellte iMominalgewicht entspricht. Hierzu ist der Divisor-Eingang der Divisor-Schaltung 134 mit der Vorrichtung 135 verbunden. Die Vorrichtung 135 wird gleichzeitig mit der Vor-

- 41 - . 0 0 9 8 5 2/1525

" BAD ORSGlNAL

richtung 26 zur Einstellung des iioml na !gewicht s bei der Meßschaltung 24 gemäß ilg. 1 betätigt. Die von der Divisionsschulbung 134 ermittelbe prozentuale Standardabweichung wird einer analogen Recaeuschalbung zugeführt, die gemäß Gleichung (6) arbeitet.

Die Rechens cha Itung zur Lösung der Gleichung (6) umfaßt ein Potentiometer 136, das mit der Ausgangsspannung der Dividierschaltung 134 gespeist ist. Der Schleifer 137 deö Potentiometers 136 ist entsprechend eiern Proportionalitätsfaktor 1,2 in Gleichung (6) eingesetzt; und liefert somit eine Spannung, die 1,2 6~ , ausgedrückt in Prozenten des ilominalgewichts, entspricht. Diese Spannung wird einem Eingang eines Summierers 130 zugeführt, dessen anderer -Eingang am Schleifer 139 eines Potentiometers 14O liegt, dessen eine Klemme mit einer Referenzspannung gespeist isb. Die Mnsteilung des Schleifes 139 entspricht dem Prozentsatz von 1,0 in Gleichung (6).

Das Ausgangssignal des Summierers 130 ist eine analoge Gleichspannung, die der Abweichung des zur Erzielung eines maximalen Profits erforderlichen Sollwerts von dem unteren Grenzwert entspricht. Dieses Ausgangssignal ■ des Summierers 130 wird in gleicher Weise wie das Ausgangssignal des Summierers 03 in !'ig. 1 weiterverarbeitet, indem es der Schaltung 06 zugeführt wird, die eine Nachführung des MihrungOwerts bewirkt.

Die Möglichkeit, die Abweichung des Sollwerts aus der jeweiligen Standardabweichung und einer neu errechneten Sbandar dabweichung zu berechnen, wie dies anhand des Beispiels der iig. 4 gezeigt wurde, besteht auch bei dem Ausführungs-" beispiel gemäß i'ig. 6. So kann das Aus gangs signal der Dividierschaltung 134 direkt mit einem Signal verglichen werden, das der^egenwärtigeη Standardabweichung proportional ist und das von einer analogen Rechenschaltung erhalten wird,

00 9 852/1525

_ 4.2 -BAD ORiGJNAL

die ausgehend von dem Ausgangssignal des Vergleichsglieds 91 in yig. 4 die prozentuale Standardabweichung folgendermaßen errechnet:

P = 0,833 (öl¹ - LL)Jb -1,5 (7).

Eine weitere Anwendungsmögliohkeit der Erfindung ergibt sich dann, wenn der Profit eines Regelsystems optimiert werden soll, bei dem die gesteuerte Einrichtung eine gewisse Anzahl von Ausschuß-Erzeugnissen produziert, die in den Handelsweg gebracht werden. Hierbei müssen die nachteiligen Auswirkungen beachtet werden, die die Ausschuß-Erzeugnisse auf die Verlcaufsmöglichkeiten der Erzeugnisse haben. Us wird daher ein Minderungsfaktor für jedes Ausschuß-Erzeugnis berücksichtigt, das in den Handelsweg gelangt, und dieser Minderungsfaktor wird zur Bestimmung. des Sollwerts oder des gewünschten Mittelwerts der Ist-Vier te verwendet, um optimale Resultate und damit maximalen Profit zu erreichen.

Bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Zigaretten eines unteren Grenzwertes nicht nach ihrer Herstellung ausgeschieden. Vielmehr wird akzeptiert, daß diese Ausschuß-Zigaretten in den Handelsweg gelangen und angenommen, daß solche Zigaretten wahrscheinlich die Unzufriedenheit von Käufern erwecken und damib einen negativen Einfluß· auf den zukünftigen Zigarettenverkauf ausüben. Dieser Einfluß wird von einem bestimmten Faktor, als Minderungsfaktor bezeichnet, erfaßt. Im vorliegenden I^|Aall wird der Mindaangsfaktor mit 2sl für jede in den Handelsweg gelangende Ausschuß-Zigarette angenommen. Die Standardabweichung &~ der hergestellten Zigaretten ist bei der Bestimmung des Sollgewichts der Zigaretten korre_r liert mit dem Grad der Unzufriedenheit von Kunden» Je mehr

- - 43■ 009852/1525

- BAD ORIGINAL

nämlich das mittlere Gewicht der Zigaretten "bei gegebenem ".7ert (? sinkt, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit der unzufriedenen Kunden.

Bei wachsenden Werten von <5~ wächst die Anzahl unzufriedener Kunden bei gegebenem Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten. Die Anzahl unzufriedener Kunden als Punktion der Standardabweichung und des Mittelwerts ist insofern kumulativ, als nur eine relativ geringe Anzahl von Kaufern mit einer Zigarette von einem Ist-Gewicht von 1 OOO mg unzufrieden ist, während eine wesentlich größere Anzahl von Kunden mit Zigaretten unzufrieden ist, deren Ist-Gewicht 950 mg beträgt. Um den gesamten Grad der Unzufriedenheit von Kunden zu bestimmen, ist es demnach erforderlich, die anzahl unzufriedener Kunden für jeden Mittelwert des Ist-Gewichts der Zigaretten, ausgehend von der niedrigsten Standardabweichung bis zu der tatsächlich am höösten vorkommenden Standardabweichung durch Integration zu kumulieren. Uiese kumulative Summe unzufriedener Kunden wird mit dem Minderungsfaktor multipliziert, der sich auf die 'Wahrscheinlichkeit bezieht, daß zukünftige Verkäufe aufgrund der Unzufriedenheit von Kunden verringert sind.

Kurvenscharen, die die Herstellungskosten, die Kosten durch Unzufriedenheit von Kunden und den optimalen Sollwert als funktion der Abweichung des Sollgewichts von dem iiominalgewicht darstellen, sind in Pig. 7 enthalten. Hierbei ist ein Minderungsfaktor von 2:1 für die Unzufriedenheit von Kunden vorgesehen, d.h., für jede in den Handelsweg gebrachte Ausschuß-Zigarette erleidet der Hersteller einen Verlust, der doppelt so groß ist wie der Profit, den er normalerweise von dieser Zigarette hätte. Ist beispielsweise der Profit pro Zigarette IM 0,002, dann ist der Verlust aufgrund einer Ausschuß-Zigarette DM 0,004, und der Hersteller verliert bei jedem unzufriedenen Kunden I)M 0,002.

009852/1526- - 44 -

BAD ORIGINAL

In Pig. 7 sind die Kosten aufgetragen als Punktion des Mittelwerts der Ist-Gewichte, d.h. des Sollgewichts, ausgedrückt als Prozentsatz des liominalgewichts. Zwei Werte des Sollgewichts, nämlich 85 i<> und 100 yo des liominalgewichts, sind durch vertikale gestrichelte Geraden 201, 202 herausgehoben. Die Kosten durch Unzufriedenheit von Kunden ist durch die gestrichelte Kurvenschar der Kurven 203' bis 208 mit der btanclardabweichung als Parameter dargestellt. Hierbei ist der Minderungsfaktor von 2:1 berücksichtigt. Anhand der Kurven 203 bis 208 ist ersichtlich, daß bei der sehr geringen Standardabweichung von 1 ^ die Kosten des Zigarettenherstellers durch Unzufriedenheit von Kunden bei in den Handelsweg gelangenden Ausschuß-Zigaretten sehr gering sind, solange der Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten oberhalb von 85 i* des xiominalgewichts gehalten wird. Bei Anwachsen der ütandardabveichung, bei der auch der Ausschuß-Anteil anwächst, wachsen die Kosten durch Unzufriedenheit von Kunden, wie an den Kurven 203 bis 208 ablesbar ist. Jede der Kurven 203 bis 208 nähert sich asymptotisch den Kosten Hull, wenn das Sollgewicht und damit der Mittelwert der Ist-Gewichte gegen Unendlich geht. Bei einem bestimmten Wert des Sollgewichts hängt der Viert jeder der Kurven 203 bis 208 direkt von dem Wert <s ab, dem diese Kurve zugeordnet ist.

In iig. 7 ist weiter eine Gerade 209 eingezeichnet, die die Herstellungskosten der Zigaretten unterBerücksichtigung der Materialkosten für den Tabak in Abhängigkeit von dem Sollgewicht angibt. Die Kurve 209 ist im interessierenden Bereich eine Gerade, weil die Herstellungskosten der Zigaretten direkt mit dem Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten ansteigt. Dabei sind die übrigen Kosten, wie für Papier, Maschinen und Energie, so minimal, daß sie praktisch keinen Effekt auf die Kurve 209 der Herstellungskosten haben.

009852/1525 ~ 4 6ad original

Um die Kosten zu "bestimmen,- die. "bei der Herstellung der Zigaretten mib optimalem Profit erforderlich sind, müssen die Kosten durch Unzufriedenheit von Kunden entsprechend den Kurven 203 "bis 208 und die Herstellungskosten entsprechend den Kosten des Tabaks gemäß Kurve 209 gemeinsam ■berücksichtigt v/erden. Hierzu werden die Kostenwerte /bei einander entsprechenden Mittelwerten der Ist-Gewichte der Zigaretten entlang jeweils zweier Kurven addiert und ergeben für die verschiedenen V/er te ö" die Kurven 211 "bis 216 für die Gesamtkosten. Der jeweils minimale Viert der Kurven 211 bis 217 ergibt den für maximalen Profit anzustrebenden Sollwert bei der jeweiligen Standardabweichung

<rf . Somit kann die Ortskurve 217 für das optimale Sollgewicht gezeichnet werden. Beispielsweise wird der Punkt P₁₁ auf der Ortskurve 217, der das Sollgewicht für maximalen Profit bei <5 = 1 $ angibt, dadurch erhalten, daß die Wgrte der Kurve 203 zu den entsprechenden Werten der Kurve 209 addiert werden, daß die dadurch erhaltene Kurve 211 eingezeichnet wird und daß beim minimalen Wert der Kurve 211 der Punkt P^ und der ihm entsprechende Wert des Sollgewichts bestimmt werden. In entsprechender Weise wer den die Werte der Punkte P^p bis I*-ig nacheinander abgeleitet, indem die verschiedenen Werte der Kurven 204 bis 208 mit den .7er ten der Kurve 209 bei gemeinsamen Werten des Sollgewichts addiert werden, die Kurven 212 bis 216 aufgetragen werden und das Minimum dieser Kurven 212 bis 2'16 jeweils einem bestimmten Sollgewicht zugeordnet wird. Kurve 217 verläuft tatsächlich nicht vollständig linear, kann aber im interessierenden Bereich paraktisch durch eine Gerade approximiert werden, ähnlich wie dies in Fig. 3 bei der Kurve 61a erfolgte.

Zur Regelung eines Herstellungsverfahrens, beispielsweise bei der Zigarettenherstellungseinrichtung gemäß I?ig. 1, in Abhängigkeit von einer Kurve gemäß Fig. 7 wird zunächst der i/ert & für die Einrichtung errechnet. Aus dem. errech-

009852/152S _BAD

- 4-6 -

neten Wert von (T wird dasjenige Sollgewicht OT erreich.net, das einen größtmöglichen Profit ergibt. Der Wert des Sollgewichts, der jeweils den größtmöglichen Profit ergibt, wird verglichen mit einem vorher verwendeten Wert des Sollgewichts, um den gewünschten Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten zu ermitteln. Die Abweichung zwischen den zwei Werten des Sollgewichts erlaubt es, einen neuen Wert des Sollgewichts zu ermitteln. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die"Abweichung zwischen* dem gewünschten Sollgewicht und dem vorangehenden Sollgewicht mit einem Gewic¹ itsfaktor multipliziert, um.ein Überschwingen der Regelung zu vermeiden. Selbstverständlich ist bei einer Herstellungsvorrichtung, die nach den Kurven gemäß Fig. 7 arbeitet, keine Ausschuß-Ausstoßvorrichtung und keine Aufbereitungsvorrichtung für Ausschuß-Zigaretten vorgesehen, so daß die Teile 44 bis •47 der Fig. 1 fortfallen können. Weiter kann die Rechenschaltung zur Berechnung des Ausschußanteils gemäß Fig. 1 wahlweise auch durch einen Rechner.ersetzt sein, der gemäß Fig. 6 die Standardabweichung berechnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 wird ein optimaler Sollwert gemäß Kurve 217 in Fig. 7 errechnet» Hierbei wird zunächst die Standardabweichung ö" mittels eines der Meßschaltung 24 nachgeschalteten Varianz-Rechners 131 einer Rechenschaltung .132 zur Berechnung der Quadratwurzel, einer Dividierschaltung 134 und einer Vorrichtung 135 zur Einstellung des Homina!gewichts berechnet, wobei die Vorrichtung 135 gleichzeitig mit der Vorrichtung 26 zur Vorgabe des Nominalgewichts für die Meßschaltung 24 verstellbar ist. Die Berechnung erfolgt insoweit, wie dies bereits anhand der Fig. 6 beschrieben wurde. Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 134 ist eine Gleichspannung, die der Standardabweichung, ausgedrückt als Prozentsatz

- 47 -009852/1525

BAD ORfGIMAL

■'■'-.. - 47 -

des Nominalgewichts, entspricht. Dieses Signal wird einem Potentiometer 121 zugeführt, dessen Schleifer entsprechend der Steigung der Kurve 217 gemäß Pig. 7 eingestellt ist. Die Gleichspannung am Schleifer 222 wird in einem Summierer 226 einer konstanten Gleichspannung überlagert, die am Sohleifer 223 eines Potentiometers 224 abgenommen ist, welches an seiner Klemme 225 von einer konstanten, positiven Gleichspannung gespeist ist. Die am Schleifer 223 anstehende Spannung entspricht einem Kostenkorrekturwert der Kurve 217, so daß die Ausgangsspannung'des Summierers 226 demjenigen Solleewicht OT auf Kurve 217 entspricht, das dem von der Dividierschaltung 134 ermittelten Wert d* zugeordnet ist. Das Ausgangssignal des Summierers 226 hat demnach die Form einer Gleichspannung, die dem erwünschten Mittelgewicht der Zigaretten entspricht, die in dem unmittelbar vorangehenden Zeitintervall erfolgt wurden, wobei das mittlere Gewicht zu optimalem Betrieb der Zigarettenherstellungseinrichtung gemäß Pig. 1 dann führt, wenn keine Zigaretten ausgeschieden werden und wenn allen Zigaretten, die zu einer Unzufriedenheit von Kunden führen, ein Minderungsfaktor von 2il zugeordnet wird.

Der gewünschte Mittelwert der Ist-Gewichte der Zigaretten (Sollgewicht) der im jeweils gerade beendeten Zeitabschnitt der Herstellung gilt, wird mit dem zeitlich vorangehenden Wert in der Vorrichtung 86 verglichen, die ähnlieh der Vorichtung 86 in Pig. 1 arbeitet. Allerdings wird in der Vorrichtung 86 gemäß Fig. 8 der gewünschte Mittelwert der Ist-Gewichte direkt mit dem gewünschten Mittelwert eines vorhergehenden Zeitabschnitts verglichen ohne daß eine Subtraktion des unteren Grenzwerts erfolgt. Daher unterscheidet sich die Vorrichtung gemäß Pig. 8 von derjenigen der Pig.l dadurch, daß ihr direkt der von dem Summierer 226 ermittelte Sollwert CT zugeführt wird und daß kein Vergleicasglied 91 vorhanden ist. Stattdessen wird das Vergleichsglied 92 der Vorrichtung 86 in Pig. 8 direkt mit dem ^uogangssignal der

009852/1525 - 4 ^; bad original

.ana!^verzögerungsvorrichtung 88 "beaufschlagt. Dieses Ausgangssignal wird auch dem Summierer 89 zugeführt. Wie bei der Vorrichtung 86 gemäß Pig. I umfaßt die Vorrichtung 86 gemäß Pig. 8 ein Potentiometer 93 mit einen Sealeifer 94? v^?odurch ein dämpfender Gewichtsfaktor für die berechnete abweichungen zwischen aufeinanderfolgenden Sollwerten eingeführt wird.

Zur Erläuterung der Betriebsweise des Ausführun-sbeispiels gemäß Pig. 8 sei angenommen, daß ursprünglich ein stabiler Regelbetrieb bei «5" = 2 ,.> und CT = 87,5 '<'-> erreicht wurde, wobei die Gesamtkosten durch den Punkt P^₂ in Pig. 7 angegeben v/erden, nun sei weiter angenommen, daß die Dichte des zugeführten Tabaks plötzlich sich derart ändert, daß

6" von 2 Ί'ο auf 3 ^L/> ansteigt und die Kosten Jctat von dem Punkt Ppp in Pig. 7 gegeben sind. Bei einem Betrieb bein. Punkt Ppp ist der Profit nicht mehr optimiert, da die Kosten durch Unzufriedenheit der Kunden imfol;;e^: der -größeren Anzahl von :.ussch,ug~ Zigaretten mit au geringem Gewicht stark angestiegen sind. Um die Unzufriedenheit der Kunden wieder zu verringern und den Profit zu nu.ximieren, muß der Hittelwert der Ist-Gev-ichte der Zigaretten so weit vergrößert werden, daß eine geringe Anzahl von Ausschuß-Zigaretten verkauft wird. UIe Kosten von Ausschuß-Zigaretten sind jedoch bei -<5" - r yY größer alo bei 6 ~ 2 ^c/j, v/eil mehr Tabak je.^ip'.r'ette verbraucht wird und weil eine größere Anzahl von-'Ausschuß-Zigaretten auf den Harkt gelangt. Ein maximaler Profit wird bei 5" = yj- erreicht, wenn dao Messer 16 in Fig. 1 so verstellt wird, daß das mittlere Zigarettengewicht langsam von Punkt Έ_οο zu Punkt P.., wandert.

Bei dem gemäß Fig. 7 arbeitenden"" Regelsystem wird bei dem anfänglichen stabilen Dauer be tr i'elf dar; €f - ⁿ ;' eni-sprecheude Ausgangssignal der Dividi erschaltunr; 134 von der don

009852/1525

- 49

mierer 226 umfass enden lie chens cha 1 tutig in einen SoIlv/ert von 87,5 fi umgeformt, worauf Zigaretten hergestellt werden, die jeweils DM 0,002 kosten. Nachdem sich <T von 2 '/ό auf 3 /■> geändert hat, springt das dem Sollwert' entsprechende Signal am Ausgang des Summierers 226 auf etwa 90 °/o. Das 90 yi entsprechende Signal wird mit dem im vorhergehenden Zeitabschnitt erzeugte, 87,5 ⁰P entsprechenden Signal in der Vorrichtung 86 verglichen. Die Vorrichtung 86 "bildet die Idfferenz zwischen den beiden Sollwerten und verschiebt nur langsam den Währungswert und damit den Mittelwert der Ist-Gewichte je Jüinheits länge der Zigarettenstange 19 von 87,5 5- auf 90 -f> des Mominalgewichts. Zuletzt ist de.r maximale-Profit wieder erreicht und die Zigaretten kosten DM 0,00104 pro Stück.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in vielfacher Hinsicht möglich.Beispielsweise kann auch der mittels der Spannungsquelle 34 dem Summierer 29 vorgegebene IPührungswert manuell in Abhängigkeit von der beobachteten Stellung des Voltmeters 95 eingestellt werden.

Die bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten analog v/irkenden Rechenschaltungen sind jeweils besonders geeignet zur Profitmaximierung bei der Regelung einer einzigen Einrichtung. In vielen Fabriken, beispielsweise in einer I'abrik zur .Zigarettenherstellung, ist jedoch eine Anzahl gleichartiger Maschinen gleichEitig im Betrieb. Indiesem 3?all wird das ieegelsystem vorzugsweise mit einem Digitalrechner ausgeführt, der auf"Zeitmultiplex-Basis gleichzeitig mehrere Regelsysteme bedient. Ein derartiger Zeitmultiplex-Rechner ist beispielsweise aus der US-PS 3 147 bekannt. Die Daten der für die Profitniaximierung erforderlichen Funktionen, beispielsweise der in I¹Ig. 3 oder 7 gezeigten !''unktion, werden in dem Rechner gespeichert, und die Sollwerte für die verschiedenen Einrichtungen werden

0098 52/152 5 -50- bad original

zeitlich nacheinander in Abhängigkeit von den jeweiligen Eingangsgrößen "berechnet, worauf die neu berechneten Signale den Reglern der einzelnen Einrichtungen periodisch zugeführt werden. Da ein digital wirkender Rechner wahlweise mit dem üblichen, aus Tabellen ersichtlichen -Werten arbeitet, v/erden die tatsächlichenPunkte auf den für die Profitmaximierung maßgebenden Kurven, beispielsweise den Kurven 61 oder 217, verwendet, ohne daß diese Kurven durch lineare Approximationen nachgebildet werden. Es werden so selbst kleine Fehler durch Nichtlinearitäten vermieden.

- Patentansprüche -

BAD ORIGINAL

- 51 -0093 52/152 5

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur Regelung des Mittelwerts der statistisch verteilten Ist-Werte einer messbaren Eigenschaft, der. von einer Einrichtung hergestellten oder Gearbeiteten Erzeugnisse zur Erzielung eines maximalen wirtschaftlichen Profits, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maß für die Verteilung der Ist-Werte gebildet wird und daß der Mittelwert in Abhängigkeit von der Verteilung derart geregelt wird, daß bei zunehmender Verteilung der außerhalb eines nocü zulässigen Grenzwerts der Eigenschaft liegende Anteil der Ist-Werte zunimmt und umgekehrt.

   Regelsystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung (22 bis 26) für die Ist-Werte der Eigenschaft, eine na^chgeschaltete Vorrichtung (28,72 bis 74; 28,121; 131 bis 13tO zur Erzeugung eines der Verteilung der Ist-Werte entsprechenden ersten Signals, eine 'mit dem ersten Signal beaufschlagte Vorrichtung ( 75»86; 87 bis 111; 78,79,81 bis 83,122 bis 127; 92,136 bis 141; 86,211 bis 226) zur Erzeugung eines zweiten Signals, das dem optimalen Mittelwert der Ist-Werte für maximalen Profit bei der jeweiligen Verteilung entspricht, und eine von dem zweiten Signal beaufschlagte Vorrichtung (29,17) zur Regelung des Mittelwerts im Sinne eines Erreichens des optimalen Mittelwerts.

   3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugnisse, deren Ist-Wert außerhalb des Grenzwerts liegt, nach Aufbereitung im Herstellungsoder Bearbeitungsverfahren wieder verwendet werden.

   BAD ORIGINAL

   009852/1525

   4· Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Ausschußerzeugnisse an den hergestellten oder bearbeiteten Erzeugnissen ■bestimmt wird und daß der Mittelwert in Abhängigkeit von dem Anteil der Ausschußerzeugnisse derart geregelt wird, daß bei zunehmendem Anteil der Ausechußerzeugnisse der außerhalb des Grenzwerts liegende Anteil der Ist-Werte zunimmt und umgekehrt.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach der Verteilung der lat-Werte der optimale Mittelwert der Ist-Werte aufgrund der Kosten der bei der Herstellung oder Bearbeitung der Erzeugnisse erforderlichen, die Eigenschaft beeinflußenden Materialien sowie aufgrund der profitmindernden Einflüsse der Unzufriedenheit der Kunden wegen unterhalb dea Grenzwerts liegender Ist-Werte derart bestimmt wird, daß dieser optimale Mittelwert die minimale Materialien-. menge für einen maximalen Profit angibt, und daß die Einrichtung im Sinne eines Erreichens des optimalen Mittelwerts geregelt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daiS der.optimale Mittelwert aus der gemessenen Verteilung ermittelt wird.

   7. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (131 bis 135) zur Erzeugung des ersten Signals einen Rechner (131) umfaßt, der die statistische Standartabweichung der Ist-Werte als Maß für deren Ve rteilung berechnet.

   BAD ORIGINAL·

   009852/1525

   I₁ -53 - 202708A

   8.- Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (28, 72 bis 74; 28, 121) zur.Erzeugung des eisten Signals eine Schaltung (73»74; 121) umfaßt, die'da? Verhältnis der Anzahl der Ist-Werte außerhalb des Grenzwerts zur Gesamtzahl der Ist-Werte in einem bestimmten Wertebereich als Maß für deren Verteilung berechnet.

   9« Regelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wertebereish der Ist-Werte zeitabhängig ist (Pig. 5).

   10. Regelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wertebereich der Ist-Werte von der hergestellten oder bearbeiteten Erzeugnismenge abhängt (Pig.1,4)

   11. Regelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorriehtung ( 2ü, 72 bis 74; 28,121} zur Erzeugung des ersten Signals eine Schaltung (28) umfaßt, die jeweils dann ein binä. res Signal erzeugt, wenn der von der Meßvorrichtung gemessene Ist-Wert außerhalb des Grenzwerts liegt.

   12. Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

   daid die Schaltung (28) zur Erzeugung des binären Signals einen Integrator (38) aufweist, dessen Eingang eine dem Grenzwert entsprechende Spannung und die dieser Spannung linear überüa gerte, von der Meßeinrichtung , erzeugte Meßspannung zugeführt sind.

   13· Regelsystem nach den Ansprüchen 9 und 11,dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (78 bis 83; 122 bis 127) zur Erzeugung des zweiten Signals das zweite wignal in Abhä ngigkeit von der Anzahl der von der Vorrichtung zur Erzeugung des ersten Signals (28,121) jeweils erzeugten binä ren Signalwerts erzeugt (Pig.5).

   BAD ORIGINAL 009852/152S ~~

   H. Regelsystem mach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet» daß die Vorrichtung (75,86; 87 Ms 89, 91, 101 bis 111) zur Erzeugung des zweiten Signals das zweite Signal in Abhängigkeit von der Anzahl der von der Vorrichtung (28,72 bis 74) zur Erzeugung des ersten Signals während der Herstellung oder Bearbeitung einer bestimmten Erzeugnismenge jeweils erzeugten binä ren Signalwerte erzeugt ( Fig.1,4)·

   15· Regelsystem Eich einem der Ansprüche 2 oder 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals eine Rechensehaltung (75; 78 bis Q5; 136 bis 141) umfaßt, die das dem optimalen Mittelwert (CT) jeweils entsprechende Signal als Abweichung gegenüber einem Referenzwert (LL) der Eigenschaft der Erzeugnisse vermittelt.

   16» Regelsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung zur Ermittlung der Abweichung gegenüber einem Referenzwert der Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals das zweite Signal aus dem ersten Signal entsprechend Ic₁ χ S + k₂

   erzeugt, wobei k. ein konstanter, durch die wirtschaftlichen Eigenschaften der Einrichtung vorgegebener proportionaler Faktoar, S die Amplitude des ersten Signals und k_? die Amplitude eines Signals konstanter, durch die wirtschaftlichen Eigenschaften der Einrichtung vorgegebener Amplitude ist.

   17. Regelsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 7 bis 16, dadurch gekennze ichrB t, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals einen ^ührungswert jeweils durch Vera nderung des vorangegangenen Führungawertes im Sinne ei nes Angleiche an das zweite Signa 1 ermittelt (Fig.1,4,5,8).

   "BAD OQ 9 8 5.2/1 5 2 5

   18. Regelsystem nach Ansprach 17, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals eine mit dem jeweils wirksamen Führungswert beaufschlagte Vorrichtung ( 9,1,105 bis 109,111) aufweist, die ein weiteres, dem jeweils vorangehenden, der Verteilung entspieckenden Signal entsprechendes Signal erzeugt, und daß ein Vergleichsglied (101)die Differenz zwischen dem vorangehenden, der Verteilung entsprechenden Signal und der von dem ersten Signal angezeigten Verteilung bildet (Fig.4).

   19· Regelsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 7 bis 18, wobei die Einrichtung zur Zigarettenherstellung dient und der Mittelwert der statistisch verteilten Ist-Werte des Gewichts der hergestellten Zigaretten geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung das Gewicht eines bestimmten Abschnitts einer laufenden, anschließend zu einzelnen Zigaretten verschnittenen Zigarettenstange (19) ermittelt.

   20. Regelsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 7'bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals das erste Signal einem konstanten Signal derart überlagert, daß ein der jeweiligen Differenz zwischen dem Mittelwert der Ist-Werte und dem unteren Grenzwert entsprechendes Signal gebildet ist, daß mit diesem Signal ein Speicher (87) beaufschlagt ist, daß· eine Verzögerungsvorrichtung (88) ein Rückführungssignal erzeugt, das einem früheren Führungswert entspricht, und daß ein Vergleichsglied (92) zur Veränderung des Mittelwerts die Differenz zwischen dem derzeitigen Führungswert und dem früheren Führungswert bildet.

   BAD

   009852/18 2 5s. ;

   21. Regelsystem na·«, α Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (87) zur Ermittlung des jeweils wirksamen Führungswerts dient.

   22. Regelsystem nach Anaspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsvorrichtung (88) an den Ausgang des Speichers (87) angeschlossen ist.

   23« Regelsystem nach einem der'Ansprüche 2 oder 7 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal dem Anteil der Ausschußerzeugnisse an der gesamten Erzeugnisanzahl entspricht.

   24· Regelsystem nach Anspruch 8,oder nach den Ansprüchen 8,19 und/oder 23 , gekennzeichnet durch eine Einrichtung (45) zum Entfernen von Ausschußerzeugnissen aus den hergestellten oder "bearbeiteten Erzeugnissen, eine Vorrichtung (47) zur aufbereitung der Ausschußerzeugnisse und zu deren Rückführung zur Wiederverwendung, eine Vorrichtung (28) zur Ermittlung von Ausschußerzeugnissen während deren Herstellung oder Bearbeitung, eine Vorrichtung (44,46) zur synchronen Beta tigung der Vorrichtung (45) zum Entfernen der Auschußerzeugnisse beideren VorbeiDauf, sowie dadurch, daß die Vorrichtung (28, 72 bis 74) zur Erzeugung des ersten Signals von der Vorrichtung (28) zur Ermittlung von Ausschußerzeugnissen gesteuert ist.

   25. Regelsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Meßspannung erzeugt, die der vorzeichenbewerteten Differenz des lokalen Ist-Werts eines Erzeugnisses im Bereich der Meßeinrichtung und eines Nominalwerts der Eigenschaft der Erzeugnisse entspricht.

   BAD ORiGIiMAL

   00985 271525

   26. · Hegelsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 7 bis 25,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung: zur Erzeugung des zweiten Signals das zweite Sigmal als auf einen Nominalwert bezogenen Wert ermittelt.

   27. Regelsystem nach den Ansprüchen 1 5 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals eine Rechenschaltung zur Erzeugung eines Signals aufweist, das dem Abstand zwischen dem unteren Grenzwert und dem optimalen Mittelwert, bezogen auf den Nominalwert,entspricht.

   28. Regelsystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenscha ltung das der Verteilung entsprechenrde Signal mit ei nem weiteren Signal kombiniert.

   29· Regelsystem na ch einem der Ansprüche 2 oder 7 bis 28, wobei sämtliche hergestellten Erzeugnisse vertrieben werden und die Ausschußerzeugnisse eine Unzufriedenheit der Käufer erzeugen,dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals eine Punktionsgenerator umfaßt, dessen Ausgangssignal den Einfluß dur Unzufriedenheit der Käufer auf den Profit in Abhängigkeit von der Verteilung der Ist-Werte der Eigenschaft berücksichtigt.

   . BAD ORIGINAL 009852/15 25

   Si

   Le e rs e

   te