DE4127990A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb wenigstens eines bereichs einer spinnerei unter anwendung eines dem bereich zugeordneten prozessleitrechners einer prozessleitebene - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb wenigstens eines Bereichs einer Spinnerei unter Anwendung eines dem Bereich zugeordneten Prozeßleitrechners einer Prozeßleitebene, der mit wenigstens einem Rechner einer hierarchisch darunterliegenden Maschinen­ steuerungsebene kommuniziert, der wenigstens eine Maschine steuert.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind im Zusam­ menhang mit der Computerisierung von Spinnereien vorgeschlagen worden, beispielsweise im Zusammenhang mit dem Rieter-CIS- Konzept (CIS = Computer-Ingriertes-Spinnen) und sind beispielsweise in der DE-OS 39 24 779 in diesem Umfang offenbart.

Der vorliegenden Erfindung liegt die allgemeine Aufgabe zugrunde, den gesamten Verfahrensablauf bei wenigstens einer, wenn nicht bei allen Verfahrensstufen vom Rohma­ terialeinlauf bis zum fertigen Garn (einschließlich des Umspulens, der Verpackung und ggf. auch der Bedampfung oder anderer Behandlungen des produzierten Garnes) und in einigen, wenn nicht bei allen Betriebsebenen von der Betriebsleitebene bis zur über die Prozeßleitebene bis zur Maschinenebene zu optimieren, wobei die Optimierung ein klares Verhältnis zum Gesamtziel der Spinnerei und der jeweiligen Leitungsstruktur der Spinnerei haben, dennoch aber flexibel sein muß, in dem Sinne, daß eine Anpassung an sich ändernde Ziele und Umstände wie Präferenzen und Bedingungen jederzeit möglich ist. Dabei sollte das System das Aufbauen einer Datensammlung ermöglichen, die eine Art gesammeltes Know-How der Spinnerei darstellt, aus der die entsprechenden Daten jederzeit abrufbar sind.

Erste Ansätze für solche Verfahren sind bereits in der Patentliteratur zu finden. Beispielsweise befaßt sich die DE-OS 21 25 731 mit einem Rechnerverfahrenssteuerungssystem für die Durchführung von Spinnarbeiten. Genauer gesagt sieht die DE-OS 21 25 731 beispielsweise die Schaffung einer Zentralsteuerung für die Durchführung von Spinnarbeiten vor, in der von einem Rechnerverfahrenssteuerungssystem Gebrauch gemacht wird, bei der ein Initialverfahrensprogramm entspre­ chend einem festgelegten Produktionsplan eingestellt wird, die Funktion der jeweiligen Verfahrenskomponente und die Arbeitsweisen mit Hilfsvorrichtungen programmiert werden, Produktions-Ist-Daten mit dem genannten Programm verglichen werden, und die Funktion der jeweiligen Verfahrenskomponente zur Korrektur der Betriebsbedingungen neu programmiert werden, derart, daß die Arbeit des jeweiligen Teils (der Anlage) nach dem korrigierten Programm ausgeführt wird, wodurch die Produktion im jeweiligen Verfahren vor dem letzten Spinnverfahren einem Ausgleich mit dem Verbrauch an Vorgespinnst oder Kammzug in Spinnverfahren unterzogen wird. Mit anderen Worten, wird die Relation zwischen der Produk­ tion im vorgeschalteten Verfahren und dem Verbrauch im nachgeschalteten Verfahren immer in einem zulässigen Bereich gehalten, der bestimmt ist durch das Grundproduktionspro­ gramm des Spinnverfahrens, so daß eine sehr stabile Funktion des jeweiligen Produktionsteils ausgeführt werden kann.

Bei der in der DE-OS 21 25 731 offenbarten Rechnersteuerung wird der monatliche (oder wöchentliche) Produktionsbedarf für jede Garnart durch die Produktionsabteilung entsprechend dem Verkaufsplan, den Lagerdaten und dem Marktbedarf festgelegt. Die Grunddaten, wie die Anzahl von Anlageteilen, die Produktivität des jeweiligen Anlageteils, die normale Arbeitsgeschwindigkeit der Anlageteile usw. und Maschinen­ wörter werden im Zentralrechner in der Verwaltungszentrale gespeichert. Die Maschinenwörter sind nicht näher definiert, sind aber evtl. so zu verstehen, daß sie das Verhalten einer Maschine während einer Simulation beschreiben können. Dann wird der monatliche (oder wöchentliche) Produktionsbedarf als ein Eingang für den Rechner verwendet. Es erfolgt dann eine Simulierung, um einen "optimalen" Zeitplan für die Herstellung des monatlichen Bedarfs unter stabilen Bedingun­ gen zu bestimmen. In dieser Schrift DE-OS 21 25 731 ist aber nirgends definiert, was optimal ist bzw. als optimal beur­ teilt wird.

Beim praktischen Betrieb des Systems nach der DE-OS 21 25 731 vergleicht der Rechner ständig oder perio­ disch die Produktions-Ist-Werte mit dem Initialprogramm, oder er vergleicht eine errechnete Produktionsinformation mit dem Initialprogramm, oder wenn sich plötzliche Maschinen­ störungen ergeben, vergleicht er eine errechnete Voraus­ sichtsproduktion mit dem Initialprogramm, und wenn ein unzulässiges Ergebnis errechnet wird, wird die Spinnarbeit entsprechend den Befehlen vom Rechner gesteuert. Wenn das genannte, nicht zulässige Ergebnis festgestellt wird, und wenn errechnet wird, daß die genannte Regulierung der Spinnarbeit nicht ausreicht, um die Verfahren unter den zulässigen Bedingungen laufen zu lassen, erfolgt eine Realision des Initialprogramms derart, daß die Spinnarbeit geändert wird, bis die Produktions-Ist-Werte den zulässigen Bereich des Initialproduktionsprogramms erreichen. Diese Berechnung wird in der DE-OS 21 25 731 als eine zweite Simulierung bezeichnet.

Bei dem genannten automatischen Steuerungssystem mittels des Steuerrechners erfolgt die Arbeit grundsätzlich auf der Basis akkumulativer Produktion in den dort vorgesehenen Offenend-Spinnmaschinen. In der tatsächlichen Produktion erfolgt ein periodischer Vergleich, vorzugsweise hinsicht­ lich der akkumulativen Produktion von Garn. Wenn die genannte Revision des Initialprogramms entsprechend der Berechnung erforderlich wird, sieht das revidierte Produk­ tionsprogramm die Revision der Antriebsgeschwindigkeit aller Spinnmaschinen oder verschiedener Spinnmaschinen vor. Vorzugsweise wird bei der DE-OS 21 25 731 dafür gesorgt, daß die Änderung der Antriebsgeschwindigkeit irgendeiner Spinnma­ schine entsprechend einem festgelegten Änderungsprogramm erfolgt. Dieses Programm besteht aus einer schrittweisen Ge­ schwindigkeitsänderung, wobei jeder Schritt neue Informatio­ nen aus der Berechnung entspricht. In diesem Fall kann die genannte zweite Simulierung weggelassen werden.

Es wird in der DE-OS 21 25 731 mehrfach betont, daß ein aus­ geglichener Zustand zwischen der Produktion des vorgeschal­ teten Verfahrens, d. h. der vorgeschalteten Prozeßstufe und dem Verbrauch in nachgeschalteten Verfahren, d. h. in der nachgeschalteten Prozeßstufe aufrechterhalten werden muß, um die gesamten Spinnverfahren in einem stabilen Zustand laufen zu lassen. Wenn also einmal das Produktionsprogramm des letzten Spinnverfahrens revidiert worden ist, müssen auch die vorgeschalteten Verfahren revidiert werden, um den genannten ausgeglichenen Zustand aufrechtzuerhalten. In der DE-OS 21 25 731 wird die Feststellung getroffen, daß dies insbesondere für den Fall zweier sukzessiver Verfahren zutrifft, wo diese Verfahren durch ein sogenanntes diskonti­ nuierliches System verbunden sind. Diese Ansätze sind zwar im allgemeinen richtig, es soll aber darauf hingewiesen werden, daß bei genügend großem Puffer eine Produktion auf Lager mit anschließendem Stop eines Anlagenteils bzw. Wechsel des Sortiments denkbar wäre.

Um die Steuerung mit dem Steuerrechner zu vereinfachen, geht die DE-OS 21 25 731 davon aus, daß die den Spinnmaschi­ nen vorgeschalteten Produktionsanlagen eine ausreichende Produktionskapazität haben, um Schwierigkeiten in den nachgeschalteten Verfahren auszugleichen. Dort wird ausgeführt, daß die vorgeschalteten Anlageteile etwa 20% Überschußproduktionskapazität im Vergleich zur Produktions­ kapazität des letzten Spinnverfahrens haben müssen, so daß die genannte zweite Simulierung weggelassen werden kann, und der genannte ausgeglichene Zustand zwischen den beiden sukzessiven Verfahren dadurch aufrechterhalten werden kann, daß die Antriebsgeschwindigkeit der jeweiligen Maschine entsprechend dem Ausgang des Steuerrechners geändert wird. Wenn jedoch die Antriebsgeschwindigkeiten der vorgeschalte­ ten Anlageteile reguliert werden, wenn die Antriebsge­ schwindigkeiten der Offenendspinnmaschinen geändert werden, wird der genannte ausgeglichene Zustand zwischen den beiden sukzessiven Verfahren zeitweilig aufgehoben, weil eine bestimmte Zeitverzögerung eingeführt wird, die durch die Herstellung gepackter Halbfabrikate hervorgerufen wird, bei­ spielsweise "voller Kammzugkannen". Man kommt daher in der DE-OS 21 25 731 zu dem Ergebnis, daß es entscheidend ist, daß ein bestimmtes vorgeschaltetes Verfahren unterbrochen wird, wenn die in dieser Ebene gehaltenen Pakete des Halbfabrikats einen Soll-Wert überschreiten. Man stellt dort fest, daß es besser ist, insbesondere dann, wenn die Produktionsrate stark geändert wird, die zweite Simulierung in Verbindung mit dem Reserveprogramm voller Pakete an Halbfabrikaten vorzunehmen, um den unausgeglichenen Zustand zwischen der Produktion des vorgeschalteten Verfahrens und dem Verbrauch des nachgeschalteten Verfahrens zu verhindern. Die genannte zweite Simulierung wird von den Daten des Initialreserveprogramms, Ist-Werten, der in Reserve gehalte­ nen Pakete, Voraussichtdaten über Reserven, basierend auf die Voraussichtsproduktion des vorgeschalteten Verfahrens und Voraussichtverbrauch des nachgeschalteten Verfahrens errechnet.

Weiterhin stellt man in der DE-OS 21 25 731 fest, daß wenn es unmöglich ist, die gewünschte Produktmenge herzustellen, mit anderen Worten, wenn der Rechner eine solche Unmöglich­ keit voraussagt, daß das Initialproduktionsprogramm geändert werden muß. Eine solche Revision des Programms erfolgt dort durch Änderung der Zulaufroute der Zwischenprodukte zum nachgeschalteten Verfahren, entsprechend dem Bedarf. In dem Fall wird eine neue Simulierung vorgenommen, um das optimale Spinnprogramm zu finden, und zwar unter Bezugnahme auf die Momentandaten, die den Spinnzustand des jeweiligen Verfah­ rens anzeigen, auf Daten der reservierten Menge an Zwischen­ produkten, auf den Zeitverzug, der erforderlich ist, um die Verarbeitung zu beenden usw., zusätzlich zu den gespeicher­ ten Maschinenwerten.

Aus diesen Angaben aus der DE-OS 21 25 731 ist ersichtlich, daß die dort angewandte Simulierung sich ausschließlich auf das Optimieren des Produktionsplans konzentriert, und zwar in dem Sinne, daß man einen Produktionsplan erfüllt. Die dort verwendete Simulierung setzt zunächst voraus, daß in vielen Fällen eine Geschwindigkeitsänderung kurzfristig ausreichen wird, um Produktionsdefizite bei den Spinnmaschi­ nen wiedergutzumachen. Sobald dies der Fall ist, wird wieder auf das Initialproduktionsprogramm zurückgeschaltet. Eine zweite Simulierung wird nur dann vorgenommen, wenn es überhaupt nicht mehr gelingen kann, den Initialproduk­ tionsplan einzuhalten. Es fällt auch auf, daß bei diesem ersten Vorschlag nur ein Rechner im Spiel ist. Dies stellt eine gewaltige Beschränkung des Steuersystems dar.

Daß das in der DE-OS 21 25 731 vorgeschlagene Steuersystem nicht optimal ist, geht auch einwandfrei aus dem Gedanken hervor, daß man nach Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit im Spinnverfahren und Wiedergutmachung des eingetretenen Produktionsdefizits wieder zurück auf den Initialproduktions­ plan schaltet. Diese Aussage zeigt, daß das Initialproduk­ tionsprogramm doch nicht so optimal sein kann, denn, wenn es gelingt Defizite durch Erhöhung der Geschwindigkeit der Anlage wiedergutzumachen, so muß man sehen, daß die Anlage vorher unterhalb der maximalen Produktionsgeschwindigkeit und daher vermutlich nicht am wirtschaftlichsten Optimum produziert hat. Es ist zwar üblich, etwas tiefer zu fahren, d. h. bei einer Produktionsgeschwindigkeit zu operieren, die unterhalb des Maximums liegt, damit man noch etwas hochfah­ ren kann. Der Plus/Minus-Bereich ist aber relativ eng, um keine Qualitätsunterschiede zu verursachen. Es fehlt bei dieser Schrift vor allem eine klare Vorgabe der zu erreichen­ den Ziele. Weil diese Ziele fehlen, fehlen auch die notwendi­ gen Möglichkeiten, diese Ziele zu erreichen.

Durch die europäische Patentanmeldung mit der Veröffent­ lichungsnummer 4 15 290 ist ein Verfahren zur Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit einer Spinnmaschine, insbesondere einer Ringspinnmaschine, bekannt, bei dem eine Simulation des Gesamtsystems durchgeführt wird, um einen Drehzahlwert zu ermitteln, der auf den besten Nutzeffekt der Ringspinnma­ schine optimiert ist. Mit anderen Worten wird hier eine Simulation durchgeführt, mit dem konkreten Ziel, den besten Nutzeffekt der Ringspinnmaschine zu erreichen. Diese Anmeldung enthält auch eine ausführliche Beschreibung des Optimierungsverfahrens und der diesbezügliche Inhalt der europäischen Patentanmeldung wird durch diesen Hinweis auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Bei dem Vorschlag gemäß der soeben genannten europäischen Anmeldung handelt es sich aber schließlich um eine Einzelma­ schinensteuerung, die zwar mit der vorhergehenden Erfindung kompatibel wäre und auch im Rahmen der vorliegenden Erfin­ dung realisiert werden könnte, die besprochene Anmeldung behandelt jedoch, weil sie sich nur mit einer Einzelmaschi­ nensteuerung befaßt, nur einen kleinen Teilkreis der der vorliegenden Anmeldung zugrundeliegenden Problematik.

An dieser Stelle soll nochmals kurz auf die DE-OS 39 24 779 hingewiesen werden, welche sich mit der Unterteilung einer Spinnerei in fünf Bereiche befaßt. Jeder Bereich verfügt über einen eigenen Prozeßleitrechner. In der Praxis hat sich diese Unterteilung bewährt und wird auch bei der vorliegen­ den Erfindung sinnvollerweise beibehalten. Dies verhindert aber nicht, daß man bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung eine andere Unterteilung vornimmt. Die Untertei­ lung gemäß der DE-OS 39 24 779 gilt hier aber als bevorzugt. Nach dieser Unterteilung unterscheidet man zwischen drei Hauptbereichen, nämlich den Bereichen Putzerei, Vorwerk und Spinnerei. Zu dem Bereich Putzerei gehören ein oder mehrere Ballenöffner, Grob- und Feinreinigungsmaschinen, Mischmaschi­ nen, Karden und Bandablagen. Der Bereich Vorwerk umfaßt vor allem die Kämmereivorbereitung, Kämmaschinen und Strecken. Der dritte Hauptbereich Spinnerei umfaßt Maschinen wie Flyer, Ringspinnmaschinen, Spule und Offenendspinnmaschinen, sowie etwaige vorhandene Spinnmaschinen, die nach neuen Spinnverfahren arbeiten. Selbstverständlich kann dieser Bereich ausschließlich aus Offenendspinnmaschinen oder aus Kombinationen von Flyer-, Ringspinn- und Spulmaschinen oder nur aus neuartigen Spinnmaschinen (Düsenspinnmaschinen, Friktionsspinnmaschinen usw.) oder aus Mischungen von mehre­ ren verschiedenartigen Spinnmaschinen bestehen.

Zusätzlich zu diesen drei Bereichen können zwei weitere Bereiche identifiziert werden und zwar ein Bereich Rohstoff, der hauptsächlich das Ballenlager umfaßt. Am Ende der Spinnerei kommt auch ein Bereich "Garn", der insbesondere eine Packerei und ein Spulenlager, ggf. auch eine Färberei oder eine andere Garnveredelungsstation umfaßt.

Die DE-OS 39 24 779 zeigt außerdem, welche Qualitätsmerkmale an welchen Maschinen gemessen werden, welche Regeleingriffe möglich sind, um diese Qualitätsmerkmale zu ändern und welche Auswirkungen ein Regeleingriff an einer Maschine bei anderen Maschinen haben können. Die dort ausgeführten Gedanken gelten auch bei der vorliegenden Erfindung und können bei Bedarf vom Fachmann bei der Realisierung von vielen Details der vorliegenden Erfindung angewandt werden.

Wie aus den bereits geschilderten Gedanken hervorgeht, han­ delt es sich bei einer Spinnerei um eine komplexe Verkettung von Maschinen mit teilweise sehr unübersichtlichen Funktio­ nen, wobei die Einstellungen der einzelnen Maschinen Auswir­ kungen auf die anderen Maschinen haben, so daß es sehr schwierig ist, alle der veränderbaren Parameter gleichzeitig zu beherrschen und die gesamte Anlage, d. h. die gesamte Spinnerei so zu führen, daß man zu dem erwünschten Ergebnis kommt.

Hier soll betont werden, daß das erwünschte Ergebnis nicht unbedingt immer gleich sein muß.

Wie am Anfang angedeutet, ist es das Bestreben der vorliegen­ den Erfindung, ein Steuerungssystem vorzuschlagen, das eventuell nur für einen Bereich der Spinnerei angewandt werden kann, das aber auch erweiterungsfähig ist, so daß alle Bereiche der Spinnerei umfaßt werden. Das Bestreben der vorliegenden Erfindung besteht vor allem darin, ein System vorzuschlagen, das eine große Unterstützung des Betriebs­ personals und Klarheit bei der Identifizierung der jeweili­ gen Ziele und die Auswirkung von Entscheidungen bietet, wobei das System die in einer Datenbank gesammelte Erfahrung (Know How) und Dokumentation, z. B. von der Auswirkung eines ähnlichen oder gleichen Eingriffes in der Vergangenheit, berücksichtigen, d. h. heranziehen kann und ggf. auch Trendanalyse erstellen oder Trends erkennen kann.

Auch soll das System das Betriebspersonal in die Lage versetzen Ideen rechnerisch auszuprobieren, um die möglichen Auswirkungen auf die Spinnerei auszukundschaften, und zwar durch eine Modellierung und ggf. Simulation des Betriebs der Spinnerei im Computer, ohne daß die untersuchten Varianten durch den tatsächlichen Betrieb der Anlage untersucht werden müssen. Unter Modellierung wird hier die Nachbildung der Wirklichkeit und unter Simulation die Untersuchung des Verhaltens einer Spinnerei anhand eines Modells verstanden. Das System soll auch das Betriebspersonal in die Lage versetzen, sehr rasch und effektiv auf eingetretene Ereignis­ se zu reagieren, die sonst Gefahren für den Betrieb der Spinnerei bieten, und zwar ohne daß das Betriebspersonal überreagiert, beispielsweise aus Angst über einen möglichen Absturz der Spinnerei, diese mit einer zu niedrigen Geschwin­ digkeit arbeiten läßt und daher unnötige Einbußen im Gewinn toleriert.

Zur Lösung dieser Aufgaben sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß wenigstens der Prozeßleitrechner zur Durchführung wenigstens eines Optimie­ rungsprogramms ausgelegt ist, daß Ziele, Bedingungen und Präferenzen entweder durch Eingaben oder Default in diesen Prozeßleitrechner eingegeben bzw. in diesem vorgegeben werden und aus diesen Zielen, Bedingungen und Präferenzen durch geeignete Verarbeitung bzw. Optimierung Prozeßleit­ signale erzeugt und an den Maschinensteuerrechner für die Steuerung der diesem zugeordneten Maschine weitergegeben werden, daß die vom Maschinensteuerrechner ausgehenden Resultate dem Prozeßleitrechner gemeldet werden, und daß der Prozeßleitrechner über die im Rahmen der Erzeugung der Prozeßleitsignale entstehenden Arten und Entscheidungsmög­ lichkeiten sowie über den vom Maschinensteuerrechner erhaltenen Rückmeldungen berichtet.

Im einfachsten Fall beschränkt sich die Erfindung daher auf einen Prozeßleitrechner und einen Maschinensteuerrechner, der für die Steuerung einer diesem Rechner zugeordneten Maschine zuständig ist.

Wesentlich bei der Erfindung ist, daß wenigstens bei dem Prozeßleitrechner Eingaben erfolgen, über Ziele, Bedingungen und Präferenzen und daß der Prozeßleitrechner so program­ miert ist, daß er ein Optimierungsprogramm ggf. mit Simulation durchführt, um unter Berücksichtigung dieser Ziele, Bedingungen und Präferenzen ein optimaler Verfah­ rensablauf im zugeordneten Bereich, wenigstens an der dem Maschinensteuerrechner zugeordneten Maschine zu erreichen.

Nach dem Konzept der vorliegenden Erfindung werden Ziele und Bedingungen immer von einer hierarchisch höherliegenden Ebene vorgegeben. D.h., im Falle der Prozeßleitebene, kommen die Ziele und Randbedingungen von der Betriebsleitebene. Um auf ein Beispiel zu kommen, kann es das Ziel der Betriebslei­ tung sein, den maximalen Gewinn aus der bestehenden Anlage bei der Realisierung der vorhandenen Aufträge zu erzielen.

Dies ist aber mit Sicherheit nicht das einzige Ziel, das in Frage kommen könnte. Wird beispielsweise bei einer Spinnerei mit unbemannten Nachtschichten gearbeitet, so könnte es auch ein vorrangiges Ziel sein, die Produktion während der Nacht­ schichten so zu gestalten, daß zwar noch mit Gewinn gearbei­ tet wird, daß aber in den Nachtstunden möglichst wenig Fadenbrüche eintreten, damit auch Wickelgefahren weitestge­ hend gebannt sind. Ein weiteres Beispiel: es könnte Zeiten geben, wo ein Überleben der Spinnerei am Markt nur dann möglich ist, wenn man möglichst preisgünstige Produkte anbietet. Dies wiederum wäre besser möglich, wenn man mit preisgünstigem Rohmaterial arbeitet, und zwar auch dann, wenn dieses Material eine noch intensivere Aufarbeitung erfordert. Dies läßt sich als Ziel genau vorgeben, damit der Prozeßleitrechner ein entsprechendes Optimierungsverfahren mit Simulation durchführt, um für dieses Ziel den optimalen Betriebsparameter für die Verarbeitung des preisgünstigen Rohmaterials herauszufinden.

Bandbedingungen müssen nach dem Konzept der vorliegenden Erfindung von oben eingegeben werden. Am Beispiel des Prozeßleitrechners sind dies beispielsweise Angaben zu den zu produzierenden Artikeln (Art, Menge, Termin) zu dem verfügbaren Personal, Angaben zu Feiertagen, an denen die Anlage vollkommen abgeschaltet ist oder mit verminderter Geschwindigkeit arbeiten soll, Angaben zu Nachtschichten, geplanten Ferien usw.

Bei der Verarbeitung des Optimierungsprogramms ist der Pro­ zeßleitrechner natürlich auch auf verschiedene Daten angewie­ sen, welche die Maschineneigenschaften beschreiben, bei­ spielsweise im Sinne der verfügbaren Produktionskapazitäten, der Maschinenarten und mechanischen Grenzen, die eingehalten werden müssen. Solche Angaben können nach einmaliger Einga­ be in Datenbanken gespeichert werden, beispielsweise in einer zentralen Datenbank oder aber in einzelnen Datenban­ ken, welche den jeweiligen Computern zugeordnet sind. Weite­ re, ebenfalls die Maschineneigenschaften beschreibende Zusam­ menhänge, wie z. B. die Anzahl von Fadenbrüchen in Abhängig­ keit des Artikels, der Drehzahl, der Spinngeometrie usw., werden ebenfalls aus den in der Datenbank abgespeicherten historischen Zustandsdaten ermittelt oder direkt eingegeben und ggf. automatisch oder manuell korrigiert. Bei der Durchführung eines Optimierungsprogramms mit Simulation ist ein Rechner auch auf den gegebenen Ausgangszustand angewie­ sen, welcher in diesem Beispiel dem Prozeßleitrechner durch Rückmeldungen von der darunterliegenden Maschinensteuerebene bekanntgegeben werden.

Bei der Durchführung der Optimierung wird es häufig vorkom­ men, daß das Optimum bei verschiedenen Alternativen liegen kann, die teilweise eine Verletzung von einer Präferenz bzw. einigen Präferenzen bedeuten. Solche werden im Sinne von Optionen oder Entscheidungsmöglichkeit bekanntgegeben, welche regelmäßig vom zuständigen Bediener der jeweiligen hierarchischen Ebene oder vom Bediener der höheren hierar­ chischen Ebene entschieden werden. Mit anderen Worten werden solche Optionen und Entscheidungen in Form von Berichten dem Bediener oder seinem Vorgesetzten bekanntgegeben, und er hat dann die Wahl, welche der Optionen oder Entscheidungen er nimmt. Vernachlässigt er diese Aufgabe, so wird vom Computer die Entscheidung getroffen, entweder willkürlich, beispiels­ weise, daß die erste Möglichkeit stets genommen wird, oder durch vorprogrammierte Entscheidungshilfen. Somit sehen wir, anhand des Beispiels des Prozeßleitrechners, daß dieser Eingaben von oben erhält, d. h. "top down", und zwar in Form von Angaben der Ziele und Bedingungen, daß die Funktion des Prozeßleitrechners auch auf Rückmeldungen von unten, d. h. von der Maschinensteuerungsebene angewiesen ist, und daß Eingaben von Mitarbeitern (Präferenzen) der eigentlichen Prozeßleitebene auch erforderlich sind, um bei möglichen Entscheidungen mitzuwirken.

Man sieht somit, daß die Bediener im Rahmen ihrer Kompeten­ zen mit in die Entscheidungskette einbezogen wird und zwar bei denjenigen Fragen, wo keine eindeutige Antwort durch den Computer möglich ist. Da das Computersystem die hierarchi­ sche Bemannungsstruktur der Spinnerei berücksichtigt und ihm angepaßt ist, wird einerseits sichergestellt, daß die einzel­ nen Mitarbeiter in ihren jeweiligen Aufgaben konsultiert und motiviert fühlen, andererseits aber auch gewährleistet, daß jeder nur im Rahmen der ihm übertragenen Kompetenzen handeln kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Gewinnen und Dokumentieren von Expertenwissen einfach zu realisieren und für andere Mitarbeiter einfacher zu erlernen bzw. nachzuvoll­ ziehen ist.

Die vorliegende Erklärung befaßt sich nur mit einem einfa­ chen Beispiel des erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens, bezogen auf einen Prozeßleitrechner und einen damit zusammen­ arbeitenden Maschinensteuerungsrechner. Das Konzept nach der vorliegenden Erfindung führt aber zu einer fraktalen Rechner­ struktur, d. h. die Grundarchitektur der Rechner in jeder hierarchischen Stufe kann nach dem gleichen Muster ausgelegt werden, so daß ein durchsichtiger, klarer und leicht verständlicher Aufbau des Rechnersystems erreicht wird, auch bei seiner Integrierung in der Personalstruktur der Firma. Obwohl die Programme, die in den einzelnen Stufen ablaufen, in ihrem Inhalt verschieden sind, arbeiten sie nach dem gleichen Muster und weisen gleiche oder zumindest ähnliche Schnittstellen auf.

So betrachtet, gibt der Anspruch 3 eine bedeutende Weiter­ bildung des erfindungsgemäßen Verfahrens an, welche sich dadurch auszeichnet, daß im Sinne der Realisierung einer fraktalen Reglerstruktur auch bei dem Maschinensteuerungs­ rechner Ziele, Bedingungen und Präferenzen entweder durch Eingabe oder Default in diesen eingegeben bzw. in diesem vorgegeben werden, wobei die für den Maschinensteuerungs­ rechner geltenden Ziele und Bedingungen durch die Prozeßleit­ signale gebildet werden, daß der Maschinensteuerungsrechner ein Optimierungsverfahren, ggf. mit Simulation durchführt und hieraus Maschinensteuersignale gewinnt, die der zugeordneten Maschine zugeführt werden, daß die Resultate dieser Optimierung und die an der zugeordneten Maschine erzielten Resultate dem Prozeßleitrechner gemeldet werden, und daß die Maschinensteuerung der Betriebsperson bzw. dem Meister der Maschinensteuerungsebene Berichte über den eingestellten Steuerungsablauf des eigentlichen Geschehens an der Maschine und über mögliche Optionen und Entscheidun­ gen informiert, wobei die Betriebsperson ihre Präferenzen in den Maschinensteuerungsrechner eingeben kann.

Hieraus ist ersichtlich, daß auch bei dem Maschinensteue­ rungsrechner Ziele und Bedingungen von der hierarchisch höherliegenden Ebene, d. h. von der Prozeßleitebene kommen, und zwar in Form von Prozeßleitsignalen, und daß die Betriebsperson, typischerweise der Meister, ebenfalls bei anstehenden Entscheidungen mitwirken kann.

Eine Weiterentwicklung des Verfahrens ist im Anspruch 4 angegeben. Dieser Anspruch zeigt, daß jeder Maschinen­ steuerungsrechner mit einem Peripherierechner und/oder mit einem Bedienungsroboterrechner oder mit einem lokalen Regelungsrechner kommunizieren kann, wobei auch bei diesen verschiedenen Formen der dem Maschinensteuerungsrechner unterstellten Rechner ebenfalls die gleiche Architektur vorliegt. Bei manchen Maschinen werden aber Rechner nicht mehr erforderlich, sondern die Steuersignale, die vom Maschinensteuerungsrechner kommen, werden direkt an Aktoren der betroffenen Maschine angelegt und bewirken jeweilige Einstellungen dieser Maschine. Auf dieser Maschine befinden sich Sensoren, die dann mit dem Maschinensteuerungsrechner kommunizieren, so daß dieser das Ergebnis der über die Aktoren durchgeführten Einstellungen erfassen und auswerten kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber auch nach oben expandieren, und zwar wie im Anspruch 5 zum Ausdruck gebracht, in dem Sinne, daß der Prozeßleitrechner mit einem Betriebsrechner kommuniziert. Auch dieser Betriebsrechner bekommt als Eingaben von oben Ziele und Bedingungen (beispielsweise vom Verwaltungsrat vorgegeben) und er über­ läßt manche Entscheidungen und Optionen auf der Betriebsleit­ ebene dem Betriebsleiter. Dieser ist auf Rückmeldungen von der Prozeßleitebene angewiesen, die daher von unten kommen und in den Betriebsleitrechner eingespeist werden.

Das erfindungsgemäße System und die fraktale Rechnerstruktur lassen sich aber nicht nur in der vertikalen Rechnung durch die verschiedenen Hierarchieebenen realisieren, sondern auch in der horizontalen Richtung, in dem Sinne, daß ein Betriebs­ leitrechner in der Betriebsleitebene mit mehreren Prozeß­ leitrechnern in der Prozeßleitebene (beispielsweise drei oder fünf mit der Unterteilung nach der DE-OS 39 24 779) kommunizieren kann, wobei diese wiederum mit jeweils mehre­ ren Rechnern auf der Maschinensteuerungsebene kommunizieren und jeder Maschinensteuerungsrechner in entsprechender Weise mit weiteren Rechnern oder Aktoren und Sensoren in der eigentlichen Produktionsebene produzieren kann. Diese Gedan­ ken sind durch die Patentansprüche 6 bis 10 zum Ausdruck gebracht. Die Erfindung umfaßt auch Vorrichtungen zur Durch­ führung des Verfahrens im Sinne von miteinander verketteten Rechnern, die zur Realisierung einer fraktalen Rechnerstruk­ tur ausgelegt sind und imstande sind, die verschiedenen Ziele, Bedingungen und Präferenzen zu verarbeiten, unter Berücksichtigung von Rückmeldungen von der jeweils darunterliegenden Ebene.

Dieser Aufbau sorgt auch dafür, daß die Datenmengen, die zwischen den Rechnern getragen werden, in Grenzen gehalten werden können, wodurch das Rechnersystem als Ganzes reali­ siert und die Fähigkeit des Rechnersystems, rasch auf Änderungen zu reagieren, gewährleistet werden kann. Im übrigen sorgt er auch für ein ausgewogenes Ausnützen der Rechenkapazität.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert, unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen, in welchen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Unterteilung einer Spinnerei in verschiedenen Bereichen nach einem bevorzugten Plan, der auch Gegenstand der deutschen Patentanmeldung P 39 24 779 ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Rechnerstruktur gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich der Darstellung der Fig. 2 zur Erläuterung des Konzepts der fraktalen Rechnerstruktur,

Fig. 4 eine noch detailliertere Darstellung der Architektur eines Rechners zwecks Anwendung bei der vorliegenden Erfindung und

Fig. 5 ein Literaturverzeichnis,

Fig. 6A eine Tabelle der für die Betriebsleitebene möglichen Ziele,

Fig. 6B-6F Tabellen der Bedingungen, welche für die Betriebsleitebene üblicherweise erforderlich wären, um eine sinnvolle Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens zu gestatten,

Fig. 6G eine Auflistung von typischen Präferenzen, welche bei der Betriebsleitebene eine Rolle spielen,

Fig. 7A eine Tabelle zur Verdeutlichung der Bedingungen, welche für einen einzelnen Prozeß- oder Bereichs­ leitrechner der Prozeß- bzw. Bereichsleitebene gelten,

Fig. 7B eine tabellarische Darstellung der Präferenzen, welche von den einzelnen Bereichs- oder Prozeß­ leitern ausgeübt werden können,

Fig. 8A eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Begriffs der Präferenzen und die Auswirkung von Präferenzen,

Fig. 8B ein Fließdiagramm zur Erläuterung der Handhabung von

Fig. 9A eine weitere Darstellung einer fraktalen Reglerstruk­ tur, ähnlich der Fig. 4, welche mit verschiedenen Reglern zusammenarbeiten kann, beispielsweise wie in den Fig. 9B bis 9E dargestellt.

Nach Fig. 1 ist eine Spinnereilinie 10, welche eine Maschinensteuerungsebene darstellt, in fünf in einer Reihe angeordnete Bereiche 12, 14, 16, 18 und 20 unterteilt. Die eigentlichen Maschinen sind in dieser Ebene angeordnet und können weitere Rechner (Peripherierechner, Betriebsroboter­ rechner oder lokale Regelungsrechner) aufweisen. Der Bereich 12 umfaßt das Ballenlager, wo die Ballen gelagert und zu dem nachfolgenden Bereich, nämlich dem Putzereibereich 14 transportiert werden. Der Bereich 14 umfaßt verschiedene Putzereimaschinen, z. B. Ballenöffner, Grob- und Feinreini­ gungsmaschinen, Mischer und Karden sowie eine Bandablage. Der Bereich 14 wird vom sogenannten Vorwerkbereich 16 gefolgt, welcher in diesem Beispiel aus Kämmaschinen und Strecken besteht. Danach kommt der Spinnereibereich 18, bestehend aus Vorspinnmaschinen, beispielsweise Flyer, Ringspinnmaschinen, Offenendspinnmaschinen, anderen Spinn­ maschinen, beispielsweise Düsenspinnmaschinen, und Spulern. Das Produkt des Bereiches 18 besteht aus Garnspulen und diese werden in einem nachfolgenden Spulenlagerbereich 20 gelagert und für die Lieferung an den jeweiligen Kunden in der Packerei des Spulenlagers abgepackt.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß der Spinnereibereich, normalerweise entweder aus Flyer und Ringspinnmaschinen und Spulmaschinen oder aus Offenendspinnmaschinen oder aus anderen Spinnmaschinen besteht. Eine Mischung verschieden­ artiger Spinnmaschinen in diesem Bereich ist zwar denkbar, jedoch in der Praxis eher unwahrscheinlich.

Für jeden der fünf genannten Bereiche 12 bis 20 ist ein jeweiliger Prozeßleitrechner 22, 24, 26, 28, 30 vorgesehen, der über jeweilige Busleitungen 32, 34, 36, 38 und 40 mit dem jeweils zugeordneten Produktbereich 12 bis 20 verbunden ist. Untereinander sind die Prozeßrechner 22 bis 30 über ein lokales Netz 42 verbunden, das auch eine Verbindung 44 zu einem Betriebsleitrechner 46 umfaßt. Nachdem die einzelnen Textilmaschinen in der Spinnereilinie 10 zum Teil auch mit eigenen rechnergesteuerten Steuer- und Regelsystemen ausge­ stattet sind, können die Leitungen 32 bis 40 auch ggf. als lokale Netze ausgebildet werden, damit die Kommunikation zwischen jedem Prozeßrechner und den zugeordneten rechner­ gesteuerten Maschinen ohne weiteres möglich ist.

Die fünf Prozeßrechner 22 bis 30 definieren hierarchiemäßig eine Prozeßleitebene, die oberhalb der Maschinenebene liegt, während der Betriebsleitrechner in der Hierarchie noch eine Etage höher ist und eine Betriebsleitebene definiert. Zusätz­ lich zu den genannten Rechnern kann ein Laborrechner 48 vorhanden sein, der sinnvollerweise in der Prozeßleitebene integriert ist und mit den Prozeßrechnern 22 bis 30 über das lokale Netz 42 kommuniziert. Das hierarchische Gebilde kann auch durch eine weitere oberste Etage, nämlich durch eine strategische Ebene ergänzt werden, wobei es sich hier um die Vorstands- oder Verwaltungsebene handelt, die nur allgemeine Ziele und Bedingungen für den Betriebsablauf gibt, aber normalerweise sich nicht um die alltäglichen Details des Betriebsablaufs kümmert.

Nachdem im Ballenlagerbereich 12 und im Spulenlagerbereich 20 relativ wenig Daten ausgetauscht werden, können die durch den Prozeßrechner Rohstoff 22 und den Prozeßrechner Garn 30 durchgeführten Funktionen in den PS-Rechner Putzerei 24 bzw. in den PS-Rechner Spinnerei 28 integriert werden.

Die Spinnereilinie 14 so wie hier schematisch dargestellt, beinhaltet keine Transportsysteme. Wenn solche Transport­ systeme vorhanden sind, können zusätzliche Gruppenrechner für die Transportsysteme an das lokale Netz 42 bzw. an die als AN ausgebildeten Verbindungen 32, 34, 36, 38, 40 ange­ schlossen werden. In den Betriebsleitrechner 46 werden u. a. die Aufträge von den einzelnen Kunden mit allen relevanten Angaben sowie Angaben zu dem von der Betriebsleitung einge­ kauften und noch zu liefernden Faserballen eingegeben. Über die Verbindung 44 sowie das lokale Netz 42 hat der Betriebs­ leitrechner auch Zugang zu den im Prozeßrechner 22 gespei­ cherten Angaben zu den derzeitigen Lagerbeständen und zu den im Prozeßrechner Garn 30 gespeicherten Beständen angefer­ tigtes Garn, die bei der Erstellung der einzelnen Produk­ tionspläne durch die Betriebsleitung unter Anwendung des Betriebsleitrechners erforderlich sind. Der Betriebsleit­ rechner kann auch andere notwendige Funktionen ausüben, beispielsweise kann er administrative und kommerzielle EDV-Aufgaben bewältigen und bestimmte Nebensysteme ansteuern, beispielsweise Brandschutz- und HLK-Systeme.

Es kann auch eine zentrale Datenbank 50 vorgesehen werden, von der alle Rechner imstande sind Daten abzurufen, über die jeweiligen Busleitungen. Wie gezeigt, ist diese zentrale Datenbank in der gleichen Hierarchieebene wie der Prozeßleit­ rechner angeordnet, so daß diese einen sehr leichten Zugriff auf die Datenbank haben. Der Zugriff des Betriebsleitrech­ ners auf dieser Datenbank ist auch relativ einfach gestal­ tet, wie auch der Zugriff der Maschinensteuerungsrechner.

Dies wird auch durch die Fig. 2 klargemacht.

Die Fig. 2 zeigt die hierarchische Anordnung der einzelnen Rechner und auch die Datenbusleitungen, die für den Betrieb dieser vernetzten Rechner erforderlich sind.

In der obersten hierarchischen Ebene in dieser Darstellung befindet sich der Betriebsleitrechner 46, der über den Datenbus 42 Zugang zu den einzelnen Prozeßleitrechnern, beispielsweise zu dem Prozeßleitrechner 28 für den Bereich Spinnerei hat, wobei diese Prozeßleitrechner, hierarchisch betrachtet, in der Prozeßleitebene angeordnet sind. Alle Prozeßleitrechner sind wiederum über einen Datenbus 52 mit den einzelnen Maschinensteuerungsrechnern, beispielsweise 54 verbunden, die in der Maschinenebene angeordnet sind. Auch die Rechner der Maschinensteuerungsebene sind über einen Datenbus 56 mit einzelnen Rechnern 58 der eigentlichen Produktionsebene verbunden. Es handelt sich bei diesen Rechnern bspw. um Peripherierechner, Rechner für Bedie­ nungsroboter und lokale Regelungsrechner. Der Datenbus 56 führt aber auch bei manchen einzelnen Maschinen nur zu Aktoren oder Sensoren, die durch Anweisungen von jeweiligen Maschinensteuerungsrechnern angesteuert werden.

Jeder Rechner hat den gleichen Grundaufbau, in dem er zur Aufnahme von Zielen 60 _Ein und Bedingungen 62 _Ein von oben und zur Abgabe von Leitsignalen 60 _AUS, 62 _AUS nach unten ausgebil­ det ist. Die Leitsignale 60 _AUS, 62 _AUS einer übergeordneten Stufe stellen die Ziele und/oder Bedingungen 60 _Ein, 62 _Ein der untergeordneten Stufe(n) dar, weshalb hierfür die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Weiterhin ist jeder Rechner imstande, Resultate und Zustände 66 _AUS dem ihm zugeordneten Bereich bzw. von der ihm zugeordneten Maschine nach oben zu melden, wobei solche Resultate die von einer tiefen hierarchischen Ebene kommenden Ist-Werte sowie das Ergebnis der von den einzelnen Rechnern der jeweiligen Ebene durchgeführten Optimierungsprogrammen berücksichtigen. Wie nachfolgend erläutert wird, kommen immer wieder Fälle vor, bei denen eine Entscheidung zwischen mehreren Möglichkeiten, die wenigstens zunächst als gleichwertig zu betrachten sind, getroffen werden muß. Dazu erstellt auch jeder Rechner Berichte 68 über mögliche Optionen und getroffene Entschei­ dungen sowie über den allgemeinen Verfahrensablauf, die für die jeweilige Betriebsperson in der zugeordneten Betriebs­ ebene gedacht sind. Diese Person darf dann auch seine Präferenzen oder Entscheidungen 70 in den Computer eingeben und diese werden bei der Erstellung der eigentlichen Leitsignale berücksichtigt.

Man sieht aus Fig. 2, anhand der Darstellung durch die verschiedenen Pfeile, daß die Struktur bei jedem Rechner gleich ist, unabhängig von der eigentlichen hierarchischen Ebene, in der sich der Rechner befindet. Unterschiedlich bei den Rechnern ist aber schon die vorhandene Speicherkapazität und die jeweilige Programmierung. Es leuchtet beispielsweise ein, daß ein Prozeßleitrechner, der für einen Bereich zuständig ist, eine größere Speicherkapazität benötigt als ein Maschinensteuerungsrechner, der nur für eine einzelne Maschine zuständig ist. Es leuchtet auch ein, daß die einzelne Programmierung der einzelnen Rechner auch unter­ schiedlich ist, da diese jeweils andere Aufgaben erfüllen müssen. Dennoch sind viele der angewandten Optimierungspro­ gramme den einzelnen Rechnern gemeinsam. Im Sinne der Optimierung mit Simulation werden aber die Rechner ganz unterschiedliche Zustands- und Steuervektoren auszuwerten haben, wie später näher erläutert wird.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Fig. 2 eine Beschriftung tragen soll, die aber nicht auf die Zeichnung paßt. Die Beschreibungen (A) bis (E) lauten wie folgt:

(A) Betriebsleitrechnerebene

Durch Verdichten und Umformen von Zielgrößen wird die Zielsetzung trotz nach oben wachsendem Umfang des zu kontrollierenden Bereiches übersichtlich gehalten und bleibt "manageable".

Für die Ziele existiert immer nur eine einzige Quelle, damit sind Ziele widerspruchsfrei und konsistent.

Die Ziele haben gegenüber dem laufenden Geschehen längerfristigen Bestand (langsame Änderungen).

Die Ziele sind hierarchisch gestaffelt bei quasi konstantem Umfang (durch den menschlichen Bediener noch überblickbar).

(B) Der Zustand des Systems wird durch total Q-Größen definiert, welche einen Q-dimensionalen Raum bestimmen.

Davon wird eine Menge P von Größen hergeleitet, welche als verdichtete Kennwerte für die nächsthöhere Hierarchiestufe verständlich und beeinflußbar sind.

Der Prozeßrechner jeder Stufe

• - bezieht einen Satz P von Zielgrößen von der überge­ ordneten Stufe,
• - meldet den Istzustand mit Bezug auf den Satz P der Zielgrößen,
• - ermittelt einen oder mehrere Sätze P′ von Zielgrößen für unterlagerte Stufen,
• - wertet eine entsprechende Anzahl von Istzuständen der unterlagerten Stufe aus,
• - steht in Verbindung mit einem menschlichen Bediener, der den Rechner über Präferenzen beeinflussen kann.

(C) Prozeßleitrechnerebene

Präferenzen erlauben Eingriffe einer zwischengelagerten Stufe, im Rahmen des Freiheitsgrades, der durch die Randbedingungen und die Ziele gegeben ist.

Präferenzen erlauben es, parallel zur Hierarchie der Rechner eine analoge Entscheidungshierarchie in den personellen Organisationen aufzuziehen.

Präferenzen erlauben es auch, auf jeder Stufe erkannte Störgrößen zu berücksichtigen, welche dem System nicht durch eigene Sensoren zugänglich sind.

(C) Maschinensteuerungsebene

Auf der Maschinenstufe werden Präferenzen benutzt, um auf Funktionsstörungen einzugehen: Betrieb im Service- Mode, Störungsdiagnose, Störungsbehebung.

Die Berichte dienen primär zur Störungsdiagnose und zur Unterstützung der Störungsbehebung.

(D) Peripherie/Bedienungsroboterebene Lokale Regler

Auf der untersten Stufe sind die Präferenzen im allge­ meinen fest eingestellte Reglerparameter, welche im normalen Betrieb nicht verändert werden.

Die Berichte sind lokale Anzeigen, welche zur Diagnose von Störungen herbeigezogen werden.

Die Istwerte der untersten Stufe stellen Rohdaten dar. Sie sind nicht direkt beeinflußbar.

Für alle Rechnerstufen sind die Istwerte momentan gül­ tige Randbedingungen.

Weitere Randbedingungen werden auf allen Stufen aus dem dauernd gültigen physikalischen Systemeigenschaften hergeleitet.

Da eine Optimierung immer nur numerisch vorgenommen werden kann, müssen nichtnumerische Entscheidungsfaktoren numeri­ sche umgestaltet werden. Es werden besondere Methoden der Optimierung angewandt, beispielsweise mit dem achsparallelen Suchverfahren oder mit Hilfe der linearen Programmierung, wobei die Programme, die für den Ablauf dieser Verfahren dienen, allgemeine Gültigkeit haben und somit von allen Rechnern angewandt werden, d. h. bei allen Rechnern einprogrammiert oder abrufbar, beispielsweise aus der Zentraldatenbank 50, sein können.

Aufgrund dieser Gemeinsamkeiten in der Grundarchitektur und Auslegung der Rechner spricht man von einer fraktalen Rechnerstruktur, die in der Fig. 3 für mehrere der einzelnen Rechner der einzelnen Betriebsebenen schematisch dargestellt ist.

Die Grundarchitektur der einzelnen Rechner ist in Fig. 4 für eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt. Dabei ist der Rechner, hier allgemein mit dem Bezugszeichen 100 darge­ stellt, softwaremäßig in zwei Hauptteile 102 und 104 unterteilt, nämlich in einen Optimierungs/Simulation(Hoch­ rechnungs)teil und einem Zustandsüberwachungs/Regelungs/Steuer­ ungsteil 104. Das obere Optimierungs/Hochrechnungsteil stellt typischerweise eine Off-line-Funktion dar, d. h. die hier durchgeführten Berechnungen laufen unabhängig vom eigentlichen Produktionsablauf. Das Zustandsüberwachungs/Re­ gelungs/Steuerungsteil 104 ist dagegen ein On-line-Teil, so daß die Ausgangs- und Eingangssignale zu diesem Teil wohl direkt mit dem Verfahrensablauf auf der jeweiligen Ebene verknüpft sind.

Man sieht, durch das Kästchen 106 dargestellt, daß beide Teile 102, 104 über eine geeignete Benutzersicht 106 Zugang zu der Datenbank haben, welches den Zugang auf diejenigen Daten begrenzt, die für die einzelnen Teile erforderlich sind. Solche Fenster oder Benutzersichten sind für sich bekannt und stellen eine nützliche Möglichkeit dar, den Datenaustausch zu begrenzen, um hiermit die Berechnungszeit zu verkürzen und unerlaubte Zugriffe zu verhindern.

Wie ursprünglich erläutert, werden von oben Ziele und Bedingungen 60 _Ein, 62 _Ein in den Rechner eingegeben, und es werden Resultate und Zustände 66 _AUS nach oben gemeldet. Zwecks der vorliegenden Beschreibung bzw. Erfindung werden Zustände so definiert, daß sie das System beschreiben, in Bezug auf den aktuellen Zeitpunkt bzw. in Bezug auf einen gewählten Zeitabschnitt. Sie werden üblicherweise gemessen, d. h. stellen das Ergebnis einer Messung der Resultate dar, sind dagegen das Ergebnis einer Untersuchung und haben keinen direkten Bezug auf die aktuelle Zeit; sie stellen üblicherweise das Ergebnis einer Berechnung dar. Da Resultate und Zustände Ergebnisse darstellen, sind sie mit dem gleichen Bezugszeichen 66 gekennzeichnet.

Nach der Durchführung des jeweiligen Optimierungs/Hoch­ rechnungsverfahrens wird die sogenannte Zielfunktion, den Sollwertverlauf, verschiedene Parameter und evtl. Struktureigenschaften vom oberen Optimierungs/Hochrech­ nungsteil 102 in das untere Zustandsüberwachungs/Rege­ lungs/Steuerungsteil 104 eingegeben, wie durch die Pfeile 108, 110, 112 bzw. 114 gekennzeichnet, und werden nach entsprechender Aufbereitung in diesem Teil 104 in Form von Zielen 60 _AUS und Randbedingungen 62 _AUS darstellende Leitsignale abgegeben. Diese bilden, wie bereits mehrfach erläutert, die Eingaben zu dem hierarchisch darunterliegen­ den Rechner und stellen selbst Ziele und Bedingungen dar, weshalb sie ebenfalls mit den Bezugszeichen 60 und 62 gekennzeichnet sind. Dieser hierarchisch tieferliegende Rechner erzeugt aber auch Resultate und vermittelt auch Zustandsinformationen, wobei diese nach oben gemeldet werden müssen, wie durch die Fig. 4 mit den jeweiligen Pfeilen dargestellt ist, auch hier sind die Resultate und Zustände konsequenterweise mit dem Bezugszeichen 66 _Ein versehen.

Weitere Eingaben zu dem jeweiligen Rechner umfassen auch Systemeigenschaften und systeminterne Bedingungen, die beispielsweise von der zentralen Datenbank bzw. der jeweiligen Betriebsperson entsprechend dem Pfeil 116 eingegeben werden können. Im Rahmen der Optimierung/Hoch­ rechnung werden in manchen Fällen Ausgangssignale bzw. Berichte für die zuständige Betriebsperson erzeugt und entsprechend dem Pfeil 68 ausgegeben, beispielsweise auf einem Bildschirm dargestellt und/oder ausgedruckt. Die zuständige Betriebsperson kann nach Überprüfung dieser Informationen sowie nach Überlegung, welche Optionen oder Entscheidungen getroffen werden sollen, seine Präferenzen und Entscheidungen in den Rechner eingeben, was durch die Pfeile 70 bzw. 118 dargestellt ist.

Auch kann die Zustandsüberwachung Berichte für den Bediener erzeugen und seine Entscheidungen beeinflussen, somit die Zustandsüberwachung (z. B. durch Setzen der zulässigen Grenzwerte bzw. eine Aufforderung zur Weitermeldung der Störung) und die Steuerung/Regelung (z. B. durch Stop einer Maschine oder Wahl eines Ausnahmeverfahrens). Damit kann eine schnelle Systemreaktion auf Ausnahmesituationen sichergestellt werden.

Bisher haben wir lediglich die allgemeine Architektur der verwendeten Rechnersysteme erläutert.

Vor der Beschreibung eines konkreten Beispiels ist es angebracht einige allgemeine Hinweise zu Optimierungs/Simu­ lations(Hochrechnungs)verfahren zu geben, so wie sie hier angewandt werden.

Das Konzept von solchen Optimierungs/Hochrechnungsverfahren ist allgemein bekannt.

Der Zustand jedes Systems hängt von einzelnen Parametern und Eingangsgrößen ab, die sich gewöhnlicherweise als Funktion der Zeit verändern. Ausgehend von diesem Konzept kann man jedes System, sei es ein Produktionsplan oder sei es der konkrete Verfahrensablauf an einer Ringspinnmaschine oder in der Putzerei, mit einem sogenannten Zustandsvektor beschreiben.

Der Zustand eines Systems zu einem Zeitpunkt t₀ wird durch den entsprechenden Zustandsvektor X(t₀) vollständig beschrieben. Das Verhalten des Systems ist von der Anfangsbedingung X(t₀)=X₀ und dem Eingangsvektor U(t), tε[t₀, t₁], der sich aus Steuer- und Störungsanteilen zusammensetzt, abhängig.

Der Sollverlauf des Zustandsvektors, welcher mit X _s(t), tε[t₀, t₁] beschreibt den gewünschten Verlauf des Zustandsvektors X(t) im Zeitintervall [t₀, t₁]. Diese Vektorfunktion kann entweder fest vorgegeben sein und man spricht dann von einer Regelung bzw. Steuerung, oder sie kann das Resultat einer Berechnung sein und man spricht dann von einer Optimierung, wenn diese Berechnung das Erreichen eines Maximums bezüglich einer bestimmten Zielgröße bezweckt.

Die Zielfunktion Z(X, X _s, U, t) bewertet die Abweichung des Zustandsvektors X(t) vom Sollzustandsvektor X _s(t) und den mit der Bereitstellung von U(t) verbundenen Aufwand.

Die Steuerung ist eine Sonderform der Regelung, da der Steuervektor U(t), tε, [t₀, t₁] berechnet, abgespeichert und zur Zeit t U(t) verwendet wird. Eine Überlagerung von einem abgespeicherten und einem aus dem Systemzustand X(t) und der Zeit t berechneten Steuervektor ist ebenfalls sehr sinnvoll. Es gibt auch eine Unterteilung der Regelung; bei einer Folgeregelung ist X _s(t) Intervall [t₀, t₁] veränderlich, bei einer Punktregelung X _s(t)=X_soll im Intervall [t₀, t₁] konstant.

Bei einem Optimierungsverfahren muß ein Optimierungsziel gesetzt werden. Der Optimierungsvorgang stellt sich immer als Wahl des Sollwertverlaufes des optimalen Steuervektors U _*(t) und evtl. auch der Systemstruktur dar, so daß das optimierte System unter Anwendung des optimierten Steuervektors U _*(t) die Zielfunktion minimiert (beispielsweise maximiert), wobei gegebene Bedingungen eingehalten werden müssen.

Detaillierte Erläuterung zu Optimierungs-, Regelungs- und Steuerungsverfahren sind dem Literaturverzeichnis der Fig. 5 zu entnehmen.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung sind die betreffenden Definitionen, die für die Auslegung des Systems eine bedeutende Rolle spielen. Folgende Definitionen sind besonders wichtig:

Ziele

Ein Ziel wird als das zu erreichende Verhalten eines Systems oder Teilsystems definiert. Beispielsweise Ausführung eines gegebenen Produktionsplanes mit dem gegebenen Maschinenpark unter Berücksichtigung des Anfangszustandes und des verfüg­ baren Personals mit minimalen Kosten. Dieses Ziel wäre eine typische Vorgabe an einen Betriebsleiter, der einen Produk­ tionsplan zu erfüllen hat. Die Optimierung auf minimale Kosten ist für ihn de facto gleichwertig mit maximalem Gewinn.

Die Zielformulierung umfaßt z. B. folgende Punkte:

• a) Welches System/Teilsystem wird betrachtet?
  Dies führt zu einer Abgrenzung des Systems. Noch konkreter ausgedrückt, umfaßt beispielsweise die Produktion von zwei verschiedenen Ringspinngarnen die Benutzung von Flyer, Ringspinnmaschinen und Spuler, nicht jedoch von Offenendspinnmaschinen (sofern sie in der Gesamtanlage vorhanden sind).
• b) Was soll erreicht werden?
  Bei unserem Beispiel könnte es sich beispielsweise um die Produktion von jeweils 1000 kg von zwei verschiedenen Ringspinngarnen handeln.
• c) Wie soll es erreicht werden?
  Die bei der Produktion entstehenden Kosten sollen minimiert werden, wobei jedoch die geforderte Qualität einzuhalten ist.
• d) Welche Änderungen dürfen in Erwägung gezogen werden?
  Hier werden die Freiheitsgrade der Optimierung bestimmt, beispielsweise aus welchen Faserprovinienzen und Fasereigenschaften die Ringspinngarne überhaupt erzeugt werden dürfen oder ob z. B. die Personalzuteilung zu den Produktionsbereichen geändert werden darf.
• e) Bis wann soll was erreicht werden?
  Hier müssen die Liefertermine angegeben werden, d. h. die Termine, zu denen die Garne resp. die Zwischenprodukte fertig werden müssen. Diese Zielformulierung führt zu der Vorgabe von Zielfunktionen, einzuhaltenden Bedingungen und für Regler auch für Sollwertverläufe und Parameter.

Bedingungen hängen vom betrachteten System ab und sie beschränken den Zustandsraum, in dem die möglichen Lösungen liegen dürfen bzw. die erlaubten Zustandsübergänge.

Welche Lösungen sind nicht erlaubt oder unbrauchbar? Diese Frage beschreibt eine Bedingung.

Es handelt sich hier um Einschränkungen, beispielsweise, daß man bestimmte Vorgarnprovinienzen, die für einen anderen Auftrag reserviert sind, nicht benutzen darf oder bestimmte Farbwerte nicht überschreiten darf.

Präferenzen beschreiben das vom Bediener der entsprechenden Hierarchiestufe gewünschte Verhalten. Dabei können Konflikte mit den Bedingungen der höheren hierarchischen Ebene, bspw. mit den Resultaten der Optimierung der betrachteten Ebene auftreten, die speziell abgearbeitet werden, wie später ausgeführt wird.

Präferenzen

• - Definieren/beschreiben Entscheidungen im Falle von Zustandsgrößen, die keinen Einfluß auf die Zielfunktion haben,
  oder
• - stellen eine Detailaufschlüsselung bei nicht spezifischen Auswirkungen auf die Zielfunktion dar,
  oder
• - erlauben die Eingabe von Störungen, die vom System mangels Sensoren nicht erkannt werden konnten,
  oder
• - beschreiben das vom Bediener der aktuellen Hierarchiestufe gewünschte Systemverhalten, resp. das gewünschte Resultat der Optimierungsrechnung in dieser Stufe und erlauben somit einen Vergleich und damit eine Reaktion auf unerwünschte bzw. ungünstige Resultate.

Damit kann der Erfahrung der Bediener zur Verbesserung der Resultate bzw. zur Bewertung der mit ihnen verbundenen Risiken genügt werden.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in den einzelnen Ebenen wird nunmehr anhand der Zeichnungen der Fig. 6 bis 8 näher erläutert, angefangen mit den Fig. 6A und 6B, welche die Überlegungen für die Betriebsleitebene erläutern.

Wichtig zunächst ist, die Ziele für die Betriebsleiterebene festzulegen, wobei diese Ziele üblicherweise vom Vorstand, d. h. vom Verwaltungsrat vorgegeben und vom Betriebsleiter unter Zuhilfenahme des Rechnersystems zu realisieren sind. An dieser Stelle soll betont werden, daß es beispielsweise Firmen gibt, bei denen dem Betriebsleiter sehr viele Kompe­ tenzen übertragen werden. Vielleicht verkörpert er sogar Firmeninhaber, Vorstand und Betriebsleiter. Obwohl solche Umstände auf den ersten Blick mit dem dieser Erfindung zugrundeliegenden Konzept der Hierarchie innerhalb der Firma nicht vereinbar erscheinen mögen, liegt in der Tat kein Widerspruch vor, man muß lediglich vor Augen behalten, daß die Personen, die den verschiedenen hier beschriebenen hierarchischen Ebenen zugeordnet sind, nicht notwendiger­ weise der Verwaltungsrat, der Betriebsleiter, der Meister oder Betreuer der einzelnen Maschinen sind, sondern ledig­ lich die diesen Ebenen zugeordneten Funktionen ausüben. Somit würde beispielsweise in einem Fall, wo der Betriebs­ leiter zugleich den Vorstand darstellt, die zugeordnete Person sowohl die Funktion des Vorstandes als auch die Funktion des Betriebsleiters ausüben.

Überraschenderweise stellt sich heraus, daß es in der Betriebsleiterebene eigentlich nur drei sinnvolle unterschiedliche Ziele geben kann. Zwar kann man die Ziele, die ausgesteckt werden in Worten anders ausdrücken, bei einer mathematischen Analyse, welche erforderlich ist, um eine Zielfunktion präzise vorzugeben, zeigt sich aber, daß für einen wirtschaftlich orientierten Betrieb nur die drei in der Tabelle der in Fig. 6A angegebenen Grundziele zur Debatte stehen können. Insofern ist die Wahl des zu verfolgenden Zieles durch den Vorstand bzw. den Verwaltungs­ rat, d. h. im allgemeinen durch die strategische Ebene, wesentlich erleichtert.

Bei diesen drei Zielen handelt es sich um folgende Möglichkeiten:

• a) Produktion der bestellten bzw. prognostizierten Mengen (üblicherweise Mengen von fertigem Garn) mit minimalen Produktionskosten, oder
• b) Produktion der bestellten bzw. prognostizierten Mengen mit maximalem Deckungsbeitrag, oder
• c) Produktion der bestellten bzw. prognostizierten Mengen mit maximalem Gewinn.

Alle drei Ziele sind an und für sich nahe verwandt. Die Durchführung einer Optimierung mit dem Ziel den maximalen Gewinn zu erzielen, setzt voraus, daß ein bekannter Verkaufspreis für das produzierte Produkt existiert. Sollte der vermarktbare Preis des hergestellten Produktes nicht bekannt sein, beispielsweise weil das Produkt noch nicht verkauft ist bzw. im Betrieb weiterverarbeitet wird, so wird üblicherweise die Optimierung durchgeführt mit dem Ziel, den optimalen Deckungsbeitrag zu erzielen. Gemeint ist hier eine Produktion, bei der die variablen und Fixkosten des Betriebes bestmöglich abgedeckt sind. Um auch hier die Optimierung tatsächlich durchführen zu können, muß man aber schon einen Mindestverkaufspreis für die produzierten Mengen annehmen und in dem Rechner festlegen. Insofern ist sofort klar, daß die Berechnung mit dem Ziel b) der Berechnung mit dem Ziel c) sehr ähnlich ist. Im Falle des Ziels c) hat man als weiteres Ergebnis der Berechnung eine sehr genaue Vorstellung, wie groß der Gewinn tatsächlich sein wird. Im anderen Fall, d. h. im Falle des Ziels b) weiß man, daß bei dem Verkauf zu dem angenommenen Preis immer noch ein bestimmter Gewinn zu erwarten ist, oder anders gesagt, daß die für den Betrieb geltenden variablen und Fixkosten bestmöglich abgedeckt sind. Unter variablen Kosten versteht man hier, wie üblich, die direkten Herstellungskosten, während unter Fixkosten die indirekten Kosten einschließlich der allgemeinen Overhead gemeint sind.

Das Ziel a), d. h. Produktion mit minimalen Produktionskosten betrachtet entweder lediglich das Bestreben, die tatsächlichen Kosten der Herstellung selbst, d. h. die verbrauchten Mengen an Energie, Arbeitsaufwand und ggf. Klimakosten bzw. Kapitalkosten für Ware in Arbeit, Rohmaterial, ggf. auch unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Preise für unterschiedliche Rohmaterialien zu minimieren.

Um die Zielfunktion eindeutig definieren zu können, muß schon von der Unternehmensführung eine grundsätzliche Entscheidung über die Art der anzuwendenden Kostenrechnung getroffen werden. (Beispielsweise, ob die Abschreibungen von Maschinen als ein Teil der Fixkostenrechnung oder nutzungsabhängig erfolgen soll). Erläuterungen zu den Möglichkeiten sowie Hinweise auf die Kostenartenrechnung können der Lehrschrift "Grundlagen der betriebswirtschaft­ lichen Rechnungsführung" der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich LS 910.162.2 as us mg rb ki 330 C 85 von Prof. Dr. Armin Seiler, insbesondere dem Kapitel 7 und vor allem dem Kapitel 7.7. entnommen werden.

Um die erforderliche Zielfunktion ausrechnen zu können, müssen eine ganze Reihe von Bedingungen in den Computer eingegeben werden. Das Rechnersystem bzw. der Betriebsleit­ rechner ist vorzugsweise so ausgelegt, daß es bzw. er die notwendigen Angaben in Form von Menues anfordert.

Die Tabelle der Fig. 6B ist in Blöcke unterteilt, wobei diese Blöcke auch beispielsweise die einzelnen Menues darstellen könnten, die als Unterstützung für den Benutzer bei der Eingabe der Bedingungen 62 _Ein dienen können. Diese Zuordnung ist aber keineswegs fest vorgegeben und kann nach Belieben gewählt werden.

Als erstes Menue 150 nach der Tabelle der Fig. 6B ist das Produktprogramm vorgegeben. Hier wird von der strategischen Ebene die Spezifikation der zu produzierenden Artikel vorgegeben, wobei diese Spezifikation zunächst

• a) die Marktnische bzw. das Marktsegment der jeweiligen Spinnerei im gesamten Textilmarkt berücksichtigt.

Es ist nämlich unüblich, daß eine Spinnerei in mehreren verschiedenen Bereichen des gesamten Textilmarkts tätig ist, geschweige denn in allen Bereichen dieses Markts. Es wird zunächst nach dem Menue der Fig. 6B eine Angabe zu dem Feinheitsbereich a) verlangt, da man beispielsweise üblicherweise zwischen Fein-, Mittel- und Grobspinne unterscheidet.

Als nächstes können

• b) Angaben zu den Mischungen und Rohstoffen, die zu verarbeiten sind, gemacht werden,

beispielsweise weil Maschineneinstellungen, die auch abgespeichert werden, davon abhängen, ob man Baumwolle, Baumwollmischungen oder synthetisches Material bearbeiten möchte.

Es soll auch

• c) die Verwendung des produzierten Garnes angegeben werden, da es bei bestimmten Eigenschaften des Garnes entschei­ dend darauf ankommt, ob diese in Webereien weiterverar­ beitet werden sollen und dort als Kettengarne oder Schußgarne zur Anwendung kommen, oder ob sie beispiels­ weise für die Herstellung von Maschen- oder Coulierwaren oder für bestimmte Stoffe, beispielsweise Trikot-Stoffe verwendet werden sollen.

Auch kann es wichtig sein, zu wissen,

• d) zu welchem Qualitätsstandard die Spinnerei normalerweise arbeitet,

da dies auch eine entscheidende Wirkung auf die zu wählenden Einstellungen der einzelnen Maschinen und damit auf die Produktion hat.

Auch gehören zu dem Produktprogrammenue

• e) Angaben zu der Soll-Produktion, d. h. zu den Mindestmen­ gen, die mit der Anlage produziert werden sollen und
• f) Angaben, die sich mit der Bevorzugung von Kunden oder von bestimmten Aufträgen befassen.

Es leuchtet ein, daß manche Spinnereien bevorzugte Hauptkunden haben und daß das Bestreben vorliegt, gerade solche Abnehmer bevorzugt zufriedenzustellen. Auch kann es immer wieder vorkommen, daß die Spinnerei bestimmte Aufträge bekommt, die bevorzugt durchgeführt werden müssen, beispiels­ weise weil kritische Termine einzuhalten sind oder deshalb, weil Vertragsstrafen für die Nichteinhaltung von Terminen oder Qualitätsbedingungen vereinbart wurden.

Auch kann die Spinnereileitung das Ziel, mittelfristig in neuen Marktsegmenten anzubieten, über eine bewußte Auswahl der Kunden verfolgen.

Als nächstes Menue 152 müssen Angaben zu den Kapazitäten der Spinnerei in den Rechner eingegeben werden. Diese Angaben umfassen

• a) Angaben zum Maschinenpark.

Dieser ist normalerweise langfristig vorgegeben, der Rechner muß aber dennoch wissen, welche Maschinen zur Verfügung stehen. Es kann auch sein, daß bestimmte Maschinen zu bestimmten Zeiten nicht verfügbar sind, beispielsweise weil eine Generalüberholung durchgeführt werden muß, und auch solche Daten, d. h. Sperrzeiten, in denen Maschinen nicht benutzt werden können, müssen hier eingegeben werden.

Da ein optimales Verfahren nicht nur die Maschinenkapa­ zitäten sondern auch die Verfügbarkeit der einzelnen Mitarbeiter, die naturgemäß unterschiedliche Fähigkeiten aufweisen und für verschiedene Aufgaben geschult sind, berücksichtigt müssen auch

• b) Angaben zu dem verfügbaren Personal in den Rechner eingegeben werden. Auch müssen
• c) Angaben zu den Rohstoffkapazitäten, darunter die Lagerbe­ stände der Rohstoffe und die Lieferungstermine für neu bestelltes Material bekannt sein.
• d) Angaben zu den Kapazitäten für die Lagerung von Zwischenprodukten und fertigem Garn.

Im gleichen Sinne ist eine bestimmte Anlage nur imstande bestimmte Mengen an fertigem Garn sowie an Vorprodukten zu lagern und auch diese Kapazität muß spezifiziert werden, wie bei d) angegeben. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn die Spinnerei zunächst auf Lage produzieren soll oder eine Politik hat, bestimmte Bestellungen durch Lagervorräte zu befriedigen.

Verbunden mit den Kapazitäten sind auch Angaben zu den Kostensätzen, die im Menue 154 in der Tabelle der Fig. 6B angegeben sind. Die Kosten, die üblicherweise bekannt sein müssen, um eine Optimierung durchzuführen, sind nach dem dargestellten Menue folgende:

• a) die Personalkosten - spezifiziert je nach Bildungsgrad/Auf­ gabenbereich,
• b) Rohstoffkosten - welche üblicherweise von den bestellten Mengen und Qualitäten abhängen,
• c) Kapitalkosten für Gebäude, Maschinen und Material - wobei dieser Posten auch Darlehenskosten, Hypotheken u. dgl. beinhalten kann,
• d) Energiekosten - ggf. spezifiziert nach den verwendeten Energiearten,
• e) Vertriebskosten - die nur dann getrennt aufgeführt werden sollen, wenn der Vertrieb durch externe Vertreter erfolgt, d. h. wenn sie nicht zum allgemeinen Overhead gehören,
• f) Entsorgungskosten - vorwiegend für den Abgang,
• g) Verkaufserlös - dann wesentlich, zumindest als Schätzung, wenn Ziel c) verfolgt werden soll,
• h) Kosten, die durch Nichteinhaltung von Terminen möglicherweise entstehen - es handelt sich hier beispielsweise um Verspätungskosten, Verkäufe, die storniert werden (lost sales) und ggf. auch Verlust an "Goodwill" (in diesem Fall muß der Verlust beziffert werden). Es soll erläutert werden, daß eine Terminüberschreitung entweder unzulässig sein kann oder zu zusätzlichen Kosten, d. h. zu Verspätungskosten, zu verlorenen Verkäufen bzw. zu Goodwill-Verlusten führen kann.
• i) ggf. Angaben zu den allgemeinen fixen Betriebskosten (Overhead), welche sonst nicht erfaßt werden, aber für die Verfolgung eines der Ziele b) oder c) bekannt sein müssen.

Diese Kostensätze werden auch von der strategischen Ebene vorgegeben, sie sind aber auch teilweise vom Markt vorgegeben und können daher auch u. U. von anderen Quellen eingegeben werden, beispielsweise von der Verkaufsabteilung oder von der Materialeinkaufsabteilung. Auch können bspw. Angaben zum Personal von der Personalabteilung in die zentrale Datenbank eingegeben werden und stehen dann ebenfalls dem Betriebsleitrechner zur Verfügung. Dieses Verfahren, d. h. die Eingabe in die zentrale Datenbank oder in einen der vernetzten Rechner, kann auch für andere in der Tabelle der Fig. 6B dargestellten Angaben verwendet werden.

Ein weiteres Menue 156, das für diese Optimierung notwendig ist, betrifft den Bedarf an zu fertigenden Produkten.

Folgende Posten spielen hier eine Rolle:

• a) Bestellungen - d. h. feste Bestellungen, die bereits eingegangen sind, d. h. vom Markt kommen, wobei die Mengen und Artikel genauer spezifiziert werden müssen, auch Qualitätsparameter wie Feinheit, Drehung, Stapellänge usw. und ggf. auch der Verwendungszweck angegeben werden sollen. Zu den Bestellungen gehören auch Angaben zu den jeweiligen Kunden und zum erwünschten Fertigstellungs- oder Auslieferungstermin.

Zusätzlich zu den festen Bestellungen gibt es aber auch

• b) Prognosen, beispielsweise Schätzungen von der strategi­ schen Ebene über Bestellungen, die zu erwarten sind oder nach Meinung der zuständigen Personen kommen müssen.

Bei Spinnereien gibt es auch häufig die Praxis der sogenannten offenen Kontrakte. D.h. Kunden verpflichten sich bestimmte Mengen zu bestimmten Zeiten abzunehmen, aber die genaue Spezifizierung der Ware zunächst offen zu lassen, da dies beispielsweise von der herrschenden Mode abhängt. Es ist ersichtlich, daß Prognosen und offene Kontrakte zwar für die Optimierung berücksichtigt werden können, daß die Angaben zu Mengen, Artikel, Qualität, Termine usw. üblicherweise weniger fein aufgelöst sind.

Ein weiteres Menue, das für die Durchführung der Optimierung wichtig ist, ist in der Tabelle der Fig. 6b als "Kalender" aufgeführt.

Es handelt sich hier um Angaben der nachfolgenden Art:

• a) arbeitsfreie Tage,
• b) Betriebsferien,
• c) Schichten,
• d) Arbeitsstunden,
• e) Ausfall durch Krankheit, Militärdienst, Ferien usw.

Auch diese Angaben sind angebracht, damit der Betriebsleitrechner eine realistische Optimierung durchführen kann.

Die Tabelle der Fig. 6C listet einige Präferenzen auf, welche bei der Betriebsleitebene in den Rechner eingegeben werden können.

Diese Präferenzen widerspiegeln zum Teil Kompetenzen in der Betriebshierarchie, d. h. wer was entscheiden darf.

Die erste Kategorie von Präferenzen betrifft:

a) Beschreibung des erwünschten Systemverhaltens, d. h. berücksichtigt die sogenannten Erfahrungsdaten.

Beispielsweise könnte es sich hier um eine Bewertung von Artikelwechsel handeln. D.h. ein Wechsel von einem Artikel zu einem weiteren. Es gibt sicherlich bestimmte Wechsel, die technologisch günstig sind, andere aber, die mit erheblichem Reinigungs- und Umstellaufwand verbunden sind. Auch wenn sich solche Umstellungen nicht vermeiden lassen - aufgrund der vertraglich festgelegten Bestellungen - sollte die Häufigkeit solcher Umstellungen minimiert werden, was durch die Optimierung berücksichtig werden soll. Mit anderen Worten beeinflußt die Bewertung von Artikelwechsel die Produktionsreihenfolge. Am Anfang des Betriebs der Anlage oder des nachträglich eingebauten Rechnersystems oder bei der Herstellung von bisher nicht hergestellten Garnarten, kann es beispielsweise vorkommen, daß das Rechnersystem noch keine Bewertungsdaten für Artikelwechsel enthält. Durch die Eingabe der Bewertungsdaten, bspw. durch den Betriebsleiter oder den Prozeßleiter kann seine Erfahrung in das Rechnersystem eingegeben werden und steht dann zukünftig nicht nur dem Rechnersystem, sondern auch anderen Mitarbei­ tern der Spinnerei zur Verfügung, wie später noch klarer wird.

Als weitere Erfahrungseingabe kann der Betriebsleiter beispielsweise ein Verbot oder eine Bestrafung (über eine Kosteneingabe) von bestimmten Abarbeitungsreihenfolgen oder Einstellungen, mit denen z. B. die Qualität nicht erreicht werden kann oder gefährdet ist. Eine solche Eingabe ist nur dann sinnvoll, wenn die Qualitätsbeeinflussung nicht im System nachgebildet ist, d. h. in der Zielfunktion oder den Bedingungen nicht berücksichtigt wird. Diese Präferenz stellt eine sogenannte kritische Präferenz auf der Betriebsleiterebene dar, wie in Kürze nachfolgend näher erläutert wird.

Weitere Erfahrungsdaten betreffen beispielweise auch die Festlegung von Reinigungsintervallen, Tagen, an denen eine Reinigung stattfinden, oder nicht stattfinden soll (beispielsweise pro Produktionsbereich), wobei der Personalaufwand hoch sein kann bzw. näher spezifiziert werden soll.

Auch kann durch den Ablauf der Optimierung der Zustand auftreten, wo der Betriebsleiter seine Präferenz ausüben kann. Als Beispiel könnte die Optimierung feststellen, daß am Montag, den 5. September 91 zwei Vorwerksarbeiter benötigt werden, wobei der Betrieb über drei mögliche Vorwerksarbeiter verfügt und der Betriebsleiter kann dann durch seine Präferenz bestimmen, wer von den drei frei hat.

Auch im Rahmen einer Präferenzeingabe kann der Betriebs­ leiter bestimmten Mitarbeitern bestimmte Produktionsbereiche zuteilen, gemäß ihrer jeweiligen Ausbildungen, oder beispielsweise nach seinem Wunsch, bestimmte Arbeiter auf bestimmten Maschinen weitere Arbeitserfahrungen gewinnen zu lassen.

b) Die sogenannte Detailaufschlüsselung.

Es handelt sich hier in erster Linie um Einzelheiten des Betriebs, die zwar spezifiziert werden müssen, die aber im allgemeinen keine kritische Auswirkung auf die Zielfunktion haben. Es kann sich hier beispielsweise um Einsatzzeiten und Abwesenheiten von einzelnen Mitarbeitern handeln (sofern diese nicht fest vorgegeben sind). Bei den Abwesenheiten kann es sich um eine tägliche Eingabe, welche die täglichen Umstände berücksichtigt, handeln.

Eine weitere Kategorie von Präferenzen umfaßt:

c) Solche Präferenzen, die keine Auswirkung auf die Zielfunktion haben

Es handelt sich hier beispielsweise um die Festlegung der Qualitätskontrolle, d. h. des Kontrollplanes - was wann wie geprüft wird. Da der Labormitarbeiter in jedem Fall arbeitet, hat dies keine Auswirkung auf die Kosten, d. h. auch keine Auswirkung auf die Zielfunktion. Die Kosten für die Beschäftigung des Labormitarbeiters gehören jedoch zu den Fixkosten des Betriebs.

Eine weitere Präferenz betrifft:

d) Die Eingabe von Störungen

Hierdurch können menschliche Beobachtungen dem System zugänglich gemacht werden.

Es soll betont werden, daß ein Teil der Aufgaben im Zusammenhang mit der Eingabe von Präferenzen vom System übernommen oder dem Bediener als Vorschlag präsentiert werden kann.

Unter Berücksichtigung dieser Eingaben nach den Tabellen der Fig. 6A, 6B und 6C sowie unter Berücksichtigung der Ziel­ funktion, welche diesen Angaben mathematisch entsprechend des jeweils gewählten Ziels verknüpft, wird vom Rechner vorgegeben, welcher Artikel (Sortiment, Auftrag) in welcher Menge, wann und auf welcher Stufe produziert wird.

Mit anderen Worten wird das Produktionsprogramm in diesem Beispiel vom Betriebsleitrechner errechnet.

In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Idee für ein rationelles Vorgehen bei der Ermittlung des Produktionspro­ grammes näher erläutert. Das Vorgehen umfaßt:

• 1. Bestimmen der Engpaßstufe, welche meist im Endspinnver­ fahren zu finden ist.
• 2. Erstellen des Produktionsplanes der gewählten Engpaß­ stufe, wobei der Betriebsleitrechner die Optimierung der Prozeßleitstufe und ggf. der Maschinenstufe benutzt.

Dies ermöglicht eine sehr genaue Einplanung der Engpaß­ maschinen.

Als Beispiel nehmen wir an, daß der Betriebsleitrechner die Artikelwechselkosten vom bereits eingeplanten, auslaufenden Artikel A zu verschiedenen möglichen folgenden Artikeln B₁... B_n berechnen wird. Dazu ruft er den Optimierungsalgorithmus der Ringspinnerei auf, wobei als Ziel "minimale Produktionskosten" und die Bedingungen "Artikel A soll m_A kg abliefern, dann Wechsel auf Artikel B_i, die Anfangsbedingungen aller RSM sind gegeben" vorgegeben werden. Der Prozeßleitrechner berechnet nur die optimalen Kosten für einen Artikelwechsel von A auf B_i, wobei die Anfangsbedingungen gegeben sind. Dieser Vorgang wird für i=1 bis n wiederholt. Mit diesen optimalen, durch Optimierung und Simulation berechneten Artikelwechselkosten kann der Betriebsleitrechner nun das Nachfolgesortiment B_j bestimmen.

• 3. Aus dem Produktionsplan der Engpaßstufe wird der Materialbedarf und damit die Produktionsprogramme der vorgeschalteten Stufen sowie die Belastung der nachgeschalteten Stufen berechnet.
• 4. Sind keine neuen Engpässe aufgetreten, dann kann die Einplanung verwendet werden. Sollte doch eine neue Engpaßstufe festgestellt werden, so wird die neue Engpaßstufe näher untersucht und falls der Engpaß durch zulässiges Verschieben nicht beseitigt werden kann, als neue Engpaßstufe betrachtet und die Berechnungen wiederholt.

Aus dem Produktionsprogramm ergeben sich aber auch die Lagermengen, die in den einzelnen Lagern zu bestimmten Zeiten erforderlich bzw. zu erwarten sind und Angaben zu den mittelfristig verfügbaren Kapazitäten im Sinne der Ausnut­ zung von Personal und Maschinen in den einzelnen Bereichen.

Das Produktionsprogramm zusammen mit den hierzu gehörigen Lagermengen und den mittelfristig verfügbaren Kapazitäten an Personal und Maschinen bilden dann die Bedingungen für die Prozeß- oder Bereichsleiterebene. Die Bereichsleiter- oder Prozeßleiterfunktion für jeden Bereich wird hier üblicher­ weise durch einen Meister ausgeübt.

Die Bedingungen, die für einen einzelnen Bereich gelten, d. h. für den Rechner und den dem Bereich zugeordneten Meister sind in Form der Tabelle nach Fig. 7A zusammen­ gestellt.

Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, gelten als Bedingungen für den Prozeß-Bereichsleitrechner eines jeden Bereiches, zunächst

• a) ein Ausschnitt 160 aus dem Produktionsprogramm für den zugeordneten Bereich (Prozeßstufe),

wobei dieser Ausschnitt umfaßt: die Reihenfolge und Mengen der zu produzierenden Artikel (Sortimente, Aufträge) zusam­ men mit Angaben zu den Terminen und die Qualitätsanforderun­ gen sowie die Lagermengen, welche konsumiert werden können, oder zu produzieren sind.

Weitere Bedingungen sind, wie im Block 162 angegeben,

• b) die verfügbaren Kapazitäten in Form von den diesem Bereich zugeteilten Mitarbeitern, inklusiv die geplante Verfügbarkeit (Angaben zu vorgesehenen Schichten, Urlauben, Feiertagen usw.) Die Auflistung der Kapazität umfaßt auch die Maschinenverfügbarkeit, wobei für die notwendige Reinigung und Wartung die Stillegung des ganzen Bereiches oder nur von einzelnen Maschinen eingeplant sind bzw. eingeplant sein können.

Für die Durchführung der Optimierung in dem jeweiligen Bereich müssen, wie im Block 164 angedeutet auch

• c) die diesem Bereich zugeordneten Kostensätze bekannt sein,

wobei diese Kostensätze üblicherweise von der Betriebsleit­ ebene übernommen werden, ggf. nach Speicherung in der zentralen Datenbank, obwohl es auch denkbar wäre, sie als weitere Bedingungen direkt in den Bereichsleitrechner einzugeben. Diese Kostensätze können, falls erwüscht, auch Angaben zu Fixkosten, beispielsweise für Verwaltung und Versand enthalten, wobei dies aber nicht unbedingt erforder­ lich ist. Die Wahl der Zielfunktion in der Betriebsleitebene bestimmt die Art der Kostenrechnung durch die Prozeßleit­ rechner und bestimmt auch die konkreten Kostensätze, die bekanntgegeben werden müssen.

Interessant ist, daß bei der Prozeßleitebene für jeden Bereich nur ein Ziel (Block 166) gilt, nämlich die Produk­ tion des gegebenen Produktionsprogrammes (einschl. Lagerauf­ träge) mit den gegebenen Kapazitäten mit minimalen Produk­ tionskosten. Ein Deckungsbeitrag oder eine Gewinnmaximierung ist auf dieser Stufe nicht benützbar, da zu produzierende Mengen vorgegeben sind und die Zwischenprodukte üblicherwei­ se nicht verkauft werden.

Es ist auch interessant festzustellen, daß der erste Block der Tabelle 7A, d. h. der Block 160 den Einfluß von Präferen­ zen des Betriebsleiters zeigt, bei der Bewertung von Artikel­ wechsel, bei der Durchführung von Reinigungs- und Wartungs­ arbeit und hinsichtlich gesperrter Abarbeitungsfolgen und Einstellungen.

Bei dem zweiten Block 162 kommt ebenfalls der Einfluß der Präferenzen des Betriebsleiters zum Vorschein. Die Angaben im Block 162 "Kapazitäten" sind durch folgende Betriebslei­ terpräferenzen beeinflußt:

• - Abwesenheit von Mitarbeitern,
• - Zuweisung von Mitarbeitern,
• - Durchführung von Reinigungs- und Wartungsarbeit.

Es soll nunmehr auf die Art der Präferenzen hingewiesen werden, die von den einzelnen Prozeßleitern, d. h. Bereichs­ leitern, ausgeübt werden können.

Die erste Kategorie von Präferenzen sind

• a) Angaben, welche die Erfahrung der einzelnen Bereichslei­ ter widerspiegeln. Es kann sich hier beispielsweise um die Zuteilung von Personal zu einzelnen Maschinen oder Bediener­ gruppen handeln. Eine weitere Möglichkeit ist die Zuteilung von Personal zu Schichten, d. h. die Erstellung des Schicht­ planes. Eine weitere Möglichkeit für den Bereichsleiter eine Präferenz auszuüben, liegt in der Festlegung von Reinigungs- und Kontrollintervallen, was einen Einfluß auf die Optimie­ rung haben kann. Diese Präferenz ist somit eine kritische Präferenz auf der Prozeßleitebene, auf der sie die Zielfunktion beeinflussen kann.

Weiter kann der Betriebsbereichsleiter ungünstige Abarbeitungsreihenfolgen und Einstellungen eingeben, mit denen erfahrungsgemäß z. B. die Qualität nicht eingehalten werden kann. Verletzt das Resultat der Optimierung auf der Betriebsbereichsstufe diese Präferenzen, dann wird der Betriebsleiter darüber informiert und das in Fig. 8A, 8B beschriebene Verfahren kommt zur Anwendung.

Eine weitere Kategorie von Präferenzen liegt

• b) bei der sogenannten "Detaillierung". Beispielsweise kann es sich hier um die Maschinenzuteilung des zu produzierenden Artikels handeln. Wenn beispielsweise die Optimierung vor­ gibt, daß in einem bestimmten Zeitraum zwei Artikel, nämlich Artikel 2 und 4 zu produzieren sind, wobei Artikel 4 durch sechs Ringspinnmaschinen der Gruppe (des Typs) X gleichzei­ tig produziert werden sollen, während der andere Artikel 2 von vier Ringspinnmaschinen der Gruppe X gleichzeitig produziert werden soll, kann der Bediener, d. h. der Prozeß­ leiter hier bspw. wählen, daß er die Ringspinnmaschinen A, B, G, H, I und J für die Produktion von Artikel 4 und die Endspinnmaschinen C, D, E und F für die Produktion von Artikel 2 benützen wird. Es wird in diesem Beispiel davon ausgegangen, daß diese Detaillierung keine Auswirkung auf die Zielfunktion hat. D.h. die verwendete, einfache Optimierung berücksichtigt nur den Maschinentyp bzw. die Maschinengruppe auf der ein Artikel produziert werden kann und bestimmt somit die Maschinenbelegung nicht vollständig.

Können alle Artikel einer Spinnerei auf allen Maschinen produziert werden, dann bilden alle Maschinen eine Gruppe. Ein weiteres Beispiel liegt darin, daß die Optimierung für eine Mischung aus fünf Ballen des Typs R und drei Ballen des Typs S verlangt. Der Prozeßleiter trifft dann die Entscheidung bestimmte USA-Ballen vom mittleren Stapel für Typ R auszuwählen und ägyptische Langstapelballen für die Typ-S-Ballen anzuwenden.

Es soll an dieser Stelle auch gesagt werden, daß alle nicht automatisch gemessenen Zustände (insbesondere Störungen), die für die Optimierung bzw. Regelung/Steuerung wichtig sind, üblicherweise durch den Bediener eingegeben werden. Diese Eingabe findet typischerweise auf der Prozeßleitebene, d. h. bei den einzelnen Betriebsbereichen und bei der Maschinenstufe statt.

Solche Eingaben, beispielsweise Störungen im Bereich der Prozeßleitebene, werden dem Betriebsleitrechner gemeldet und können zu der Auslösung einer neuen Optimierung führen, wenn die Auswirkungen dieser Störung eine kritische Auswirkung auf die Zielfunktion haben. Ebenso kann eine Störung auf einer bestimmten Maschinenstufe zu einer Neuoptimierung für den jeweiligen Bereich führen, wobei diese Neuoptimierung auch Auswirkungen auf die anderen Bereiche haben kann.

Aus diesen Eingaben in den einzelnen Prozeßleitbereichen folgen:

• a) Der Ablauf der Operationen (Artikelwechsel, Produktion einfahren, Produzieren, Produktion abschließen, Wartung, Reinigung, Kontrolle usw.) auf jede einzelne Maschine und die Maschinenbelegung (Produktion, Artikel).
• b) Auch ermöglicht dieser Ablauf eine Planung der Transportvorgänge, wenn die Transportstrategie (einschl. Prioritäten) in dem jeweiligen Bereich kritisch ist.
• c) Als weitere Folge sind die Bedienereinsätze geplant (Schichteinteilung und Maschinenzuweisung). Bei speziel­ len Arbeiten (z. B. Artikelwechsel) werden Arbeitspläne, die die Reihenfolge der Operationen beschreiben erstellt.
• d) Auch folgen aus diesen Eingaben die Qualitätsvorgaben, die zu beachten sind.

Schließlich folgen aus den genannten Eingaben:

• e) Daten für die Lagerverwaltung (Sollwerte, Entnahme und Produktion auf Lager).

Das Resultat einer Optimierung wurde z. B. durch folgende Präferenzen des Betriebsbereichsleiters beeinflußt:

• - gewählte Maschinen- und 32204 00070 552 001000280000000200012000285913209300040 0002004127990 00004 32085 Schichtzuteilung der Bediener,
• - Auswahl des Materials,
• - Bezeichnung von ungünstigen Abarbeitungsreihenfolgen und Einstellungen,
• - Zuteilung der Artikel zu Maschinen.

Wie bereits erwähnt, ist ein Input für die Betriebsbereichs­ stufe der entsprechende Ausschnitt aus dem Produktionspro­ gramm , d. h. die Angabe, welcher Artikel (Sortiment, Auf­ trag) in welcher Menge bis wann produziert wird.

Die Optimierung auf der Betriebsbereichsstufe ist meist detaillierter als die auf der Betriebsleiterstufe verwende­ ten Verfahren zur Bestimmung des Produktionsplanes. Diese detaillierte Betrachtung (Optimierung) kann zeigen, daß die Vorgaben aus dem Produktionsprogramm, z. B. die Termine oder die Mengen nicht eingehalten werden können oder unreali­ stisch sind. Dieses Resultat der Optimierung wird über die bereits bezeichnete Verbindung "Resultate" an den Betriebs­ leitrechner gemeldet, der nun das Produktionsprogramm modifizieren oder eine neue Optimierung vornehmen kann, wobei die aus der bereits erfolgten Optimierung der Betriebsbereichsebene gewonnenen Erkenntnisse (Resultate) berücksichtigt werden.

Durch die Koppelung über den Betriebsleitrechner wird somit sichergestellt, daß die Auswirkungen einer Verletzung des Produktionsprogrammes in einem Bereich in den anderen Bereichen berücksichtigt wird.

Die Optimierung auf der Betriebsbereichsebene kann im einfachsten Fall durch die Aufschlüsselung und Detaillierung des Produktionsprogrammes auf die einzelnen Maschinen und Bediener ersetzt werden, wobei mit diesem Vorgehen sicher keine optimalen Kosten erreicht werden.

Bei der unter der Prozeßleitebene liegenden Maschinenebene bestehen für die Zielsetzung zwei Möglichkeiten, nämlich mit oder ohne Optimierung zu arbeiten.

Wird die Möglichkeit ohne Optimierung gewählt - bei Maschinen, die nicht mehr optimiert werden können - besteht das Ziel schlichtweg darin, die vorgegebenen Sollwerte einzuhalten. D.h. aus der vorgegebenen Maschinenbelegung oder Maschineneinstellung, welche von zuständigen Prozeßleit­ rechnern vorgegeben wird, folgt die Produktionsrate und die zu produzierende Menge des jeweils produzierten Artikels. Als Bedingung gilt hier, die Qualität einzuhalten, wobei die Wartung, Reinigung und Kontrolle der jeweiligen Maschine bzw. des jeweils hergestellten Produktes vorgegeben ist. Es soll darauf hingewiesen werden, daß eine Produktion dieser Art mit heutigen Strukturen möglich ist. Die heutige Produktion ist aber vom Gesamtbetrieb gesehen nicht optimal.

Die weitere sehr interessante Möglichkeit auf der Maschinen­ ebene ist eine Produktion mit Optimierung unter Einbezug des Maschinenbedieners und hier wird eines von zwei möglichen Zielen verfolgt, nämlich entweder

• a) eine Produktion mit minimalen Kosten, oder
• b) eine Produktion mit maximaler Produktionsrate (was gleichbedeutend ist mit minimaler Produktionszeit bei einer gegebenen Menge).

Wird das Ziel a) vom Prozeßleitrechner gewählt, dann wird gleichzeitig die zu produzierende Menge und der Fertigstel­ lungstermin sowie alle geplanten Maschinenstillstände (War­ tung, Reinigung) sowie festgelegte und verbotene Einstellun­ gen als Bedingungen vorgegeben.

Weitere Bedingungen, die vorgegeben werden können, betreffen die Bedienerzuteilung (Eigenschaften) und die Bedienerver­ fügbarkeit (Abwesenheiten, weitere dem Bediener zugeordnete Aufgaben resp. Verfügbarkeit für die Maschine), falls die Optimierung auf der Maschinenebene das Bedienerverhalten berücksichtigt und Qualitätsvorgaben, falls die Maschine die Qualität des produzierten Artikels ermitteln kann.

Wird das Ziel b) vom Prozeßleitrechner gewählt, dann werden gleichzeitig alle geplanten Maschinenstillstände und alle festgelegten und alle verbotenen Maschineneinstellungen als Bedingungen vorgegeben.

Die weiteren vorgebbaren Bedingungen entsprechend dem Fall a), wobei in beiden Fällen der Maschine alle notwendigen, den zu produzierenden Artikel (Sortiment) beschreibenden Daten und allfällige Kostensätze als Bedingungen bekannt sind resp. vorgegeben werden.

Ob es sich bei der konkreten Maschine der Maschinenebene um eine Arbeit mit oder ohne Optimierung handelt, hängt von der konkreten Auslegung der Maschine und ebenfalls davon ab, ob es sich um einen klassischen Regler, einen verschachtelten Reglerkreis einerseits handelt, wobei die Produktion dann ohne Optimierung abläuft, oder andererseits, ob es sich um einen adaptiven Regler oder einen Regler mit Simulation handelt, wonach die Produktionsarbeit mit Optimierung an­ läuft. In diesem Zusammenhang wird auf die spätere Beschrei­ bung der Fig. 9A bzw. Fig. 9B, 9C, 9D und 9F hingewiesen.

Es sollen zunächst einige allgemeine Bemerkungen zu den Resultaten und Zuständen 66 gegeben werden.

Resultate sind schließlich Berichte über den Ablauf eines bestimmten Verfahrens oder das Resultat einer Optimierung. Zustände sind im Vergleich Angaben zu dem momentanen Zustand einer Maschine oder eines Bereichs, bspw. läuft, läuft nicht, Werte von Drehzahlen, Einstellungen usw., wobei über die Datenbus bzw. Datenbank auch Zustandsverläufe ermittelt bzw. abgespeichert werden können.

Die Berichte von der Betriebsleitebene an der strategischen Ebene (Resultate 66) oder aber auch an dem Betriebsleiter (Berichte 68) umfassen somit:

Das Ergebnis des Erstellens des Produktionsplanes, d. h. die Reihenfolge und das Ausmaß der Kapazitätsbeanspruchung durch die der einzelnen Artikel, Angaben zu verspäteten Abliefe­ rungen bzw. zu den zum Ablieferungstermin produzierten Garnlängen - wenn diese unvermeidlich sein sollten, Angaben zu den anfallenden Kosten, beispielsweise aufgeteilt nach Kostenarten pro Betriebsbereich und Artikel, Angaben zu verletzten Präferenzen der Betriebsbereichsstufe, wobei unter Umständen eine oder mehrere Varianten dann berechnet werden, wie später näher anhand von Fig. 8 dargestellt wird, Angaben zu den Lagermengen (sowohl geplanter Materialeingang bzw. -abgang als auch Mengen an produzierten (Zwischen) Pro­ dukten), und Angaben zu der Austastung des Betriebs, bspw. auch zu den verfügbaren Kapazitäten (Maschinen und Bediener für die einzelnen Betriebsbereiche und für den gesamten Betrieb), wobei diese noch verfügbaren Kapazitäten wichtig sind für die Erstellung von weiteren Offerten.

Es werden nunmehr anhand der Fig. 8A und 8B einige weitere Erläuterungen zu Präferenzen gegeben, da die Berücksichti­ gung von Präferenzen bei der vorliegenden Erfindung einen hohen Stellenwert und eine große Bedeutung hat.

Fig. 8A zeigt zunächst, daß der Oberbegriff "Präferenzen", wie in Block 170 dargestellt, in zwei Grundarten unterteilt werden kann, nämlich solche, die keine Auswirkung auf die Zielfunktion haben (Block 172) und somit jederzeit akzep­ tiert werden können und solche, die aber eine Auswirkung auf die Zielfunktion haben (Block 174), und daher besonders kritisch betrachtet werden müssen.

Jede Präferenz wird daher zunächst untersucht, um zu sehen, in welche der beiden Kategorien sie fällt und im Falle einer Präferenz, welche eine Auswirkung auf die Zielfunktion hat, wird dies weiterhin untersucht, um zu sehen, ob sie vom Betrachter als kritisch oder unkritisch anzusehen ist (Blöcke 176 bzw. 178).

Um Erfahrungen berücksichtigen zu können, müssen mit Präferenzen gewisse Einstellungen bzw. Abläufe verhindert werden können, d. h. diese Präferenzen wirken wie Bedingungen einer übergeordneten Stufe.

Präferenzen, die den Wert der Zielfunktion oder das Resultat der Optimierung ihrer Stufe beeinflussen, dürfen nicht ohne Bestätigung der übergeordneten Hierarchieebene als Bedingungen behandelt werden. Dazu wird die kritische Präferenz eingeführt, bei deren Verletzung der Bediener der jeweiligen Ebene die Entscheidung der höheren Hierarchie­ ebene verlangen kann. Wird eine "unkritische" Präferenz verletzt, d. h. eine Präferenz, deren Berücksichtigung als Bedingung der Bediener der höheren Stufe nicht zulassen will, dann dient diese als Warnung, daß weitere Präferenzen, die einen Einfluß auf die Optimierung hätten, verletzt sind. Kann oder will der Bediener dieser Stufe diese Verletzung nicht akzeptieren, dann kann er die Umwandlung dieser kritischen Präferenz beim Bediener der höheren Stufe beantragen. Die höhere Hierarchiestufe (Bediener) kann bei einer solchen Überprüfung eine "unkritische" Präferenz in eine "kritische" Präferenz umwandeln (Pfeil 179).

Wird eine verletzte kritische Präferenz einer unteren Stufe vom Bediener der höheren Stufe akzeptiert (Block 180), dann wird sie in der nächsten Optimierung der Stufe wie eine Bedingung berücksichtigt, wie durch Block 182 angedeutet. Sind alle solchen Präferenzen untersucht, und wurde mindestens eine akzeptiert, wird eine neue Optimierung vorgenommen. Wird sie dagegen nicht akzeptiert (Block 184), dann wird sie vom Bediener der nächsthöheren Stufe als "nicht akzeptiert" gekennzeichnet und kann vom Bediener der nächsthöheren Stufe in eine unkritische Präferenz (Pfeil 186) umgewandelt werden. In diesem Fall wird ihre Verletzung dem Bediener der unteren Stufe gemeldet.

Kritische Präferenzen einer unteren Stufe, die oft verletzt werden und von der höheren Stufe stets akzeptiert werden, können als "permanent" gekennzeichnet werden (Block 188), wobei sie dann bei jeder Optimierung einer Stufe wie eine Bedingung berücksichtigt werden. Dabei ist (sind) jedoch die Bedingung(en) anzugeben, warum die Präferenz als permanent definiert wird (Block 190), so daß bei der Änderung der angegebenen Bedingung(en) die Präferenz (automatisch) wieder auf "kritisch" gesetzt und bei der nächsten Optimierung nicht wie eine Bedingung berücksichtigt wird. Damit kann z. B. die Koppelung einer Präferenz an einem Artikel erreicht werden.

Präferenzen, die nur gelegentlich akzeptiert und zur Bedingung gemacht werden, werden als temporale Bedingung betrachtet (Block 192) und werden beim übernächsten Durchlauf der Optimierung wieder als kritische Präferenz betrachtet. Obwohl man meinen könnte, daß hierdurch dem jeweiligen Bediener zu viel Kompetenz eingeräumt wird, führt das Rechnersystem bzw. Verfahren der vorliegenden Erfindung dazu, daß die Überprüfung der Verletzung der Präferenz und die diesbezügliche Entscheidung des Bedieners dokumentiert und an der nächst höheren Ebene berichtet wird. Somit ist eine Überprüfungsmöglichkeit gegeben und vor allem der jeweilige Bediener wird durch das System geschult über die Ausübung seiner Kompetenzen nachzudenken, da falsche Entscheidungen jederzeit feststellbar sind.

Präferenzen ohne Auswirkung auf die Zielfunktion oder die Optimierung der Stufe werden nach abgeschlossener Optimie­ rung zur Entscheidung bzw. zur Detailaufschlüsselung verwen­ det. Die Präferenzen ohne Auswirkung auf die Zielfunktion dienen typischerweise zur Detailaufschlüsselung der Optimie­ rungsresultate. Ob eine Präferenz Auswirkungen auf die Zielfunktion hat, hängt von der Präferenz der gewählten Zielfunktion und der Art der bei der Optimierung verwendeten Systembeschreibung, insbesondere vom Detaillierungsgrad ab. Es soll zum Ausdruck gebracht werden, daß jede Optimierung alle Einschränkungen, die sich aus den Systemeigenschaften bzw. systeminternen Bedingungen ergeben, berücksichtigt. Dies ist notwendig, damit die erhaltene Lösung auch verwirklicht werden kann, d. h. zulässig ist.

Im Lichte dieser Erläuterungen gehen wir nunmehr zu einer Betrachtung der Fig. 8B über.

Mit dem Block 200 (bzw. 201 für eine untere Stufe) wird die Durchführung einer Optimierung schematisch angedeutet. Diese Optimierung findet in einer Ebene statt unter Berücksichti­ gung des Ziels und der Bedingungen von einer hierarchisch höheren Ebene, die von der hier betrachteten Ebene durch die strichpunktierte Linie 202 getrennt ist. Läuft die Optimie­ rung zu keiner Lösung, so wird dies zunächst an den zustän­ digen Bediener der jeweiligen Ebene berichtet, wie durch den Block 204 angedeutet. Handelt es sich hier um die Betriebs­ leitebene, so gilt hier als Bediener der Betriebsleiter. Handelt es sich hier um die Prozeßleitebene, so gilt hier der Bediener als der jeweilige Bereichsleiter. Handelt es sich hier um die Maschinenebene, so gilt der Bediener als die Betriebsperson, die für den Betrieb der jeweiligen Maschine zuständig ist.

Der Bediener ist dann gezwungen, die Mitteilung, daß keine Lösung gefunden wurde, zu der hierarchischen Ebene hochzumel­ den, wobei die dort zuständige Person durch geänderte Eingaben hinsichtlich des Ziels oder der zu beachtenden Bedingungen für eine neue Optimierung sorgen kann.

Wird dagegen eine Lösung gefunden, so führt dies, wie im Block 206 dargestellt zu einem Vergleich mit Präferenzen der jeweiligen Stufe, welche Auswirkungen auf die Zielfunktion haben. Wird eine solche Präferenz nicht erfüllt, so erfolgt ein Bericht an den Bediener, wie durch den Block 208 dargestellt. Der Bediener kann diese Präferenz ändern, was durch den Block 210 dargestellt ist. Der Vergleich im Block 206 wird dann wiederholt und zwar mit dieser geänderten Präferenz vom Kasten 210. Wird die geänderte Präferenz verletzt, so wiederholt sich der Kreis. Wird sie nicht verletzt, so wird das Verfahren in dem Sinne weitergeführt, daß der Vergleich mit weiteren Präferenzen der gleichen Stufe durchgeführt wird bis alle abgearbeitet sind. Erst wenn dies zufriedenstellend geschehen ist, wird das Verfahren entsprechend dem Block 212 weitergeführt, was aber später beschrieben wird.

Sollte der Bediener der höheren Hierarchiestufe entschieden haben, daß eine Verletzung dieser Präferenz entscheidend ist, d. h. er stuft die verletzte Präferenz als kritisch ein, was durch den Block 214 dargestellt ist, und beharrt der Bediener im Block 208 auf die Einhaltung dieser Präferenz, was durch den Block 216 bestätigt wird, so muß dieser Umstand der hierarchisch höheren Ebene gemeldet werden, wie dies im Block 218 angedeutet ist. Der Bediener der höheren Ebene hat dann die Möglichkeit diese Präferenz in eine Bedingung umzuwandeln, was durch den Block 220 dargestellt ist. Die Schleife kehrt dann entweder zu Block 206 zurück und es findet ein Vergleich mit weiteren kritischen Präferenzen statt oder, falls weitere kritische Präferenzen nicht verletzt sind, so wird eine neue Optimierung unter Berücksichtigung der neuen Bedingungen durchgeführt und zwar nach dem Block 200.

Sollte bei der neuen Optimierung eine Lösung gefunden werden, so führt dies zu einem weiteren Vergleich, wie durch den Block 206 gezeigt, und das Verfahren schreitet entweder direkt zu dem Block 212 fort oder wiederholt die Schleife über dem Block 208.

An dieser Stelle soll auch erwähnt werden, daß im Block 208 der Bediener auch die Möglichkeit hat, die ihm angebotene Lösung auch bei Verletzung einer kritischen Präferenz zu akzeptieren. In diesem Falle sollte überlegt werden, ob nach Überprüfung aller weiteren kritischen Präferenzen, die möglicherweise noch verletzt sind und ggf. geändert worden sind, es nicht sinnvoll wäre, eine neue Optimierung zu starten, in der Hoffnung, daß unter den geänderten Bedingungen die akzeptierte verletzte Präferenz nach der neuen Optimierung doch nicht mehr als verletzt gelten muß.

Diese Überprüfung findet im Block 224 statt. Wenn keine neue Optimierung für erforderlich erachtet wird, so läuft der Vergleich weiter mit Block 212. Im Falle einer erneuten Optimierung kehrt der Ablauf zu Block 200 zurück. Nach der Überprüfung in Block 218 kann aber der Bediener der höheren Ebene die Entscheidung treffen, die Präferenz als nicht akzeptiert (Block 221) und eventuell als unkritisch (Block 222) einzustufen und in diesem Fall schreitet der Programmablauf wieder zu Block 206 oder Block 200, ggf. über Block 224 (Pfad nicht eingezeichnet). Wurde eine Präferenz auf unkritisch gesetzt, dann muß der Bediener der unteren hierarchischen Stufe ihre Verletzung akzeptieren oder sie abändern, d. h. es gibt keine Möglichkeit mehr sie über Block 214 dem Bediener der höheren Stufe zu melden und somit zu erreichen, daß sie wie eine Bedingung berücksichtigt wird. Sollte es sich bei der betrachteten Ebene bereits um die höchste Ebene handeln, so kann die zuständige Person für diese Ebene selbst entscheiden, wie verfahren wird, nach den Blöcken 218, 220, 221, 222 und 206 oder 200 oder 224.

Im Block 212 wird ein Vergleich mit Präferenzen der jeweili­ gen Stufe durchgeführt, die keine Auswirkungen auf die Ziel­ funktion haben, beispielsweise nur die Detailaufschlüsselung beeinflussen (beispielsweise Zuteilung der Artikel zu einzelnen Maschinen). Auch wenn sie verletzt sind, kann die Lösung gemäß ihnen geändert werden, da sie ja keine Auswirkung auf die Zielfunktion haben.

Es folgt dann ein Vergleich mit kritischen Präferenzen der unteren Stufen, wie im Block 228 dargestellt. Werden alle erfüllt, kann die optimierte Lösung akzeptiert werden.

Sollten aber kritische Präferenzen der unteren Stufe verletzt sein (Block 230), so wird das dem Bediener der jeweiligen Stufe gemeldet, was durch den Block 232 dargestellt ist. Der Bediener kann den Unterstellten der hierarchisch tieferliegenden Ebene auffordern, diese Präferenz entweder zu begründen oder zu ändern. Der Bediener kann sich dann entschließen, die Präferenz als nicht akzeptiert und ggf. als unkritisch zu setzen, d. h. die Verletzung nicht zu berücksichtigen und in diesem Fall kehrt die Überprüfung zu dem Block 228 zurück. Es folgt dann ein Vergleich mit weiteren kritischen Präferenzen der unteren Stufe (Nichtkritische werden ignoriert). Der Bediener der jeweiligen Stufe kann aber auch anstelle die Verletzung zu ignorieren nach dem Pfeil 234 verfahren, d. h. er wandelt die Präferenz in eine Bedingung um. Darauf wird eine neue Optimierung der unteren hierarchischen Stufe durchgeführt (Block 201, wobei diese Präferenz in der nächsten Optimierung wie eine Bedingung der jeweiligen Stufe berücksichtigt wird. In diesem Fall wird der Vergleich nach Block 228 für weitere kritische Präferenzen wiederholt, bis alle abgearbeitet sind, d. h. das Verfahren wiederholt sich, bis man zufriedenstellend zu einer Lösung kommt. Nach dieser Lösung wird dann gearbeitet.

Um dies weiter zu erläutern, können einige Beispiele für akzeptierte kritische Präferenzen gegeben werden, die als Bedingung wirken sollen. Zuerst könnte es sich um die vorgegebene Zuteilung von etwa

• a) Bediener zu Maschinen,
• b) Artikel zu Maschinen oder
• c) Transportsystem zu Maschinen.

Alternativ hierzu könnte es sich

• d) um den vorgegebenen Ablauf im Sinne des vorgegebenen Artikelwechsels oder der vorgegebenen Reihenfolge der Auftragsabarbeitung handeln. In weiteren Beispielen kann es sich
• c) um Grenzen oder Bereiche handeln, beispielsweise um die zulässige Drehzahl oder um zulässige Einstellungen.

Eine Grundarchitektur einer fraktalen Reglerstruktur ist bereits im Zusammenhang mit der Fig. 4 erläutert worden. Das Konzept der fraktalen Reglerstruktur wird nunmehr weiter erläutert anhand der Fig. 9A bis 9E, wobei die Fig. 9A eine ähnliche, jedoch eine andere Grundarchitektur zeigt.

Zuvor soll erläutert werden, daß im bekannten Stand der Technik Regler beschrieben sind, die für sich allein einen vorbestimmten Systemzustand "Sollwert" herbeiführen und beibehalten. Diese Regler können beliebig komplex sein und die Fig. 9B bis 9E zeigen verschiedene Varianten in Form eines klassischen Reglers, in Form eines verschachtelten Regelkreises, in Form eines adaptiven Reglers und in Form eines Reglers mit Simulation.

Obwohl es gerade bei klassischen Reglern oder verschachtel­ ten Reglern durchaus üblich ist bzw. in der Vergangenheit üblich war, mit fest verdrahteten Reglerkreisen zu arbeiten, geht man heutzutage mehr und mehr dazu über, die Regler mittels entsprechend programmierter Mikrocomputer zu realisieren.

Die Grundarchitektur der Fig. 9 enthält einen Block 300, der als Regler bezeichnet wird. Es soll verstanden werden, daß der hier beschriebene Regler durch einen Mikrocomputer gebildet ist, der entsprechend der Art der vorzunehmenden Regelung programmiert ist. Beispielsweise kann der Mikrocomputer so programmiert werden, daß er eine der Reglerarten nach den Fig. 9B bis 9F realisieren kann. Auch ist es durchaus möglich, den für den Regler 300 verwendeten Mikrocomputer so zu programmieren, daß er über mehrere verschiedene Programme verfügt, die nach Belieben gewählt werden können. Hierdurch läßt sich die Grundarchitektur noch besser in allen hierarchischen Ebenen der fraktalen Regelstruktur und für alle hiermit verbundenen Aufgaben verwenden. Es soll auch darauf hingewiesen werden, daß die verschiedenen weiteren Blöcke der Darstellung der Fig. 9A nicht notwendigerweise durch getrennte physikalische Schal­ tungen realisiert sind, sondern aufgrund entsprechender Programmierung durch Bereiche des Mikrocomputers realisiert werden, so daß die gesamte Grundarchitektur nach Fig. 9A schließlich einen Mikrocomputer darstellt mit mehreren Ausgängen, wobei der Mikrocomputer zur Ausübung der verschiedenen Aufgaben entsprechend programmiert ist.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Grundarchitektur einer fraktalen Reglerstruktur besteht daher in einem Basis­ regler 300, der sämtliche zusätzliche Elemente aufweist, die für eine Anwendung in einem textilen Fertigungsprozeß notwendig sind. Diese zusätzlichen Elemente umfassen:

• - Aufsicht und Einflußnahme durch einen menschlichen Bediener,
• - laufende Überprüfung von Sollwert und Istwert und Stellgröße auf das Einhalten einer zulässigen Bandbreite,
• - digitale Begleitung der Reglerfunktion mit nach außen transparenten Daten für den Status des Systems und
• - integrierte Alarmfunktion und abgestuftes Ausnahmeverfahren bei Auswahl bestimmter Funktionen.

An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, daß Sollwerte und Stellgrößen als Ziele oder Bedingungen anzusehen sind, während Istwerte Zustände oder Resultate darstellen.

Ausgehend von dem Basisregler entsteht nun für den Spinnerei­ betrieb eine hierarchisch gegliederte Reglerstruktur, bei­ spielsweise nach der Fig. 2, die als besonderes Kennzeichen der organisatorischen Gliederung des Betriebs angepaßt ist: Maschinenebene entsprechend dem einzelnen Bediener, Prozeß­ stufenebene entsprechend dem Vorarbeiter/Meister, Betriebs­ leitebene entsprechend dem Betriebsleiter. Diese Anpassung an die vom Menschen bestimmte Betriebsorganisation ist bis heute anscheinend nicht bekannt, vermutlich, weil sich die bestehenden Reglerkonzepte immer am Prozeß anstatt am Menschen orientiert haben.

Es wird nun erläutert, wie eine fraktale Reglerstruktur entsprechend der Fig. 9A arbeitet. Diese Erläuterung erfolgt am Beispiel einer einzelnen Ringspinnmaschine, ist aber genauso auf anderen Maschinen und in anderen Stufen der betrieblichen Hierarchie verwendbar. Mit anderen Worten wird hier das überall gleichbleibende Funktionsprinzip des einzelnen Reglers anhand des Beispiels der Drehzahlregelung einer Ringspinnmaschine erklärt. Das vorgegebene Ziel besteht im Erreichen der höchstmöglichen Produktion in einer gegebenen Zeit, d. h. die maximale Produktionsrate oder die minimale Produktionszeit für eine gegebene Menge an Garn. In der Annahme, daß es sich hier um eine Einzelmaschine ohne weiteren Verbund handelt, besteht keine Schnittstelle zu einem übergeordneten Regler. Die Eingabe des Produktions­ ziels erfolgt indirekt über die lokale Eingabe Ziel 60 _Ein. Der Betriebszustand der Maschine wird lokal überwacht durch die Berichte 68 an der Bedieneroberfläche. Der Drehzahl-Ist­ wert 66 _Ein wird durch einen inkrementalen Encoder an der Hauptantriebswelle der Ringspinnmaschine aufgenommen. Die vom Regler ausgegebene Stellgröße 62 _AUS ist ein dreibegriffiges Befehlssignal an einer Kombination von Elektroventilen mit der Bedeutung "Drehzahl erhöhen", "Drehzahl senken" und "keine Änderung".

Der vom Bediener als Präferenz bei 70 eingegebene Drehzahl- Sollwert wird zunächst in der Überwachung der Sollwertein­ gabe 302 daraufhin überprüft, ob der gewünschte Wert innerhalb der Spezifikation für Maschine und Spindeln liegt. Ist dies nicht der Fall, wird die Eingabe nicht akzeptiert und der Bediener auf diesen Zustand aufmerksam gemacht (Bericht 68). Der einmal akzeptierte Drehzahl-Sollwert geht in eine Statusdatei 304 und wird weiter vom Drehzahlregler 300 übernommen.

Der gemessene Istwert (Zustand 66 _Ein) wird zunächst einer Auswertung 306 unterzogen, welche mit Plausibilitätsgrenzen arbeitet. Es ist beispielsweise technisch nicht möglich, daß die Drehzahl über längere Zeit auf einem tiefen Wert stehen­ bleibt. Es erfolgt auch ein Vergleich mit den systeminternen Bedingungen, beispielsweise, daß der Drehzahl-Istwert unterhalb von n_max aber auch höher als n_min liegt. Auch kann beispielsweise der maximale oder minimale Verzug als weitere systeminterne Bedingung vorliegen und überprüft werden. Der einmal akzeptierte Istwert geht wiederum in die Statusdatei 304 und wird an den Regler 300 weitergeleitet.

Der Drehzahlregler 300 berechnet aus Sollwert und Istwert die Stellgröße, in diesem Fall die Signale für das Ventil­ paar. Diese Stellgrößen passieren wiederum eine Überwachungs­ schaltung 308, bevor sie an die Ringspinnmaschine als Bedingung 62 _AUS weitergegeben werden. Die Überwachung erfaßt beispielsweise den nicht zulässigen Fall, daß beide Ventile gleichzeitig geöffnet sind, was eine in sich widersprüch­ liche Funktion ergeben würde. Bei Ansprechen dieser Überwachung treten wiederum Ausnahmeverfahren in Kraft, wie durch den Block 312 "Alarm-Datei" zum Ausdruck gebracht ist.

Da der Regler das Bestreben haben muß, den Istwert laufend dem Sollwert nachzuführen, ist eine längerdauernde Differenz beider Werte ein Kennzeichen für eine Fehlfunktion des Reglers oder der Reglerstrecke. Dies wird in der Reglerüber­ wachung 310 erkannt und führt ggf. wiederum zum Einsatz von Ausnahmeverfahren. Es handelt sich hier um eine Präferenz­ eingabe, d. h. die Differenz der beiden Werte soll nicht lange einen bestimmten Wert übersteigen. Obwohl dies wie eine Bedingung klingt, ist es in der Tat keine Bedingung sondern eine Präferenzeingabe nach der Definition der vorliegenden Erfindung, denn sie beschreibt ein gewünschtes Systemverhalten.

Die wesentlichen Elemente lassen sich anhand des Beispiels weiterhin wie folgt darlegen:

Das Beherrschen der Ausnahmezustände setzt voraus, daß der Ausnahmezustand aufgrund vorbestimmter Kriterien erfaßt wird und danach ein Funktionsablauf in Gang gesetzt wird, der zu einem sicheren Betriebszustand führt bzw. diesen beibehält.

Das Bestimmen der Grenzwerte für den Ausnahmezustand ist in erster Linie eine Bewertung von Risiken. Diese lassen sich beispielsweise wie folgt abstufen:

• - In der geringsten Risikostufe ist der wirtschaftlich optimale Betrieb in Frage gestellt.
• - In einer nächsten Risikostufe ist die zeitgerechte Erfüllung der Produktionsziele (Menge, Qualität) gefährdet.
• - In der folgenden Stufe stehen mögliche Schäden an Maschinen und Betriebseinrichtungen.
• - In der höchsten Risikostufe sind Leib und Leben von Menschen direkt gefährdet.

In der betrieblichen Praxis liegt die Grenze zum Ausnahmezu­ stand im Bereich der zwei erstgenannten tiefsten Risikostu­ fen. Zum Auffangen bedeutender Risiken werden gegebenenfalls abgestufte Grenzen mit Ausnahmeverfahren von entsprechend abgestufter Dringlichkeit eingesetzt.

Die Bewertung dieser Risiken und damit auch die Eingaben der entsprechenden Grenzen ist dem menschlichen Bediener vorbe­ halten. Die Verantwortung für die eigentlichen Ausnahmever­ fahren liegt in der Regel beim Hersteller des Systems. Daraus ergibt sich zwingend, daß ein modernes Regelsystem, welches Ausnahmeverfahren beherrscht, stufengerechte Schnitt­ stellen zum menschlichen Bediener haben soll.

Zum Abschluß noch einige allgemeine Hinweise zur Regelung und Optimierung sowie Simulation und Optimierung.

Die heute bekannte Regeltechnik trennt die Aufgaben Regeln und Optimieren auf. Das Regeln als Nachführen eines Istwer­ tes entsprechend einem Sollwert erfolgt automatisch, d. h. durch elektronische Schaltungen oder Rechner. Da Optimieren, d. h. das Bestimmen eines möglichst nutzenbringenden Soll­ wertes, ist Aufgabe des menschlichen Bedieners.

Das Optimieren besteht aus den folgenden Schritten:

• - Eine Bewertungsfunktion, d. h. Zielfunktion wird eingeführt, die es erlaubt, aus dem jeweiligen Betriebszustand des Systems den Nutzen zu errechnen.
• - Der aktuelle Nutzen wird errechnet und einem Regler als Istwert zugeführt.
• - Dieser Istwert wird gleichzeitig um geringes Maß erhöht und dem gleichen Regler als Sollwert zugeführt.

Mit diesen Schritten läßt sich das Optimieren auf das Regeln zurückzuführen.

Dies ist konsistent mit der fraktalen Regelstruktur, denn ein System kann nur eine einzige Nutzenfunktion aufweisen. Diese muß an der hierarchisch obersten Stelle eingegeben werden. Für diese oberste Rechner-Einheit entfallen deshalb Ziele und Resultate. An deren Stelle tritt die reine Interaktion mit dem menschlichen Bediener als Chef, der das System über Präferenzen im Sinne einer Nutzenfunktion führt und über Berichte kontrolliert. Das System erfordert hier nur einen bedienerischen Eingriff, wenn die Nutzenfunktion, die Bedingungen oder die Präferenzen verändert wird.

Die Simulation ist ein Verfahren zur Beherrschung komplexer Regelaufgaben. Sie läßt sich grundsätzlich an jeder Stelle des Systems einsetzen, wo die Aufgabe des Reglers dies erfordert. Der Aufwand für eine Simulation ist in erster Linie dort gerechtfertigt, wo hohe Komplexität und lange Zeitkonstanten ein Erkennen von Abweichungen zwischen Soll-Istwert schwierig machen. Dies ist in Regel an der obersten Stelle des Systems der Fall. Hier fällt auch die Aufgabe der Optimierung an, und in diesem Sinn ist die Simulation ein typisches Werkzeug für das Optimieren.

Claims (18)

1. Verfahren zum Betrieb wenigstens eines Bereichs einer Spinnerei unter Anwendung eines dem Bereich zugeordneten Prozeßleitrechners einer Prozeßleit­ ebene, der mit wenigstens einem Rechner einer hierarchisch darunterliegenden Maschinensteuerungs­ ebene kommuniziert, der wenigstens eine Maschine steuert, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Prozeßleitrechner zur Durchführung wenigstens eines Optimierungsprogramms ausgelegt ist, daß Ziele, Bedingungen, Präferenzen sowie der Zustand bzw. Tei­ le des Zustands des dem Prozeßrechner zugeordneten Systems entweder durch Eingaben oder Default in diesen Prozeßleitrechner eingegeben bzw. in diesem vorgegeben werden, und aus diesen Zielen, Bedingun­ gen und Präferenzen unter Berücksichtigung des Zustandes des Systems durch geeignete Verarbeitung bzw. Optimierung Prozeßleitsignale erzeugt und an den Maschinensteuerrechner für die Steuerung bzw. Regelung der diesem zugeordneten Maschine weiterge­ geben werden, daß die vom Maschinensteuerrechner ausgehenden Resultate sowie der Zustand bzw. Teile des Zustands der Maschine dem Prozeßleitrechner gemeldet werden, und daß der Prozeßleitrechner über die im Rahmen der Erzeugung der Prozeßleitsignale entstehenden Optionen und Entscheidungsmöglichkei­ ten sowie über den vom Maschinensteuerrechner erhal­ tenen Rückmeldungen berichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ziele und Bedingungen dem Prozeßleitrechner von der Betriebsleitebene aus vorgegeben werden,
daß der Prozeßleitrechner Resultate aus der Verar­ beitung der Ziele und Bedingungen sowie der Resulta­ te aus den Rückmeldungen des Maschinensteuerrech­ ners der Betriebsleitebene meldet,
daß der Prozeß­ leitrechner für den jeweiligen Prozeßleiter Berich­ te über die Prozeßleitsignale, über den eingestell­ ten Verfahrensablauf bei der Maschinensteuerung und über die vom Maschinensteuerrechner rückgemeldeten Resultate sowie über Optionen und mögliche Entschei­ dungen erstellt, wobei bei Optionen und Entscheidun­ gen der Prozeßleiter seine Präferenz eingeben kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne der Realisierung einer fraktalen Reglerstruktur auch bei dem Maschinen­ steuerungsrechner Ziele, Bedingungen, Präferenzen sowie der Zustand bzw. Teile des Zustandes der Maschine entweder durch Eingabe oder Default in diesen eingegeben bzw. in diesem vorgegeben werden, wobei die für den Maschinensteuerungsrechner gelten­ den Ziele und Bedingungen durch die Prozeßleitsigna­ le gebildet werden, daß der Maschinensteuerungs­ rechner ein Optimierungsverfahren, ggf. mit Simula­ tion durchführt, wobei vorzugsweise der aktuelle Zustand der Maschine berücksichtigt wird, und hieraus Maschinensteuersignale gewinnt, die der zugeordneten Maschine zugeführt werden, daß die Resultate dieser Optimierung und die an der zuge­ ordneten Maschine erzielten Resultate dem Prozeß­ leitrechner gemeldet werden, und daß die Maschinen­ steuerung der Betriebsperson bzw. dem Meister der Maschinensteuerungsebene Berichte über den einge­ stellten Steuerungsablauf des eigentlichen Gesche­ hens an der Maschine und über mögliche Optionen und Entscheidungen informiert, wobei die Betriebsperson seine Präferenzen in den Maschinensteuerungsrechner eingeben kann.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß, ebenfalls im Sinne der Realisierung einer fraktalen Reglerstruktur der Maschinensteuerungs­ rechner mit einem Peripherierechner bzw. mit einem Bedienungsroboterrechner bzw. mit einem lokalen Regelungsrechner und/oder mit Aktoren und Sensoren kommuniziert, die einer untersten hierarchischen Ebene unterhalb der Maschinensteuerungsebene, näm­ lich der Produktionsebene zugeordnet sind, wobei Ziele, Bedingungen, Präferenzen und Zustände entwe­ der durch Eingaben oder Default in den jeweiligen Rechner der Produktionsebene durch Eingaben oder Default eingegeben bzw. in diesem vorgegeben wer­ den, und aus diesen Zielen, Bedingungen und Präfe­ renzen unter Berücksichtigung des Zustands durch geeignete Verarbeitung bzw. Optimierung Stellgrößen für Aktoren erzeugt werden, wobei dem jeweiligen Rechner Istwerte von den Aktoren zugeordneten Sensoren zugeführt werden und Resultate an den Maschinensteuerungsrechner gemeldet werden, wobei der genannte Rechner Berichte über die geleistete Arbeit sowie über Optionen und mögliche Entschei­ dungen liefert, und bei Optionen und Entscheidungen die Bedienung ihre Präferenz in den jeweiligen Rechner eingeben kann.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ebenfalls im Sinne der Realisierung einer fraktalen Reglerstruktur, für die hierarchisch oberhalb der Prozeßleitebene angeordneten Betriebsleitebene ein Betriebsrechner vorgesehen ist, daß Ziele, Bedingungen und Präferen­ zen und Zustandsinformation entweder durch Eingabe oder Default in diesen Betriebsleitrechner eingege­ ben, beispielsweise in diesem vorgegeben werden und aus diesen Zielen, Bedingungen und Präferenzen unter Berücksichtigung der Zustandsinformation durch geeignete Verarbeitung bzw. Optimierung ein Herstellungsplan für die Spinnerei mit Zielen und Bedingungen in Form von Betriebssignalen etabliert wird, welche die Eingangssignale, d. h. das Ziel und die Bedingungen, für den Prozeßleitrechner bilden, und daß der Betriebsleitrechner über die im Rahmen der Erzeugung der Signale für den Prozeßleitrechner entstehenden Daten und Entscheidungsmöglichkeiten sowie über die Rückmeldungen vom Prozeßleitrechner berichtet, und daß der Betriebsleiter die Gelegen­ heit hat, seine Präferenzen bei den Optionen und Entscheidungen in den Betriebsleitrechner einzuge­ ben.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßleitrechner mit mehreren Maschinensteuerungsrechnern kommuni­ ziert, welche jeweilige Maschinen steuern, die zu dem dem Prozeßleitrechner zugeordneten Bereich gehören.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsleitrechner mit mehreren Prozeßleitrechnern kommuniziert, die den jeweiligen Prozeßbereichen der Spinnerei zugeordnet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeßleitrechner für alle Bereiche, für bestimmte zusammengefaßte Bereiche oder für jeden der Bereiche Putzerei, Vorwerk und Spinnerei vorge­ sehen ist, nach der Aufteilung gemäß der deutschen Patentanmeldung P 39 24 779, wobei ggf. weitere Pro­ zeßleitrechner für die Bereiche Rohstoff und/oder Garn und/oder Labor vorgesehen sein können, eben­ falls nach der Aufteilung gemäß der deutschen Pa­ tentanmeldung P 39 24 779 vorgesehen werden können.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßleitrechner bzw. die Prozeßleitrechner und der bzw. die Maschi­ nensteuerungsrechner bzw. der Laborrechner und ggf. der Betriebsleitrechner und auch die Peripherie­ rechner, die Bedienroboterrechner und die lokalen Regelungsrechner Zugang zu einer zentralen Daten­ bank und/oder zum Laborrechner haben.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Rech­ ner eine eigene Datenbank vorgesehen ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenhaltung bereichsweise vorgenommen wird, bspw. dadurch, daß die Daten bei den Prozeßleitrechnern abgespeichert werden, vorzugsweise dadurch, daß die für den jewei­ ligen Bereich wichtigen Daten bei dem zuständigen Prozeßleitrechner abgespeichert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Optimierung im Prozeßleitrechner des Optimierungsverfahrens mindestens ein dem Prozeß­ leitrechner zugeordneter Maschinenrechner aufgeru­ fen (gestartet) wird, wobei das Ziel und Bedingun­ gen, die bei der Optimierung im Maschinenrechner (auf der Maschinenebene) berücksichtigt werden sollen, vor dem Aufruf dieser Optimierung vom Prozeßleitrechner dem Maschinenrechner übermittelt werden und die Resultate dieser Optimierung sowie ggf. der Zustand der Maschine nach Abschluß der Optimierung dem Prozeßleitrechner mitgeteilt wer­ den, worauf dieser, falls die Resultate der Opti­ mierung dem gewünschten Verhalten entsprechen, diese Resultate als Bestandteil seiner Optimierung benutzen kann, oder falls dies nicht der Fall ist, neue Ziele und Bedingungen für den (die) Maschinen­ rechner ermitteln und eine neue Optimierung veran­ lassen kann bis die optimale oder zumindest brauch­ bare Lösung gefunden wird.

13. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierungsprogramme mehrerer Maschinen­ rechner vom Prozeßleitrechner aufgerufen werden, und die Koordination (Abstimmung) zwischen den Zielen und Bedingungen für die einzelnen Maschinen­ rechner sowie das Zusammenfügen der Ergebnisse der Optimierung durch den Prozeßleitrechner erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Verfahrens­ ablaufs Sollwert/Istwert-Vergleiche an wenigstens einer Maschine oder in wenigstens einer Hierarchie­ ebene vom zuständigen Rechner bzw. von den zustän­ digen Rechnern durchgeführt werden und bei Feststel­ lung einer Abweichung, welche zu groß ist, zu der Durchführung eines Ausnahmeverfahrens und/oder zur Durchführung einer neuen Optimierung führt, wobei im letzteren Fall das Ziel bzw. die Bedingungen, die von einer höheren Stufe vorgegeben werden ggf. überprüft und/oder geändert werden und/oder die geltenden Präferenzen geändert werden und/oder die systeminternen Bedingungen geändert werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsverfah­ ren bei wenigstens einem der Rechner, vorzugsweise bei allen Rechnern, die konkret zur Durchführung von Optimierungen ausgenutzt werden, periodisch unter Berücksichtigung der neuen Zustandsinforma­ tion wiederholt wird, um zu überprüfen, ob das bereits berechnete Optimum weiterhin gilt oder doch verbessert werden kann, wobei im letzteren Fall vor­ zugsweise nach dem Ergebnis der neuen Optimierung gearbeitet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslastung von Ressourcen, bspw. in Form von Bedienern, Hilfsvorrichtungen, Transporteinrich­ tungen usw. periodisch überprüft wird, und daß vor­ zugsweise, wenn die Auslastung zu hoch oder zu tief ist, eine neue Optimierung durchgeführt wird, um nach Möglichkeit zu einer günstigeren Auslastung zu gelangen.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportsystem zwischen zwei Maschinen oder einer Gruppe von Maschinen rechnermäßig wie ein einer Maschine oder einer Maschinengruppe zugeordneter Rechner behan­ delt wird und einen solchen Rechner aufweist.

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Anwendung von mehreren miteinander kommunizierenden Rechnern zum Betrieb einer Spinnerei, wobei jeder Rechner vorzugsweise jede Aufgabe lösen kann.