DE4303561A1

DE4303561A1 - Verfahren zur Ermittlung von Führungsgrößen für Prozeßsysteme, insbesondere für einen Prozeßregler

Info

Publication number: DE4303561A1
Application number: DE19934303561
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Rogos
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1994-08-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Führungsgrößen für Prozeßsystemen, insbesondere für einen Prozeßregler eines Prozeßregelsystems zum Widerstands punktschweißen oder zum Tiefziehen von Kfz-Karosserieroh teilen.

Bei der Regelung komplexer Prozesse, z. B. beim Wider standspunktschweißen oder Tiefziehen von Automobil-Karos serierohteilen, kann nicht immer auf physikalisch-mathema tisch formulierte Prozeßmodelle zurückgegriffen werden. Deshalb wird in diesen Fällen davon ausgegangen, signifi kante Prozeßgrößen sensorisch zu erfassen und entsprechend ihrem Verlauf, z. B. bei guten und schlechten Qualitätser gebnissen des Produktionsprozesses, zu klassifizieren und zu gewichten, um daraus Prozeßführungsgrößen abzuleiten. Der Prozeßregler hat dann die Aufgabe, den Istwert der Prozeßgrößen bestmöglich an die Führungsgrößen für den i.O.-Prozeß anzunähern.

Bei komplizierten Prozessen wird die Lösung der Regelauf gabe nicht allein dadurch schwierig, daß ein geeigneter Regelalgorithmus festgelegt werden muß, sondern daß die vorgesehene/n Führungsgröße/n nicht empfindlich genug von unterschiedlichen Prozeßzuständen abhängig ist/sind. Da durch können sich keine signifikant unterschiedlichen Streubänder für i.O.- und n.i.O.-Prozesse ergeben und die Möglichkeit der Prozeßführung nach der/den i.O.-Führungs größe/n wird erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem der genannte mögliche Schwachpunkt des oben beschrie benen Regelkonzeptes minimalisiert wird. Insbesondere soll diese Schwierigkeit bei dem bekannten Verfahren zur Be stimmung von Führungsgrößen für einen Prozeßregler für Prozeßregelsysteme mit unbekannten Übertragungsverhalten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Prozeßverhalten numerisch simuliert wird, indem die vorge sehenen Führungsgrößen F_i näherungsweise in Abhängigkeit vom Prozeßstadium und/oder in ihrem zeitlichen Verlauf t während des Prozesses und an verschiedenen Stellen des Prozeßraumes |R³ als _i(t, |R³) berechnet werden, daß dar auf die Abhängigkeit der einzelnen _i von der Prozeßqua lität als _i (t, |R³, Q) ermittelt wird mit

und daß dann durch Vergleich die Ermittlung der Führungs größen F_{i max} erfolgt, für die während der Prozeßlauf zeit T im Mittel die größten betragsmäßigen Änderungen |Δ_i|_max aufgetreten sind.

Vorzugsweise werden die betragsmäßig größten Änderun gen der Führungsgrößen ermittelt zu:

Vorteilhafterweise erfolgt die numerische Simulation des Prozeßverhaltens mittels eines auf der Finite-Elemente- Methode basierenden Simulationssystems zur Simulation der Blechumformung und zur zielsicheren Auslegung von Werkzeu gen für den Tiefziehprozeß. Hierbei werden für die ein zelnen Prozeßzustände die festgelegte/n Führungsgröße/n überprüft und die bestgeeigneten Meßorte ermittelt.

Mittels Variation der Ortskoordinaten im Prozeßraum können bei räumlich ausgedehnten Prozessen für |ΔG_i|_max die Orts koordinaten x_{i max}, y_{i max}, z_{i max} ermittelt werden, für die |ΔG_i|_max ein örtliches Maximum annimmt.

Ist beispielsweise für die Regelung des Tiefziehprozesses die Bewegung des Bleches zwischen Matrize und Niederhalter als signifikante Führungsgröße festgestellt worden, kann durch Simulation, z. B. mit der Methode der finiten Ele mente festgestellt werden, ob die Prozeßgröße selbst oder ihre zeitlichen Ableitungen in besonders vorteilhafter Weise verwendet werden können.

Weiterhin kann aus der Simulationsrechnung abgeleitet wer den, an welchen Stellen des Werkzeugs eine sensorische Er fassung dieser Größe in wirkungsvoller Weise zu erwarten ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich insbesondere bei der Fertigung unterschiedlicher Werkstücke auf der gleichen Maschine und bei teuren Werkzeugen und Vorrich tungen als vorteilhaft, da eine experimentelle Ermittlung der optimalen Führungsgröße/n und der Meßstellen für die Sensoren während des Fertigungsanlaufs sehr hohe Kosten verursacht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß be reits bei der Konstruktion der Werkzeuge aufgrund der Si mulationsergebnisse geeignete konstruktive Maßnahmen zum Einbau der Sensoren getroffen werden können.

Das angegebene Verfahren der Verwendung von Simulations rechnungen zur Festlegung geeigneter Führungsgrößen und Meßstellen eignet sich weiterhin vor allem zur Regelung von verfahrenstechnischen Prozessen mit dreidimensionaler Er streckung, insbesondere wenn eine Vielzahl von Sensoren in räumlicher Anordnung erforderlich ist, um den Prozeßver lauf zu überwachen.

Der vorteilhafte Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aus den in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Beispielen ablesbar. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1a und 1b ein Beispiel der Streubereiche der Füh rungsgröße bei hoher bzw. niedriger Em pfindlichkeit und

Fig. 2a und 2b ein Beispiel des Verlaufes der Führungs größe mit nur kurzzeitig bzw. dauerhaft signifikanten Unterschieden der i.O./n.i.O.-Verläufen.

In den Diagrammen der Fig. 1a, 1b, 2a und 2b sind jeweils _i über t aufgetragen, wobei in Fig 1a die Streubereiche als von einander getrennt angeordnete Streubänder der i.O.- und n.i.O.-Prozesse (hohe Empfindlichkeit) und in Fig. 1b sich überschneidende Streubänder der i.O.- und n.i.O.-Pro zesse (geringe Empfindlichkeit) wiedergegeben sind.

Die Fig. 2a und 2b verdeutlichen den Verlauf der Führungs größe während der Prozeßlaufzeit T für nur kurzzeitig si gnifikante Unterschiede bzw. signifikante Unterschiede der der i.O.-/n.i.O.-Verläufe über die gesamte Prozeßzeit.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung von Führungsgrößen für Prozeß systeme, insbesondere für einen Prozeßregler eines Prozeßregelsystems zum Widerstandspunktschweißen oder zum Tiefziehen von Kfz-Karosserierohteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßverhalten numerisch simuliert wird, indem die vorgesehenen Führungsgrößen F_i näher ungsweise in Abhängigkeit von Prozeßstadium und/oder in ihrem zeitlichen Verlauf t während des Prozesses und an verschiedenen Stellen des Prozeßraumes |R³ als _i (t, |R³) berechnet werden, daß darauf die Abhängig keit der einzelnen _i von der Prozeßqualität als _i (t, |R³, Q) ermittelt wird mit und daß dann durch Vergleich die Ermittlung der Füh rungsgrößen F_{i max} erfolgt, für die während der Pro zeßlaufzeit T im Mittel die größten betragsmäßigen Än derungen |Δ_i|_max aufgetreten sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betragsmäßig größten Änderungen der Führungsgrößen ermittelt werden zu:

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Simulation des Prozeßverhaltens mittels eines auf der Finite-Elemente-Methode basierenden Si mulationssystems zur Simulation der Blechumformung und -zielsicherung Auslegung von Werkzeugen für den Tief ziehprozeß durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Variation der Ortskoordinaten im Prozeßraum bei räumlich ausgedehnter Prozesse für |ΔG_i|_max die Ortskoordinaten x_{i max}, y_{i max}, z_{i max} ermittelt werden, für die |ΔG_i|_max ein örtliches Maximum annimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Simulationsrechnung abgeleitet wird, an wel chen Stellen des Werkzeugs eine sensorische Erfassung dieser Größe in wirkungsvoller Weise zu erwarten ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsrechnungen zur Festlegung geeigneter Führungsgrößen und Meßstellen zur Regelung verfahrens technischer Prozesse mit dreidimensionaler Erstreckung eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsrechnungen zur Festlegung geeigneter Führungsgrößen und Meßstellen eingesetzt werden, wenn eine Vielzahl von Sensoren in räumlicher Anordnung erforderlich ist, um dem Prozeßverlauf zu überwachen.