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Adaptive Regeleinrichtung zur automatischen Einstellung der optimalen
nroduktionsgeschwindigkeit von Spinnma-/ Garnvorbereitungsmaschinen.
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schinen, Webstühlen, sowie Wirk-und Strickmaschinen Gegenstand der
Erfindung ist eine optimierende adaptive Regeleinrichtung (ACO), zur automatischen
Einstellung der optimalen Produktionsgeschwindigkeit von Spinnmaschinen, Garnvorbereitungsmaschinen,
wie Spul- und Schermaschinen, ';;ebstühlen, sowie Wirk- und Strickmaschinen, wie
Rund- und Kettenstrick- und Wirkmaschinen.
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Vor der Anmeldung wurde unter Gesichtspunkten wie maximale Produktivität,
minimale Kosten oder maximaler Gewinn die optimale Arbeitsqeschwindigkeit einzelner
Maschinen oder etnheitlicher Maschinengruppen auf der Grundlage von als Ergebnis
langer Versuchsserien auf manuellem oder maschinellem -lee erhaltenen und als Funktion
der GeschwindiXkeif festgehaitenen Produktionsangaben bestimmt. Die Produktionsangaben
betrafen im allgemeinen die Produktivität und die Oualit-et, bzw. die Güteklassen-Proportionen.
Ein@ moderne Methode der
maschinelien Datanerfassung und -registrierung
stellt der zu den Autoconer-Spu maschinen der westdeutschen Firma Schlafhorst entwickelte
Prozeßrechner Indicator dar. Der Indicator ist ein Einzweckrechner, dessen Arbeitsweise
und Einsatzmöglichkeiten in dem Artikel des Autors Dr. oec. Ulrich Kühn "Der Prozeßrechner
Indicator in der Autoconer-Spulerei", Melliand Textilberichte, April 1973, detailliert
beschrieben sind.
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In diesem Artikel werden auch aufgearbeitete und unmittelbar verwendbare
Angaben bezüglich der quantitativen, wie Wirkungsgrad, Produktionsmengen usw., und
qualitativen Kennwerte, wie auf die Gewichtseinheit entfallende Noppendichten, der
Produktion mitgeteilt. Die optimale Produktionsgeschwindigkeit wurde für eine gegebene
Erzeugnissorte aus den durch die auf manuellem oder maschinellem qe über einen längeren
Zeitraum hindurch geführte Datenerfassung erhaltenen funktionellen Zusammenhängen
"Produktivität - Produktionsgeschwindigkeit" und "Qu@lität - Produktionsgeschwindigkeit"
in tabellenartiger bzw. in graphischer Darstellung unter Berücksichtigung des gesetzten
Zieles, wie maximale Produktivität, minimale Kosten, maximaler Gewinn, bestimmt.
Die so ermittelte Produktionsgeschwind igke lt wurde bei gleichen Erzeugnissorten
als technologische Vorschrift gehandhabt, d, h. sozusagen auf die Zukunft hin extrapoliert,
Jedoch unabhängig von evtl. zwischenzeitl ichen Änderungen einzelner Parameter des
Produktionssystems. Als Parameter sind u. a, Anzahl des Bedienungspersonals, Zustand
der Maschinen, Schwankungen in der Garnqualität, Form der Sàrnaufmachung, personelle
Änderungen bei der Bedienung aufzufassen.
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Im Falle einzelner organisatorischer Änderungen innerhalb des Produktlonssystems
des Eetriebsteiles - wie z. B.
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Änderung des spezifischen Kennwertes, "Zahl der bedienten Maschinen/Zahl
der P.edienungspersonen" beim Mehrmaschinensystem - kam es aufgrund neuer Versuchsserien
in manchen Fällen zu einer Änderung der optimalen Produktionsgeschwindigkeit.
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Es wurden auch Versuche unternommen, die die Möglichkeiten eins Produktionslenkungssystems
untersuchten, das sich an ungewollte Anderungen des Personalstandes der Maschinenbedienung
innerhalb einzelner kürzerer Zeitspannen, wie Arbeitsschicht, Arbeitstag, anpaßten.
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Diese Untersuchungen wurden durch die Autoren Becs, Laszio und Bajtar,
Pal in ihrem Beitrag "Sich an ändernde Bedingungen anpassender optimaler Betrieb
von Ringspinnmaschinen", erschienen in Magyar Textiltechnik, (Ungarische Textiltechnik),
März 1972, beschrieben. Die Autoren kamen aufgrund theoretischer Uberlegung zur
Problemstellung und -lösung. Sie wiesen die Möglichkeit einer optimalen Produktionsgeschwindigkeit
für einzelne Maschinengruppen nach, wobei diese Geschwindigkeiten von der Zahl und
der Verteilung des Bedienungspersonals im Produktionssystem abhängig sind, Sie formulierten
gleichzeitig Bedingungen zur Problemlösung, Die vorgenannten Verfahren sind jedoch
mit nachstehenden Nachteilen behaftet.
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Die als Ergebnis erhaltene Produktionsgeschwindigkeit ist nur tn Abhängigkeit
von den Parametern des ausgewählten Produktionssystems, also nur in Abhängigkeit
von der Material- bzw, Erzeugnissorte oder nur In Abahängigkeit von der Material-
bzw. Erzeugnissorte und des Personalstandes der Bsdienung sowie deren Verteilung
festgelegt, D. h., daß sich das System durch äußeren Eingriff nur an die regelmäßigen
Anderungen dieser Parameter anpaßt, Es wird nicht berücksichtigt, daß auch nachstehende
kenn werte des Produktlonssystems, Mensch-Maschlne-Rohmaterial-Erzeugnis, als Systemparameter
den Einstel Iungs- bzw. reellen Wert der optimalen Produktionsgeschwindigkeit beeinflussen
und sich nicht an deren Änderungen anpassen:
- Arbeits ntensität
der elnzelnen Bedlenungspersonen µ [@/S] , die bei den einzelnen Maschinenstillstandszelten
unter den gegebenen VerhältnIssen zu erwarten Ist, die von der Bedlenungsperson
abhängt und für dlese charakteristisch Ist, und den Reziprok-Wert der Behebungsdauer
des Maschinenstillstandes darstellt.
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Der Wert µ ist abhängig, z. B. vom gesundheitlichen und psychischen
Zustand, vom Ermüdungsgrad, von der momentanen und durchschnIttlIchen Elngeübthelt
des Werktätigen, von den UmgebungselnflOssen, von der Mensch-Maschlne-Arbeitsbeziehung,
der Produktlonsgeschwindigkelt, der Geschwindigkeit des Werktätigen bei der Zurücklegung
der Arbeltswege um die Maschine, usw, - momentaner technischer Zustand der Maschine}
dynamische Kennwerte der Maschinen - System der Bedienung, wie z. 8. Gruppen - oder
Einzelbedienung, Länge des Bedienungsweges, Art der Maschinenanordnung, Zahl der
Bedienungspersonen, deren kurzzeitige nach einigen Stunden stattftndende Änderung
sonstige Kennwerte des Rohmaterlals, wie z. B. Massenungleichmäßigkeit, Feuchtigkeitsgehalt,
Garnaufmaschungskennwerte, Spannungszustand vor der Verarbeitung, Kennwerte der
Energie, also statistlsche Kennwerte @hrer stochastischen Änderungen und die Momentanwerte,
- Kennwerte des Erzeugnisses, wie z. B, Kanstruktionsaufbau, Güteanforderungen,
usw, - Umgebungskennwerte wle Luftfeuchtigkeit, temperatur, Luftdruck, Luftbewegung,
Luftverunreinigungsgrad, Schwinzungen In der Umgebung,
- Richtigkeit
und Genauigkeit der auf den einzelnen Maschinen vorgeschriebenen Einstel lungen)
- Zahl der auf den einzelnen Maschinen oder Maschinen einheiten in Betrieb Defindlichen
Rohstoffverarbeitungsstellen, z. B. Maschenbildungsstellen, - Die jeweils gültigen
spezifischen Lohn- und sonstigen Kosten sowie Erlöse je Süteklasse bezogen auf das
Erzeugnisvolumen.
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Die angeführten Parameter verändern sich in der Zeit im aligemeinen
stochastisch. Der Charakter der Änderungen ist teilweise stationär, teil weise instationar,
d. h.
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daß sich auch die auf die Erscheinung beziehenden statistischen Kennwerte,
z. P. der zu erwartende Aert, verändern. Die Zeitdauer dieser Änderungen innerhalb
deren die Änderung als regelmäßig angesehen werden kann, ist im allgemeinen kurz,
Diese kann eine halbe Stunde, eine Stunde, Jedoch auch die Größenordnung einer Arbeitsschicht
erreichen, d. h, die Frequenz der Änderungen ist verhältnismäßig groß.
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Umständlich ist die Ermittlung der optimalen Produktionsgeschwindigkeit
bei einer Änderung der Zahl des Bedienungspersonals oder bei einer änderung des
Systems der Maschinenbedienung.
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Bei Maschinengruppen, die von einer gemeinsamen Welle angetrieben
werden und verschiedene Erzeugnisse fertigen oder verschiedene Materialsorten verarbeiten,
ist dicke Ermittlung der optimalen gemeinsamen Produktionsgeschwindigkeit aufgrund
der für die einzelnen Materialsorten vorgeschriebenen Produktionsgeschwind igkeiten
nur mit grober Näherung möglich und auQerdem recht umständlich.
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Im allgemeinen steht keine für alle Materialsorten-Kombinationen gültige
vorgeschriebene Produktions9eschwindigkeit zur Verfügung.
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Die Ermittlung der optimalen Produktionsgeschwindigkeit verläuft zum
Teil oder vollständig manuell und beansprucht eine lanqc Zeitdauer.
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Die Einstellung der optimalen Produktionsgeschwindigkeit erfolgt nicht
automatisch, sondern durch einen menschlochen Eingriff, Der Änderung der in Betracht
gezogenen System-Parameter, wie z. B. Änderung der Zahl der Bedienungspersonen oder
der Kombination der auf Maschineneinheiten mit gemeinsamer Produktionsgeschwindigkeit
verarbeiteten Rohstoffe, z. B. auf einer Autoconer-Spulmaschine mit gemeinsamem
Trommelwel lenantrieb, folgt der Eingriff nur mit einem bedeutenden Zeitverzug oder
überhaupt nicht.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Beseitigung der vorgenannten Mängel
mittels einer m3schinellen Einrichtung, die an das Produktionssystem angeschlossen
ist und auf maschinellem Wege ausreichende Informationen über den Produktionsprozeß
einholt, Durch Verarbeltung der so erhaltenen und der von Hand eingegebenen Sol
Iwert-Angaben unter BsrUcksichtigung des das gesteckte Ziel beinhaltenden Programms
(Modells) wird die Art und Weise der Änderung der zuvor eingestellten Produktionsgeschwindigkeit
Im Hinblick auf Erreichen des Optimalwertes festgelegt. Die Änderung wird automatisch
durchgeführt, Anschließend wird erneut eine Information über den mit veränderter
Produktionsgeschwindigkeit arbeitenden Produktionsvorgang etngeholt, die Produktionsgeschwindigkeit
wiederholt bis zum Erreichen des. Optimalwertes verändert und auf diesen Wert automatisch
eingestellt. Die Einrichtung holt über den Produktionsvorgang auch weiterhin Informattonen
ein, auf deren Grundlage sie bei einer Änderung der Bedingungen des Produktionsprozesses,
der Systemparameter, die Produktionsgeschwindigkelt korrigiert.
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D. h,J die den neuen Bedinqungen entsprechende optimale Produktionsgeschwindigkeit
wird automatisch eingestellt.
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Die vorstehend umrissene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die optimierende
adaptive Regeleinrichtung (ACO) dadurch gelöst, daß sie aufgrund der über den Produktionsprozeß
direkt erfaßten Daten und eines das gewünschte Ziel festhaltenden Programms die
den angegebenen Erzeugnisquaiitätsgrenzen entsprechende optimale Produktionsgeschwindigkeit
ermittelt, oder zumindest diese mit guter Näherung bestimmt und automatisch einstellt.
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Das Prinzipschaltbild der Regeleinrichtung ist aus Fig.
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1 zu entnehmen.
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Funktionelle Teile der Einrichtung: la) Geschwindigkeitsregler-Teile:
- H Getriebe mit der Störung ZE - E Geschwindigkeits-Meßfühler - Vergleichsglied
1b) Regeistrecke: - Maschine, auf die die summierte Störwirkung Z einwirkt, Z selbst
setzt sich für ein gewisses Zeitintervall aus zwei Teilen zusammen:, nämlich aus
dem zu erwartenden Wert Z und dem sich stochastisch verändernden Teil Z.
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Ic) Teile des optimierenden adaptiven Reglers: - #M Summierglied,
des bei diskreter Arbeitsweise die die Qualität # M, die sich auf die elementaren
Zeitintervalle |e #t bezieht, charakterisierenden
Meßwertänderungen
summiert:
bzw, bei stetiger Arbeitsweise ergibt sich die Integralsumme
wobei T die Länge des Meßzeitabschnittes darstellt, in m der Informationen über
den Produktionsvorgang eingeholt werden.
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Id)
Summierglied, das die Änderungen der auf die elementaren Zeitin-rerval le A # t
entfallenden Maschinenzeiten A TG summiert und bei diskreter Arbeitsweise die Summe
bei stetiger Arbeitsweise die Integralsumme
ergtbt, le) - Einheit I bestimmt automatisch aus der Verarbeitung der in das Summierglied
Teintreffenden Daten nach einem festgelegten Prinzip die Länge der Meßdauer Tm,
d. h, der Zeitdauer der Informationserfassung. Sie stellt fest, ob genügende Informationen
eingetroffen sind, um die statistlschen
Kennwerte der stochastischen
Variable TG (t) mit gegebener Sicherheit bestimmen zu können.
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lf)-Drel Schalter f , die mit der Frequenz f arbeiten m m versperren
bzw. geben den Informatlonsweg frel.
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lg)-AC strategische Einheit, die die Schalter f betätigt m und das
Soll-Signal des Geschwlndlgkeltsreglers verändert.
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Arbeltswelse der ACO Regeleinrichtung: Der Geschwindigkeitsregler
regeit die Produktionsgeschwindigkeit dem eingestellten Anfangs-Soll-Signal entsprechend
ein und beseltigt die Störwirkungen ZE der Energieversorgung und des technologischen
Prozesses.
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Der optimierende adaptive Regler ACO verarbeitet aufgrund des eingebauten
Programms (Modells) die elngegebenen Grund-, und die sich auf die Informationserfassungs-Zeitdauer
Tm beziehenden Meßwerte und verändert dann mit Hilfe eines Signals, bei diskreter
Arbeitsweise mit Sprungbefehlen, das Sollsignal des Geschwindigkeitsreglers.
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Grundlage der adaptiven Arbeitsweise bildet dle Tatsache, daß im
Falle der Textilmaschinen slch die In einem gewissen Zeltintervall T aufgetretenen
änderungen m sämtlicher Systemparameter des Produktionsprozesses in rneßbarer Welse
in der Maschinenzelt TG, bzw. in deren Quotient, dem Wirkungsgrad #g G TG , widerspiegelt.
Tm Aufgrund des so erhaltenen Kennwertes kann die strategische Einheit AC, unabhängig
von der Art der Im Produktlonsprozeß eingetretenen änderung die erforderliche Änderung
der Produktlonsgeschwlndigkeit bestimmen. Eine wichtige Rolle spielt hlerbel die
Meßzeltdauer Tm.
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Elne automatische Bestimmungsmethode derselben ist in Fig. 2 dargestellt.
Aus dem Verlauf der aus den ein treffenden A TG Daten stetig gebildeten durchschnitt-#
T lichen Wirkungsgradkurve kann im Falle einer im voraus angegebenen Sicherheit
B, z.3. B = 095, mit einem Fehler von s # G auf den zu erwartenden Wert des Wlrkungsgrades
gefolgert werden, wobei
sind.
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Die Fig. 2 zeigt einige mögliche Kurvenverläufe der Regresslonsfunktion
# G (t), nämlich a, b, c, d, bzw.
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deren Spiegelbilder, unter Voraussetzung einer stationären stochastischen
Zeltfunktion TG (t). Der zu erwartende Wert von #@(t) Ist:
Hierbei Ist zu bemerken, daß in gewissen Fällen die Zeitdauer T auch eine Im voraus
durch Versuchsserlen m festgelegte konstante Größe selen kann. In diesem Fall ist
keIne I Einheit erforderlich und T gehJrt zu m den Ausgangswerten (Grundangaben).
Gilt als Zielsetzung der maximale Gewinn, so kann sich folgende Form der Zielfunktion
N (v) " A (v) - K (v) " max ergeben. Auf die Meßzeitdauer Tm bezogen gilt: N (v)
a Gewinn - Produktionsqeschwlndigkeit -Funktion
A (v) = Erlös -
Produktionsgeschwindiqkeit-Funktion K (v) = Kosten - Produktionsgeschwindigkeit-Funktion
v = Produktionsgeschwindigkeit Die Fuktion A (v) kann detailliert angegeben werden:
A (v) = Q(v) # ß (v) # a = Q(v)#a mit Q (v) = C@ # V # # @(v)# T@ - cas während
der Zeitdauer T geleistete Prom CQ=const., duktionsvolumen in einer Erzeugniseinheit,wie
z.
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j=1,2,3, .....,s B. m,kp,m2, - Vektor der in die Güteklasse "s" entfallenden
Produktionsanteile
in die Güteklasse "s" fallende Produktionsmengen - Produktionsvertor spezifischer
Erlös-Vektor, a. auf die Er-J zeugniseinheit der Güteklasse "j" entfallender Erlös
Anstelle
der Gewinnfunktion N (v) kann auch die Funktlon des auf die Zeiteinheit T entfallenden
Gewinns m benutzt werden: NT (v) N (v) @ @ AT (v) - KT (v) = m
wobei der durchschnittliche spezifische Erlös
ist.
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In Fig. 3 Ist eine Problemlösung dargestellt, wenn bei Maximalisieren
des Gewinns dle Festlegung eines für das Zeitintervall Tm gültigen durchschnittlichen
Gütekennwertes ß @ f(N,v) nicht ausreicht, sondern wenn die während dieser Zeitdauer
Tm produzierte Menge In Güteklassen eingereiht werden muß.
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Der Inhalt des Summierglledes #M gelangt in jeder der Fertigstellung
einer Erzeugniselnheit entsprechenden Taktzelt fQ@ TQ In die Sortlereinhelt "O"
als spezifische Gütekonnzahl MQ. Durch das der Güteklasse des soeben eingetroffenen
Wertes MQ entsprechende Tor Kj gelangt der Inhalt des die Maschinenzeiten summierenden
Glledes -TQ In das Summierglied #TJ@ Nach Ablauf der Zeitdauer Tm' (T @ T0 ) geben
die Arithmetikeinheiten Rj mit Hilfe der den Inhalt der Zähler # Tj blldenden Maschinenzeiten
TGj die auf die Zeiteinhelt Qj entfallende klassenwelse Tm Produktionen an.
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Tm Ist der Quotient kelne qanze Zahl, so qeiangt Q durch Schließen
der Schalter f der Inhalt der m
Zähler
als Rest in die entsprechende Erzeugnisgruppe.
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Die Frequenz fQ ist eine Funktion der Produktionsgeschwindigkeit:
fQ = fQ (v).
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Dle die Qualität MQcharakterisierende Zahl Ist In diesem Falle zweckdienlicherweise
ein zwischen 0,00 und 1,00 liegender Prozentualwert.
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Hierbei ist zu bemerken, daß Im falle des Einsatzes der hler behandeltan
ACO Regeleinrichtung die Spinnmaschinen, Garnvorbereitungsmaschlnan, Webstühlen
, sowie xe-und Stickmachinen im Interesse einer entsprechenden Erzeugnisqualität
mit Vorrichtungen versehen werden müssen, sowelt seitens der Maschinenhersteller
keine vorgesehen wurden, die das Abziehen des Garnes bzw.
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Erzeugnisses mit konstanter Spannung sichern.
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Anstelle der Zelt TG kann auch dle Standzeit TA gemessen werden. In
diesem Fdll muß die Einheit AC elne mathematische Operation (Subtraktion) mehr durchführen:
Tm - TA #G = TG/Tm = = 1-TA/Tm Tm Um die grundsätzliche Arbeitsweise deutlich werden
zu lassen, sind In den Figuren 4 und 5 zwei Betriebsarten dargestellt.
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Der Serienbetrieb Ist In Fig. 4 wiedergegeben.
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Nach der die Zeitdauer T i (@= 1, 2, 3, ...) beanspruchenden
messung
rechnet und gibt die AC Einheit die Stel lgröße aus. Die Zeit T b kann auch die
Zeitdauer der Stel zeit beinhalten, Ihr @inimalwert entspricht der zur Übertragung
des Inhaltes der # Zähler in die strategische Einheit AC erforderlichen Zeit.
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t. - Zeitkoordinaten der einzelnen Messungen TBi - Zeits@anne zwischen
dem Beginn zweier Entscheidungen.
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Der Überdeckungsbetrieb ist in Fig. 5 dargestellt.
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Die Meßzeiten Tmi beginnen jeweils nach Zeiten # T = const. In dieser
;leise kann die Zahl der auf eine Zeiteinheit entfallenden Eingriffe wesentlich
erhöht werden, deren Grenze für einen gegebenen Produktionsvorgang durch Versuche
ermittelt werden kann. Hier ist die Zahl der @eßsummierer ie Meßwert auf die ganze
Zahl
aufgerundet.
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Bei beiden Betriebsarten, insbesondere jedoch bei der letzteren, ist
die Bestimmung der hinsichtlich der ACO Regelung wesentlichen dynamischen Kennwerte
des gegebenen Produktionsprozesses aus einer Regelstrecke durch Versuche von größter
Wichtigkeit.
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Diese sind folgende: - höchstzulässiges Ausmaß der GeschwindigkeitsänderungX
bei diskreten Signalen die maximale Frequenz der Stellimpulse, - da die erwähnten
Produktionsprozesse hinsichtlich der Anstiegsfunktion Laufzeitsysteme darstellen,
sind sowohl die Geschwindigkeit vor der Änderung als auch die von der Gr,Ne der
Knderunq abhängige Laufzeit wichtige Kennwerte.
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- Die minimal erforderliche, die am Ausgang eine meßbare Änderung
verursacht, und die maximal zulästige einmalige Geschwindigkeitsänderung a v.
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- Bei diskretan Stel größen, z,. mit Stellmotoren, die Größe der unter
Einwirkung eines Stellimpulses eingetretenen Geschwindigkeitsänderung. Dies Ist
hinsichtlich der Regelung wichtig.
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Bei der Anpassung der ACO Regeleinrichtung an einen gegebenen Produktionsprozeß
oder bei der ProJektierung erscheint die Bestimmung der für den Produktionsprozeß
charakteristischen Kennlinien M T M (v, T ) m TG = TG (v, Tm) bei festgelegten Systemparametern
auf experimentellen Wegen zweckdienlich.
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Einige Methoden zum Anschließen der ACO Regeleinrichtung an den Produktionsprozenlalso
an die Maschine bzw. die Maschinen, sind in den Figuren 1, 6, 7, 8 dargestellt.
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In Fig. 1 wird wie beschrieben eine ACO Einrichtung an eine Maschine
oder eine Maschineneinheit angeschlossen.
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Fig. 6 zeigt die Regelung einer einheitlichen,gleiche Erzeugnisse
herstellenden, mit gleicher Produktionsgeschwindigkeit und gemeinsamer Bedienung
evtl. gemeinsamem Antrieb arbeitenden Maschinengruppe.
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PS stellt einen Paral lel-Serien-Wandler dar.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen die Regelung einer mit gemischtem oder gleichem
Maschinenpark ausgestattete Maschinenhalle mittels einer ACO Regelelnrlchtung. Bei
der Schaltung in Fig. 7 kontrolliert die Regeleinrichtung ACO der Relhe nach in
frel auswählbarer Welse die an die Schalteinheit KE angeschlossenen Maschinen Je
Zeltperlode Tm + Tb. Hierbei ist zu bemerken, daß im Fall der Flguren 7 und 8 die
einzelnen Maschinen auch In der durch Flg. 6 dargestellten Weise verbundene einheItliche
Maschinengruppen sein können. Im Fall der Flg. 7 kann die ACO Regeleinrichtung auch
In einer mobilen Ausführung gehalten seln, so daß keine Schalteinheit KE erforderlich
Ist. Bei den einzelnen Maschinen werden natürloch stufenlos regalbare Antrieb und
Stellgl@eder vorausgesetzt.
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Zur detalllierteren Beschrelbung des Gegenstandes der Erfindung wird
als Ausführungsbeispiel In Fig. 9 eine an olne sowJetische Kreuzkbtzerspulmaschine
vom Typ MT-150 angeschlossene ACO Regeleinrichtung dargestellt.
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Als Zielfunktion wurde die maximale Produktivität ausgewählt, die
durch folgende Bezlehung ausgedrückt wird: CQ # # G # v = max Dl. ACO Regel einrichtung
regelt eine mit 50 Köpfen (30 Maschineneinheiten) arbeitende Selte der Spulmaschiene,
die über einen elgenen Antrieb verfügt. Zwlschen d.r Drehzahl der die Spule antrelbenden
Trommel und der Garngeschwtndigkelt (Produktionsgeschwindlgkeit) besteht folgende
Beziehung: V = 2 # α nD # rD @ KD # nD
alt nD = die Trommeldrehzahl
rD = Hälfte des Trommeldurchmessers α = const. = der die durchschnittliche
Abweichung des Wertes v von der Trommelumfangsgeschwindlgkeit vD berücksichtende
Faktor.
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KD = 2#α#rD = const.
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Unter Berückslchtlgung dieser Daten relcht es hler, den Grenzwert,
also das Maximum des nachstehenden Ausdruckes zu suchen: nH = #G # nD = max wobei
nH die effektive, der tatsächlichen Produktion entsprechende Drehzahl ist.
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Ist die Regeleinrlchtunq von einer sogenannten "bewegllchen" Art,
d. h. wenn sie bei Errelchen des Höchstwertes der Kurve nH(nD)um diesen andauernden
schwankt und tastet, so können für die In der Fig. 10 dargestellten Fälle folgend.
Cleichungen formullert werden: # nH, 1-1 = nH, 1 - nH, 1-1 # nD,1-1 = nD,1 - nD,1-1
# nD.1 = nD@1 - nD.1#nD.1@1 = nD.1 +#nD.1 Aufgrund der vorstehenden Gleichungen
und des Bestrebens, den Maximalwert zu erralchen, kann nachstehende loglsche Tabelle
erstellt werden.
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Unter der Voraussetzung einer diskreten Arbeitsweise kann durch Anwendung
dieser Tabelle mit Hilfe eines einfachen Kombinationsnetzes über das Vorzeichen,
d. h.
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die Richtung der nächstfolgenden Drehzahländerung # nD, @ entschieden
werden.
| # nH,i-1 # nD,i-1 #nD,i |
| a. - - + |
| b. - + - |
| c. + - - |
| d. + + + |
Aus.Fig. 9 sind die funktionellen Bauelemente der Einrichtung zu entnehmen: ET -
Maschinenzeit-Fühler (50 Stück). Diese Fühler kontrollieren, ob sich die Kreuzspulenhaltearme
in der Betriebsstellung befinden. Bei Stellungsänderung des Kopfes gehen sie über
das Differenzierglied D einen Impuls ah und dieser wird zur Registrierung der Noppenzahl
@K der Knoten verwendet, die für die Qualität charakteristisch ist PS1, PS2 - Parallel-Serien-Wandler
#T, #q - Summierglieder 1 - Tm bestimmendes Glied A1, A2, A3 - Arithmetik-Einheiten
- Vergleichsstromkreis M1, M2 - Speichereinheiten, Pufferspeicher
DA
- Signalwandler H - stufenlos regelbarer Antrieb JA - Signalwandler und Sollsignalgeber
Kn - Drehzahl-Meßfühler Die Einrichtung mlßt die sich auf die Meßzeit T m bezlehende
Zelt TG und die Noppenzahl qK. Die Arithmetik-Einheit A3 bildet aus der Noppenzahl
qK die der eingegebenen Erzeugniseinheit entsprechende spezifische und durchschnittliche
Güteindexzahl # (Noppe, Produktivität). Wenn der gegebene # max --Wert erreicht
oder überschrItten wird, erhält die Elnrichtung ein Verbot sslgnal füreine weitere
Drehzahlerhöhung und vermindert die Drehzahl um den aufgrund der bis dahin abgelaufenen
Zeit berechneten Wert. Die Zeit TG wird durch Abtastung mit einer Abtastfrequenz
fT gemessen. Die Arithmetik Al schließt auf das durch das I Glied gegebene Signal
hin die mit der Bezeichnung f versehenen und der Frequenz zum m betätigten Schalter
und bildet den Wert nH 1» der in der Speichereinheit Ml bis zum nächsten Eingriff
gespeichert wird. Für die Frequenz zum gilt hier: f a m T m + Tb Unter Verwendung
der Werte # nH,i-l und # nD,i-l erzeugt die Arithmetik A 2 das vorzeichenrichtige
Stellsignal # nD,i, das das Solisignal des Geschwindigkeitsreglers verändert. Hier
arbeltet der Geschwindlgkeltsregler analog, z. B. durch thyrlstorantrleb, kann Jedoch
auch In diskreter Arbeitsweise betrleben werden, 2. B.
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durch einen Stellmotor, dessen Spelsefrequenz geändert wird. Das JA
Glied Ist zugleich auch ein Halteglied.
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NatürlIch kann durch Versuche festgelegt auch Tm const. seln, und
auch die Qualltät-Werthaltung, Haltung zwlschen Grenzen, anders gelöst seln. Die
Garnspannung wird bei höheren Anforderungen mittels einer magnetischen
Garnbremse
bzw. einer elektronisch geregelten Garnbremse in den gewünschten Grenzen gehalten.
Eine solche Möglichkeit ist dem Artikel der Autoren Wegener und Schubert -'Das Kreuzspulen
synthetischer Garne mit hoher Garnabzugsgeschwindigkeit", Melliand Textilberichte,
Teil 1/2, September 1963, Teil 11/1, Januar 1965, Teil 11/2, Februar 1965, zu entnehmen,
Das Arbeitsschema der Rechenoperation ist in Fig. 11 wiedergegeben und stellt die
Grundlage für die Regelung dar.
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Hier ist
und kann aufgrund von Versuchen mit Hilfe der Charakteristiken TG = TG (nD, Tm)
und qK = qK (nD, Tm bestimmt werden.
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Ebenfalls kann # = const. vorkommen. In diesem Falle erfolgt eine
zum Fehlersignal nH proportionale Regelung.
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Diese muß durch eine sättigungsartige Nichtlinearität abgegrenzt werden,
wie in Fig. 12 zu sehen ist, Der Wert von t = tg # n D muß auch in diesem Fall durch
Versuche bestimmt H werden. Das Startsignal kann auch durch die äquivalent gegeben
werden. In diesem fall ist das Ergebnis der Entschaidungsoperation
max ein "ja". Dabei ist zu bemerken, daß zu Beginn, nach der ersten Messung,die
ACO Regeleinrichtung bei einem derartigen Arbeits-Algorithmus einen Befehl zur Drehzahlerhöhung
erteilt. Die Anfangsdrehzahl dDo ist von Hand einzustellen, In Fig, 13 ist der Anschluß,
die Anpassung, der vorstehend beschriebenen Einrichtung an die automatischen
Kreuzkötzerspulmaschinen
Autoconer und an den Prozeßrechner indikator der westdeutschen Firma Schlafhorst
zu sehen, Die Autoconer Maschine besteht aus Etnhelten mit 10 Köpfen und wird Im
allgemeinen als eine aus 5 Elnhelten zusammenqebaute Maschine mit 50 Köpfen verwendet.
Es wird angenommen, daß eine derartIge 50-köpfige Maschine mit einem gemeinsamen
Antrieb ausgestattet ist.
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Für Jede Elnhelt kann jedoch auch ein elgener Antrieb vorgesehen werden,
Die Antriebe sind stufenlos regel bar.
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Funktlonelle Einheiten: SE - Fühler, zusammengefaßt IE - Anpassungselnheit
Kn - Schaltelnheit zur WeiterleItung der Stel igröße an die entsprechendeMaschine
EK - Drehzahi-Meßfühler und Schaltelnhelt BA - Stellglled Bel Elnsatz des Indicator-Elnzweckrechners
erübrigen sich die Datensammler-Summtereinhelten sowie die die Maschinenzelt TG
und die Noppenzahl qk kontrollierenden Meßfühler.
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Der Indicator liefert unmlttelbar der ACO Einrichtung die sich auf
die elngegebene Zelt Tm beziehenden Wirkungsgrad-Maschinenzeit- und auf die Erzeugnlseinhelt
entfallenden Noppenzahl-Werte. Z.B. bel Gewichtsangaben lautet die Erzeugniseinheit
kp. Die Maschinenauswahl erfolgt durch Befehl. Die vom Indlcator und vom Drehzahl-Meßfühler
erhaltenen Daten vergleicht die ACO-Einrichtung mit den in ihren Speichereinheiten
gespeicherten und sich auf das vorhergehende Meßzeitintervall beziehenden Daten
gemäß des In Fig. 11 dargestellten Arbeltsschemas und ertellt dem auf dem Antrleosregler
der Jeweils entsprechenden Maschine angeordneten Stellorgan den Befehl zur Änderung
der Drehzahl.
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Die Steuerung der Kn und KE Einheiten versieht dar Indicator. Hierbei
ist zu bemerken, daß die neuen modernen Maschinen mit stufenlosen Antrieben, Thyristorantrieben,
lurch die Herstellerwerke versehen werden.
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Die mit der Erfindunq verbundenen Vorteile können wie folgt zusammengefaßt
werden: a. Das Produktionssystem paßt sich mit Hilfe der ACO Regeleinrichtung automatisch
an die innerhalb eines gewissen Zeitintervalls, welches größer, mindestens jedoch
2 Tm, als die zur Informationserfassung erforderliche Zeitspanne ist, als regelmäßig
anzusehenden Änderungen ssmtl icher oder beliebiger einzelner eigener Parameter
jei Erfüllunq des gegebenen Zieles und Einhaltung der Grenzen an, Das heißt, es
wird nicht das für eine längere Zeitdauer, z. 13, mehrere Arbeitsschichten oder
Tage, sondern das für ein kürzeres, zwischen zwei Systemparameteränderungen liegendes
Zeitintervall bestimmbare Optimum gesucht bzw, eine Annäherung an dasselbe versucht.
Durch die in diesen Zeitintervallen geltenden automatisch eingestellten Produktionsgeschwindigkeiten
kommt dar Produktionsbetrieb zu einer Mehrproduktion oder Kostensenkung und demzufolge
zu einem größeren Gewinn.
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b. Durch die Anzeige und Registrierung der durch die ACO Regeleinrichtung
wahrgenommenen und erfaßten Informationen, wie !4aschinenzei ten, die Qualität charakterisierende
Indexzahl, Drehzahl, erhalt auch die Produktionslenkung und die Instandh3itunqsaNteilung
nützliche Informationen über den Produktionsprozeß.
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c. Die Einrichtung kann auch bei automat scher Durchführung und Auswertung
von Versuchen eingesetzt
werden. Bei der Einführung neuer, bisher
unbekannter Rohstoffe, Erzeugnisse oder Arbeitsvorgänge, bletet die Einrichtung
zur Datenerfassung in der Weise Hilfe, daß die Routineaufgaben der Versuche nicht
durch quallflzlerte Werktätige durchgeführt werden müssen und der Anwender dabei
auch zu einem bedeutenden Zeltgewinn kommt.
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d. Mlt Hllfe der durch die ACO Einrichtung gelleferten und registrlerten
Daten kann man leicht einen Katalog, Tabellensammlung, zusammenstellen, aus dem
die dem Optimalwert für die gegebenen Ausgangsparameter mit guter Näherung entsprechende
Ausgangsdrehzahl entnommen und eingestellt werden kann.
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e. Die ACO Einrichtung kann leicht an ein mit Rechner arbeltendes
Produktlonslenkungssystem oder an einen bel der betreffenden Betriebseinheit eingesetzten
Prozeßrechner,z.B.an den Einzweckrechner Indicator, angeschlossen werden. In diesem
Fall ist die Ausführung preiswerter, da keIne Fühler - evtl. auch kelne Summierglieder
- benötigt werden, da der Rechner die erforderlichen Daten, wie Wirkungsgrad, Maschinen
zelten, GUtekennwerte, direkt lIefert. In gewissen Fällen - bei Masclilnengruppensteuerungen
- wird auch die Aufschaltelnheit durch den Rechner ersetzt.