DE69402877T2

DE69402877T2 - Verfahren und vorrichtung zur statistischen echtzeitprozessüberwachung eines standpressvorganges

Info

Publication number: DE69402877T2
Application number: DE69402877T
Authority: DE
Inventors: Suresh Mangrulkar
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2014-09-02
Also published as: EP0716761B1; EP0716761A1; AU694443B2; WO1995006903A1; DE69402877D1; AU7505594A; ES2100737T3; US5423199A; CA2168973A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verfahrensüberwachung und insbesondere auf statistische Echtzeit-Verfahrensüberwachung für eine Ziehpresse. Trotz des Aufkommens der Kunststofftechnologie stellt Metallblech nach wie vor das Hauptmaterial dar, das zur Herstellung einer Autokarosserie verwendet wird.
Karosserieteile aus Blech, wie etwa Kotflügel und Seitenverkleidungen, werden unter Verwendung üblicher Stanzverfahren hergestellt. Beim Versuch, die Betriebskosten zu minimieren und die Qualität der Teile zu maximieren, ist es wünschenswert, den Betrieb dieser Pressen zu überwachen, um sicherzustellen, daß das Verfahren unter statistischer Kontrolle bleibt.
Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4,750,131, erteilt an Martinez, ein Verfahren zum Entdecken fehlerhafter Teile in einer progressiven Formstanzmaschine, die eine Anzahl von Formgebungsstationen besitzt, von denen jede ein Formgebungswerkzeug und einen Kraftmeßwandler umfaßt. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Herstellung einer vorher ausgewählten Anzahl von Probenteilen, während Referenz-Kraftdaten aus den Kraftmeßwandlern für eine Anzahl von Verschiebungen gesammelt werden. Die Referenz-Kraftdaten und die Verschiebungsdaten werden in einen Prozessor eingespeist, der eine Referenzkurve für jede der Formgebungsstationen liefert. Produktionskraftdaten werden an den Prozessor geliefert und mit der Kurve für jede Verschiebung und jede der Formgebungsstationen verglichen. Ein fehlerhaftes Teil wird angezeigt, wenn sich die Produktionskraftdaten für mindestens eine der Verschiebungen von den Referenz- Kraftdaten der Referenzkurve um eine vorher festgelegte Differenz unterscheiden.
Das US-Patent Nr. 4,987,528, erteilt an O'Brien, offenbart ein Kennungsanalyse- Kontrollsystem für eine Stanzstation. Eine Referenzkennung wird entwickelt, die gewünschten Kraftwerten bei bestimmten Probepunkten während des RAM-Zyklus entspricht. Die Kraftkennung für aufeinanderfolgende Zyklen der Presse wird dann mit der Referenzkennung verglichen, und die Presse wird im Fall, daß irgendein Probepunkt vom entsprechenden Punkt in der Referenzkennung um mehr als vorher festgelegte Grenzen abweicht, angehalten.
Jedoch sind diese bestehenden Systeme zum Überwachen von Herstellungsprozessen in der Hinsicht starr und unflexibel, als sie sich zum Aufspüren von Problemen auf einen Aspekt, nämlich die Kraftamplitude, verlassen. Beispielsweise lehrt das Patent 4,750,131 das Sammeln von Referenz- und Produktionskraftdaten, um Referenz- und Produktionskraftkurven zu erstellen. Die Produktionskraftkurve wird dann mit der Referenzkraftkurve verglichen, und Differenzen jenseits akzeptabler Grenzen deuten auf Fehler hin. Ähnlich offenbart das Patent 4,987,528 die Steuerung des Betriebes der Presse, der auf dem Vergleich zwischen gewünschten Kraftamplitudenwerten und tatsächlichen Kraftamplitudenwerten basiert. Referenz- und Betriebs-Kraftkennungen werden aus Kraftsignalen erzeugt und miteinander verglichen, um Zustände außerhalb des Toleranzbereichs zu entdecken. Dadurch, daß sich die Analyse auf die Kraftamplitude beschränkt, können jedoch viele Aspekte des Prozesses nicht richtig überwacht werden. Folglich kann das Verfahren aus der statistischen Kontrolle geraten. Das Problem bleibt unentdeckt, bis die nicht akzeptablen Teile, die geformt worden sind, die Fertigungsstrecke verlassen.
Mickowski lehrt in US-Patent 4,734,869 ein Diagnoseverfahren zur Überwachung und Aufzeichnung objektiver Messungen der Maschinenleistungen. Mickowski führt direkte Messungen von Position, Temperatur und Druck als Funktion der Hubposition während eines Produktionszyklus durch. Position, Temperatur und Druck werden jeweils mit einem einzelnen Sensor oder Meßwandler gemessen. Auf der Basis dieser direkten Messungen werden Geschwindigkeits-, Temperatur- und Druckprofile als Funktion der Hubposition während eines Produktionszyklus erzeugt. Ein "laufendes" Profil kann dann visuell über ein "Original"profil gelegt werden. Mickowski vergleicht also laufende, direkte Messungen mit zuvor durchgeführten, direkten Messungen. Im Gegensatz zu Mickowski verwendet die vorliegende Erfindung statistische Echtzeit- Verfahrensüberwachung unter Verwendung des Ermittelns von Kenngrößen, wobei jede Kenngröße einen Parameter repräsentiert, der nicht mittels eines einzelnen Sensors gemessen werden kann. In der Patentschrift WO-A-93/13935 wird ein Prozeßcontroller zur Steuerung und Überwachung einer Presse beschrieben. Der Controller mißt die auf ein Werkstück ausgeübte Kraft und vergleicht diese Kraft mit älteren Kraftdaten, die zu der Position gehören, an der die Kraft gemessen wird. Die älteren Daten werden in der Form von Kontrollfeldern auf der Basis von einem oder mehreren Kennungsfeldern gespeichert, die in Zeiträumen zufriedenstellenden Betriebs der Presse gespeichert wurden. Die Kraftmeßdaten werden mit den Kontrollfeldern verglichen, um Abweichungen beim Betrieb der Presse zu entdecken, und um im Fall einer inakzeptablen Probe den Betrieb der Presse zu steuern. In US-A-4,633,720 wird ein Steuerungssystem für Pressen beschrieben, das eine Anzeige der Pressenlast als Funktion der Zeit, skaliert mit der Geschwindigkeit der Presse, liefert. Die Pressenlast als Funktion der Zeit wird automatisch analysiert, um die Anzahl der Stanzstationen in einer Stanzstrecke und die zu jeder Stanzstation gehörigen Spitzenlasten zu bestimmen und anzuzeigen. Die Spitzenlasten werden mit Grenzwerten verglichen, die teilweise von der Vorgeschichte der Presse abhängen, um den Zustand der Stanzstrecke zu überwachen und um, wenn nötig, die Presse anzuhalten.
Da es viele Faktoren gibt, die die Verfahrenssteuerung und Qualität der Teile beeinflussen, ist es sehr wünschenswert, den Betrieb der Presse unter Verwendung von Parametern zu überwachen, die in Echtzeit aus der Kennung der Presse extrahiert werden können.
Bei jedem Metallstanzverfahren sind die Dicke des Rohteils und der Kaltverfestigungskoeffizient zwei wichtige Merkmale, die die Stanzqualität bestimmen.
Die Dicke des Rohteils ist auch wichtig, um bei Kraftfahrzeugen Sicherheitsstandards einzuhalten, die eine bestimmte Dicke für Automobilkarosserien vorschreiben. Wenn also die Dicke des Rohteils unter ein gewisses Maß fällt, sind alle hieraus hergestellten Teile inakzeptabel und werden zu Ausschuß.
Der Kaltverfestigungskoeffizient ist unter dem Gesichtspunkt der Ziehbarkeit wichtig.
Der Kaltverfestigungskoeffizient kann auf verschiedene Arten gemessen werden, wie etwa mit dem Test begrenzter Kuppelhöhe (limited dome height, LDH), der am Eingangsmaterial durchgeführt wird. Trotz aller von den Herstellern gemachten Qualitätszusagen muß das Eingangsmaterial noch überwacht werden. Dies geschieht üblicherweise in Form von Stichproben an der Stanzanlage. Selbst bei Verwendung von Stichproben können infolge falscher Kaltverfestigungskoeffizienten gelegentlich Brüche in den gestanzten Metallkarosserieseitenteilen aufkommen.
Diese Brüche und Risse ergeben nicht nur eine Menge Ausschuß, sondern führen auch zu Produktionsverzögerungen. Bisher erforderte das Überwachen der Dicke des Stahlvorrates die manuelle Messung der Dicke mit einem Werkzeug, etwa einem Mikrometer, und die Messung des Kaltverfestigungskoeffizienten erforderte eine Laborausrüstung.
Dementsprechend besteht ein Bedarf daran, daß die Dicke des Rohteils und der Kaltverfestigungskoeffizient des Materials unmittelbar, während die Teile hergestellt werden, gemessen werden können, so daß man geeignete Maßnahmen ergreifen kann, die verhindern, daß jegliche defekte Teile oder Produktionsverzögerungen entstehen.
Wie in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 definiert, ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und System zur Verfahrensüberwachung des Betriebs einer Presse zu liefern. Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Stanzpresse geliefert, die ein Stanzwerkzeug mit Patrize und Matrize zum Formen von Teilen aus einem Rohteil umfaßt, wobei das Verfahren die Messung einer Fertigungsvariablen an mindestens zwei vorher festgelegten Hubpositionen des Stempels umfaßt, und die Bestimmung der Abweichung der Variablen von einem Referenzwert an jeder der Positionen, um festzustellen, wenn die Abweichungen Kontrollgrenzwerte überschreiten;
dadurch gekennzeichnet, daß die an den vorher festgelegten Positionen im Pressenhub gemessene Fertigungsvariable die Stanznennkraft ist, und daß das Verfahren ferner die Schritte umfaßt:
Der Berechnung der Abweichungen der Dicke des Rohteils mittels der Berechnung von Veränderungen der mittleren Stanznennkraft, die an den vorher festgelegten Positionen gemessen wird, und
der Berechnung von Abweichungen des Kaltverfestigungskoeffizienten des Materials des Rohteils, indem Veränderungen der Steigung der Stanznennkraft an den vorher festgelegten Orten berechnet werden.
Eine Abweichung (dTh) der Dicke des Rohteils kann, ausgehend von den Betriebsvariablen der Fertigungspresse an den Positionen, nach der Beziehung
dTh = ((ΔLf&sub2;+ΔLf&sub1;)/2)*(Bt)
geschätzt werden, worin ΔLf&sub1; und ΔLf&sub2; als Bruchteile ausgedrückte Abweichungen der Produktions-Betriebsvariablen von den zugehörigen mittleren Pressenvariablen der Ausgangsdaten sind, und Bt die Dicke des Rohteils ist, das zur Herstellung der Teile für die Ausgangsdaten verwendet worden ist. Wiederum kann ein Parameter (dN), der proportional zur Abweichung des Kaltverfestigungskoeffizienten ist, nach der Beziehung
dN = (ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;)
geschätzt werden, worin ΔLf&sub1; und ΔLf&sub2; als Bruchteile ausgedrückte Abweichungen der Produktions-Betriebsvariablen von den zugehörigen mittleren Pressenvariablen der Ausgangsdaten sind.
Die Erfindung umfaßt zur Durchführung des Verfahrens auch ein System, das eine Vorrichtung zur Messung einer mittleren Pressen-Betriebsvariablen für Ausgangsdaten an mindestens zwei vorgewählten Hubpositionen des Stempels umfaßt, während eine vorher festgelegte Anzahl von Teilen für die Ausgangsdaten hergestellt werden; eine Vorrichtung, um eine Betriebsvariable der Fertigungspresse an diesen Positionen zu messen, während die Fertigungsteile hergestellt werden; eine Vorrichtung, um Betriebsgrenzen für Betriebsparameter der Fertigung festzulegen, die auf den mittleren Pressenvariablen der Ausgangsdaten basieren, wobei die Betriebsgrenzwerte Grenzen darstellen, innerhalb deren das Stanzverfahren unter Kontrolle ist oder akzeptable Teile produziert; eine Vorrichtung, um die Betriebsvariablen der Presse zu verarbeiten und in Echtzeit Betriebsparameter für die Fertigung zu erhalten; und eine Vorrichtung, um die Betriebsparameter für die Fertigung mit den Betriebsgrenzen zum Zweck der Verfahrenssteuerung zu vergleichen.
Aus der vorliegenden Erfindung ergeben sich zahlreiche Vorteile. Beispielsweise erlaubt das Verfahren der Erfindung das direkte Erfassen inakzeptabler Rohteildicken und des Kaltverfestigungskoeffizienten bei laufendem Verfahren, während die Teile hergestellt werden. Folglich kann der Betreiber der Presse feststellen, ob korrigierende Maßnahmen ergriffen werden müssen&sub1; und diese Maßnahmen vor der Herstellung defekter Teile und vor dem Eintritt unnötiger Produktionsverzögerungen einleiten. Zusätzlich wird die Einheitlichkeit der Stanzteile verbessert, wodurch insgesamt die Passung und die Oberflächengüte der Automobil-Karosserieteile verbessert werden. Dies führt auch zu merklichen Kostenersparnissen, die sich aus der Reduktion von Ausschuß und Umarbeiten ergeben. Weiterhin lassen sich Abweichungen von vorgegebenen Verarbeitungsparametern schnell identifizieren, was die Ausfallzeit der Presse reduziert. Die Verfahrensüberwachung nach der vorliegenden Erfindung verbessert auch die Zuverlässigkeit des Potentials von Vorläufen und liefert Flexibilität bei der Herstellung.
Ausführungen der Erfindung werden nun detaillierter mittels Beispielen beschrieben, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
Abbildung 1 eine perspektivische Ansicht einer typischen Fertigungsstrecke einer Presse darstellt, einschließlich eines Systems zur Verfahrensüberwachung, um den Betrieb der Presse nach der vorliegenden Erfindung zu überwachen;
Abbildung 2 eine perspektivische Ansicht einer Presse, wie etwa einer in Abbildung 1 gezeigten zweistufigen Ziehpresse, darstellt;
Abbildung 3 ein Blockdiagramm der Hauptprogrammodule der Strategie der vorliegenden Erfindung darstellt;
die Abbildungen 4a-4b eine Darstellung von Bildschirmanzeigen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung darstellen, die eine Anzahl von Kenngrößen veranschaulichen, die aus einer Pressenkennung und den damit verbundenen diagnostischen Bildern der statistischen Verfahrenssteuerung gewonnen werden;
die Abbildungen 5a-5b ein Fließdiagramm zeigen, das eine Verfahrensüberwachungsstrategie nach der vorliegenden Erfindung ausführlich darstellt;
Abbildung 6 ein Schaubild darstellt, das die Diagnose und Entdeckung von inakzeptablen Teilen veranschaulicht, auf der Basis der Verfahrensüberwachung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aber mit der äußeren Nennkraft als gewonnener Kenngröße;
Abbildung 7 ein Fließdiagramm darstellt, das die Schritte zur Überwachung der Rohteildicke und des Kaltverfestigungskoeffizienten aus Stanznennkraftmessungen nach der vorliegenden Erfindung detailliert zeigt;
die Abbildungen 8a-8b eine Veranschaulichung von Bildschirmanzeigen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung darstellen, die eine Vielzahl von Kenngrößen veranschaulichen, einschließlich Abweichungen der Dicke des Rohteils und des Kaltverfestigungskoeffizienten, die aus einer Pressenkennung und den damit verbundenen diagnostischen Bildern der statistischen Verfahrenssteuerung gewonnen werden; und
Abbildung 9 eine graphische Aufzeichnung von Stanznennkraft gegen Stanzposition für einen Blechbestand für die Ausgangsdaten und eine neue Charge Blechbestand darstellt, die eine Drift in der Stanznennkraft veranschaulichen.
Nun wird unter Bezugnahme auf Abbildung 1 eine perspektivische Ansicht einer typischen Fertigungsstrecke einer Presse gezeigt, die allgemein mit der Referenzziffer 10 gekennzeichnet ist. Wie gezeigt, umfaßt die Fertigungsstrecke der Presse eine Vielzahl von Pressen 14-24, von denen jede während eines Produktionszyklus einen bestimmten Metallformgebungsschritt an einem Materialrohteil durchführt. Beispielsweise könnten die Pressen nacheinander die folgenden Metallformgebungsschritte durchführen: Zweistufiges Ziehen, Randbeschnitt und Lochen, Nocke flanschen/formen/beschneiden, Nocke flanschen/lochen, Nocke flanschen/lochen/zurückstreichen und Nocke umbiegen/lochen/formen.
Wie in Abbildung 2 gezeigt, umfaßt eine zweistufige Ziehpresse 14 einen oberen Preßtisch 26, einen oberen Prägestempel 28, einen unteren Preßtisch 30 und einen unteren Prägestempel 32. Da die Presse 14 üblicherweise von unten angetrieben wird, befindet sich ein (nicht eigens abgebildeter) Motor unter dem Pressensockel 34. Bekanntlich befindet sich in der Presse 14 eine Anzahl von Zugstäben, die von dem Motor nach oben an eine Kurbelwelle reichen, um den oberen Preßtisch und den oberen Prägestempel in Abwärtsrichtung zu bewegen. Dehnungsmeßfühler sammeln während des Betriebs der Presse Daten und können an einer Anzahl von Stellen in der Presse angebracht werden, wie etwa an den Zugstäben, den Säulen der Presse oder den Schubstangen. Vorzugsweise werden die Dehnungsmeßfühler so nahe wie möglich an der Stanzform angebracht. Die Presse umfaßt auch einen Kodierer zur Messung der Hubpositionen der beiden Stempel der Presse, der nicht speziell abgebildet ist. Wenn ein Materialrohteil, wie etwa ein Blech, in die Presse 14 gebracht wird, wird der obere Preßtisch nach unten bewegt und klemmt das Blech fest. Der obere Stempel bewegt sich weiter abwärts und bildet zusammen mit dem unteren Stempel das Formteil.
Unter erneuter Bezugnahme auf Abbildung 1 umfaßt die Fertigungsstrecke der Presse auch ein System 12 zur Verfahrensüberwachung. Obwohl nur ein System zur Verfahrensüberwachung gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Systemen zur Verfahrensüberwachung benutzt werden. Das System 12 zur Verfahrensüberwachung führt ein Überwachungsprogramm zum Überwachen des Betriebs der einzelnen Pressen 14-24 auf der Basis von Daten aus, die von den Pressen empfangen werden, wie etwa von den Dehnungsmeßfühlern. Das System liefert auch allgemeine Verfahrenskontrollinformation, wie hierin nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird. In der bevorzugten Ausführung ist das Programm zur Verfahrensüberwachung so ausgelegt, daß es einem Benutzer ermöglicht, auf einfache Weise Daten aus einer Presse oder einer ähnlichen Maschine zu ermitteln, während es die Qualität der gerade produzierten Teile überwacht. Das Programm zur Verfahrensüberwachung versetzt den Benutzer auch in die Lage, die Daten in verschiedenen Formaten erneut zu untersuchen, verschiedene Experimente durch Variieren der Erfassungsparameter zu erzeugen und die Daten effizient zu speichern. Die Benutzerschnittstelle des Programms zur Verfahrensüberwachung verwendet Bildschirm-Fenstertechnik und Manipulationsroutinen. Vom Benutzer wählbare Befehle sind in Menüs und Untermenüs gegliedert, die mit Hilfe der Pfeiltasten auf einer (nicht speziell gezeigten) Tastatur oder eines anderen Eingabegerätes durchquert werden können. Das Überwachungsprogramm, das vorzugsweise in der Programmiersprache C geschrieben ist, greift für Funktionen mit allgemeinem Zweck, Datenanalyse und graphische Darstellung und ähnliches auf eine Auswahl von Bibliotheken zurück. Das Überwachungsprogramm läuft auf jedem Standardcomputer, wie etwa einem IBM oder dazu kompatiblen Rechner, der mit einer Analog/Digital(A/D)-Karte zur Datenerfassung ausgerüstet ist, wie etwa jene mit der Teilenummer DAS16F, die kommerziell von Metrabyte erhältlich ist. Der Computer hat vorzugsweise auch mindestens 640 K Hauptspeicher (RAM) und eine EGA- kompatible Farbgraphikkarte samt Bildschirm. Als Speichermedium ist eine Festplatte vorzuziehen, wie auch ein Fließkomma-Koprozessor, da ein großer Teil des Überwachungsprogramms sehr rechenintensiv ist.
Nun kann unter Bezugnahme auf Abbildung 3 das Überwachungsprogramm in eine Anzahl größerer begrifflicher Module je nach deren Funktion und Verbindung mit der Tool-Bibliothek unterteilt werden. Diese Module umfassen die Benutzerschnittstelle, die Datenerfassung, die Datenanalyse, die Datenanzeige und die Dateiein-/ausgabe. Das Modul für die Benutzerschnittstelle verwendet Fenstertechnik und Anzeigen zur Dateneingabe und besteht aus einem Hauptmenü mit verschiedenen Untermenü- Auswahlmöglichkeiten, die den Bereich der Funktionen abdecken, die zur Überwachung eines Herstellungsprozesses nach der vorliegenden Erfindung verfügbar sind. Die Punkte des Untermenüs umfassen Setup, System, Datei, Ausführen, Kennung und Verlauf.
Der Menüpunkt Setup ermöglicht es dem Benutzer, beliebige Parameter oder vom Benutzer gelieferte Information, die zur Datenerfassung notwendig ist, zu verändern und anzuzeigen. Unter Setup kann der Benutzer die Information definieren, die die statistische Verfahrensüberwachung regelt. Beispielsweise kann der Benutzer die Größen von Ausgangsdaten- und Untergruppenproben, die Referenzteil-Nummer und die sigma-Verhältnisse für Kontroll- und Qualitätsgrenzwerte angeben. Der Benutzer kann auch Eichoperationen unter Setup durchführen, die Spannungs-Rohsignale von Sensoren vor der Umwandlung in die jeweiligen technischen Einheiten korrigieren. Dies ermöglicht es dem Benutzer, eine mögliche Drift in den von den Sensoren erzeugten Spannungen zu korrigieren oder das Vorhandensein unterschiedlicher Sensortypen, die verschiedene Ausgangsspannungen liefern, zu kompensieren. Vorzugsweise wird dem Benutzer ein Menü angeboten, das die Analog-Einlesedaten, die Rohspannung, den Verstärkungsfaktor, den Offset, die korrigierte Spannung und die berechnete Anzeige in technischen Einheiten für jeden Kanal anzeigt. Jeder Kanal stellt eine individuelle Eingabequelle des Systems von einem an einer Presse befindlichen Sensor dar. Die Daten aus dem Kanal werden zuerst von der A/D- Wandlerkarte in einen zugehörigen analogen Datenwert (ADV) umgewandelt, eine vorzeichenlose 2-Byte Ganzzahldarstellung des analogen Spannungssignals aus dem Sensor. Da die Wandlerkarte einen 10 Volt-Spannungsbereich mit 12 Bit Auflösung besitzt, liegt der analoge Datenwert zwischen 0 und 4096, worin 1 ADV 10/4096 Volt entspricht.
Weiter ermöglicht die Setup-Routine dem Benutzer, die Merkmale jedes Kanals einzusehen und zu ändern, indem Namen, Einheiten und Umrechnungsgleichungen verändert werden. Der Benutzer kann auch die Merkmale der vorgegebenen Kenngrößen einsehen und ändern, indem er die gewünschten Kenngrößen, die aus der Verfahrenskennung gewonnen werden, definiert. Zum Zweck dieser Erörterung ist eine Kenngröße ein durch direkte Messung erhaltener Wert oder ein solcher, der mit irgendeiner Art von Berechnung aus den erfaßten Daten von einem oder mehreren Kanälen gewonnen wurde. Vorzugsweise werden solche Kenngrößen festgelegt, die die Qualitätsparameter des Teils direkt beeinflussen. Beispielsweise könnte die maximale Stanznennkraft als Kenngröße eingeordnet werden, da sie die Qualität einer Typenlinie eines Kotflügels direkt beeinflussen könnte. Eine Kenngröße sollte auch in bezug auf das Verfahren eine physikalische Bedeutung haben und/oder an der Presse einstellbar sein. Dies erleichtert die Diagnose an der Presse und das Ergreifen korrigierender Maßnahmen, wenn die Bedingungen außer Kontrolle (d.h. außerhalb der Qualitätsgrenzwerte) geraten. Beispielsweise ist die Einstellung der maximalen Stanznennkraft auch ein Setup-Parameter, der an der Presse nachgeregelt werden kann, wenn er außer Kontrolle gerät. Preßtisch- (d.h. äußere) Nennkraft, Stanz- (d.h. innere) Nennkraft, die Nennkraftverteilung um die Ecken der Presse herum und die Nennkraft des Stickstoffdrucks sind typische Beispiele für Kenngrößen, die direkte Sensormessungen darstellen, während ein Parameter, der die Schwankung der Dicke des Rohteils darstellt, die aus der Stanznennkraft an verschiedenen Punkten berechnet werden kann, ein Beispiel für eine berechnete Kenngröße ist.
Der Durchschnittsfachmann sollte es zu schätzen wissen, daß die Fähigkeit, den Betrieb der Presse mittels einer Vielzahl von benutzerdefinierten und -spezifizierten Kenngrößen zu überwachen, anstatt sich, wie bei der Problemsuche nach dem bisherigen Stand der Technik üblich, auf die Verwendung eines einzigen Aspekts (d.h. Kraftamplitude) zu beschränken, viele Vorteile bietet. Da zum Beispiel eine Vielzahl von benutzerspezifizierten Kenngrößen überwacht wird, können viele verschiedene Probleme früher als bei bereits bestehenden Systemen diagnostiziert und/oder entdeckt werden. Zusätzlich wird die Einheitlichkeit der Stanzteile verbessert, wodurch insgesamt die Passung und die Oberflächengüte der Automobil- Karosserieteile verbessert werden. Dies führt auch zu greifbaren Kostenersparnissen, die sich aus der Reduktion von Ausschuß und Umarbeiten ergeben. Die Analyse der Verfahrenskennungen nach der vorliegenden Erfindung meldet bevorstehenden Wartungsbedarf, so daß vorbeugende Wartung der Ausrüstung erleichtert wird.
Weiterhin werden Abweichungen von vorgegebenen Verarbeitungsparametern schnell identifiziert, was die Ausfallzeit der Presse reduziert. Die Verfahrensüberwachung nach der vorliegenden Erfindung verbessert auch die Zuverlässigkeit des Potentials von Vorläufen und liefert Flexibilität bei der Herstellung. Verschiedene Kenngrößen können dazu verwendet werden, um verschiedene Probleme zu diagnostizieren und zu entdecken. Beispielsweise kann die Überwachung der Spitzennennkraft zwischen Stempelhüben dazu dienen, die Betriebstauglichkeit der Stickstoffzylinder der Presse zu überprüfen, während die Überwachung der von der Stanzform verrichteten Tätigkeit dazu dienen kann, die Materialeigenschaften des Blechs zu überprüfen. Folglich liefert die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, Probleme früher als bei bereits bestehenden Systemen zu diagnostizieren und zu entdecken. Zusätzlich kann der Benutzer für die Kenngrößen Namen, Einheiten, Mittelwerte und Standardabweichungen von Ausgangsdaten modifizieren und obere und untere Qualitätsgrenzwerte festlegen.
Die Setup-Routine ermöglicht dem Benutzer außerdem, die Parameter der Datenerfassung zu verändern, wie etwa die Erfassungsrate und die Anzahl der Probennahmen bei der Datenerfassung je Schlag, die Vor- und Nach-Trigger und ihre Werte zur Datenerfassung wie auch den Triggerwert des Offsets. Ein "Schlag" stellt die vollständige Auf- und Abbewegung des inneren und äußeren Stempels der Presse dar. Weiterhin ermöglicht die Setup-Routine dem Benutzer, das automatische Abspeichern zu aktivieren oder zu desaktivieren, die Anzahl der Schläge je Datendatei und die Anzahl der Dateien, die während der Verfahrensüberwachung gespeichert werden sollen, zu verändern. Der System-Menüpunkt umfaßt Befehle, die verfügbar sind, um Funktionen auf DOS-Ebene auszuführen, indem das MPM- Überwachungsprogramm verlassen oder eine DOS-Shell erzeugt wird.
Unter dem Menüpunkt Datei hat der Benutzer Zugriff auf alle im MPM-System verfügbaren Dateimanipulationen. Es gibt verschiedene Typen von Dateien, die jeweils verschiedene Arten von Information enthalten und durch die Namen ihrer Erweiterung unterschieden werden.
Die Datendatei-Ein- und -ausgabe erledigt sowohl Lesen als auch Schreiben von Datendateien, die vorzugsweise automatisch nach einer vorgegebenen Anzahl von Schlägen erzeugt werden, was es ermöglicht, die Datenerfassung über lange Zeit unbeaufsichtigt laufenzulassen. Vorzugsweise speichert die Datendatei nicht nur die Daten selbst, sondern auch die Einstellungen, die zum Zeitpunkt der Erzeugung der Datei aktuell waren, und die Ausgangsdaten, die während der Verfahrensüberwachung verwendet wurden. Nachdem eine Datendatei erfolgreich eingelesen worden ist, werden andere verfügbare Menüpunkte, z.B. das Untermenü Verlauf, aktiviert. Zusätzlich zum Lesen und Schreiben kompletter Datendateien ermöglicht das MPM-System sowohl Lesen als auch Schreiben einzelner Dateien je Schlag.
Die Ausgangsdaten-Dateiein- und -ausgabe betrifft sowohl das Lesen als auch das Schreiben von Ausgangsdatendateien, die eingelesen werden, um als Basis für die Verfahrensüberwachung zu dienen, und einen Bezugspunkt liefern, an dem man beurteilen kann, ob Kenngrößen ober- oder unterhalb berechneter Grenzwerte liegen. Nachdem die Ausgangsdaten erfaßt worden sind, berechnet das System Durchschnittswerte, Standardabweichungen und ähnliches für die Kenngrößen und schreibt dieselben in eine geeignete Datei. Vorzugsweise enthält die Ausgangsdaten- Datei auch die Einstellungen, die zur Zeit, als die Ausgangsdaten-Datei angelegt wurde, aktuell waren. Sobald die Ausgangsdaten-Datei erfolgreich eingelesen worden ist, kann die Verfahrensüberwachung beginnen, die nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird.
Die Einstellungs-Dateiein- und -ausgabe bewerkstelligt sowohl Lesen als auch Schreiben von Einstellungs-Dateien. Vorzugsweise enthalten die Einstellungs-Dateien die benutzerspezifizierte Vorspann-Information, die SPC-Parameter, Erfassungsparameter, Parameter zum automatischen Abspeichern, Signal- und Kenngrößennamen, Verstärkungsfaktoren und Umrechnungsdaten.
Der Menüpunkt Ausführen der Benutzerschnittstelle ist mit dem Datenerfassungs- Modul verbunden, der die Ausgangsdaten- und Verfahrensüberwachungs- Untermodule umfaßt, wie in Abbildung 3 gezeigt. In der bevorzugten Ausführung umfaßt der Menüpunkt Ausführen fünf Untermenüpunkte: Ausgangsdaten-Erfassung; Verfahrensüberwachung; Manuelle Datenerfassung; Stempel-Einstellung und Ereignisprotokoll. Jeder wird in verschiedenen Situationen, die während der Datenerfassung auftreten, benötigt.
Die Ausgangsdaten-Erfassung liest die Anzahl der Schläge ein, die als Ausgangsdaten-Probengröße (z.B. 50) spezifiziert worden ist, berechnet damit zusammenhängende statistische Information, wie etwa Mittelwert und Standardabweichung, und erzeugt auch eine einzelne Datei für jeden Schlag. Da die Erfassung der Ausgangsdaten eine Vorbedingung für die Auswahl des Untermenüpunkts Verfahrensüberwachung ist, wird die Ausgangsdaten-Erfassung normalerweise zu Beginn einer Verfahrensüberwachungs-Sitzung laufenlassen (oder von einer Datei eingelesen). Ausgangsdaten erzeugt einen geteilten Bildschirm: Links wird ein allgemein mit Referenzziffer 36 bezeichneter Unterbildschirm mit Kenngrößen angezeigt, der die Kenngrößen jedes Schlags enthält; rechts wird ein allgemein mit Referenzziffer 38 bezeichneter Unterbildschirm mit mittleren und Standardabweichungen für jede Kenngröße angezeigt, wie in Abbildung 4a gezeigt.
Vor dem Start der tatsächlichen Produktion und Verfahrensüberwachung sollten die Stanzformen initialisiert und korrekt ausgerichtet werden. Während der Initialisierung der Stanzformen werden eine geeignete Initialisierungsdatei und eine Ausgangsdatendatei eingelesen. Sobald der neue Satz von Stanzformen in der Presse eingebaut ist und ein Teil hergestellt wird, vergleicht das System zur Verfahrensüberwachung die Information aus dem einzelnen Schlag mit Referenz- Ausgangsdaten. Wenn ein Zustand außerhalb der Grenzwerte auftritt, wird dies visuell hervorgehoben, und der Betreiber sollte korrigierende Maßnahmen ergreifen. Der obige Zyklus wird solange fortgesetzt, bis die Stanzform korrekt ausgerichtet ist. Üblicherweise sind die Grenzwerte für die Einstellung strenger als die Kontrollgrenzwerte bei der tatsächlichen Produktion.
Verfahrensüberwachung, die komplexeste der Datenerfassungsroutinen, erzeugt vorzugsweise einen individuellen Bildschirm, der allgemein mit der Referenzziffer 40 bezeichnet ist und ein Blockdiagramm der Presse und eine Anzeige von Kenngrößen enthält, wie etwa Gesamtnennkraft und Zyklusdauer, wie am besten aus Abbildung 4b ersichtlich wird. Wie gezeigt, ist das Blockdiagramm der Presse in Felder unterteilt, von denen jedes die verschiedenen inneren und äußeren Ecken der Presse darstellt und normalerweise weiß gefärbt ist. Wenn eine überwachte Kenngröße sich außerhalb der angegebenen Kontrollgrenzwerte befindet, ändert das Feld seine Farbe. In der bevorzugten Ausführung umfassen die Betriebsgrenzwerte Kontrollgrenzwerte und Qualitätsgrenzwerte. Während der Verfahrensüberwachung werden statistische Verfahrensüberwachungs-Diagramme, wie etwa ein Xquer- Diagramm, das in Abbildung 4b allgemein mit der Referenzziffer 42 bezeichnet ist, und ein R-Diagramm, das in Abbildung 4b allgemein mit der Referenzziffer 44 bezeichnet ist, für jedes angezeigte Feld erzeugt und aktualisiert.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Abbildung 4b bezeichnen die Flächen des Xquer-Diagramms, die allgemein mit 42a bezeichnet sind, eine Kenngröße, die unter Kontrolle ist, und die Flächen des Diagramms, die allgemein durch 42b bezeichnet sind, eine Kenngröße, die die Kontrollgrenzwerte überschritten hat, aber innerhalb der Qualitätsgrenzwerte (d.h. innerhalb akzeptabler Toleranzwerte) liegt. Das Überschreiten der Kontrollgrenzwerte bedeutet, daß das Verfahren nicht unter statistischer Kontrolle ist und weist auf die Anwesenheit einer besonderen Ursache für übermäßige Schwankungen hin. Damit ein Verfahren als unter Kontrolle befindlich gilt, sollten alle Kenngrößen innerhalb der Kontrollgrenzwerte liegen. Das Überschreiten der Qualitätsgrenzwerte bedeutet, daß ein Verfahren Teile produziert, die die Spezifikationen nicht erfüllen. Das Xquer-Diagramm 42 in Abbildung 4b zeigt die Nennkraftdaten, die während der Verfahrensüberwachung für die linke hintere äußere Ecke (OTLR) der Presse erfaßt worden sind, in Beziehung zu den Kontrollgrenzwerten und den Qualitätsgrenzwerten, die basierend auf dem Mittelwert und der Standardabweichung, die zu den vorher erfaßten Ausgangsdaten gehören, bestimmt worden sind.
Die Manuelle Datenerfassung wird vor allem für die Diagnose eines Problems mit der Presse verwendet. Während der manuellen Datenerfassung werden Daten für die Kenngrößen aus einem Pressenschlag erfaßt und graphisch dargestellt.
Unter Ereignisprotokoll überwacht das MPM-System den aktuellen Verfahrensverlauf für ein bestimmtes Ereignis, wie etwa ein Nennkraftwert, der irgendeinen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Der Benutzer kann ein Ereignis aus einer Liste von Standard-Ereignissen auswählen oder selbst ein Ereignis angeben. Sobald das MPM-System das Auftreten des angegebenen Ereignisses entdeckt hat, wird eine Zeitmarke zusammen mit einer Beschreibung des Ereignisses in einer Datei aufgezeichnet.
Um die Datenerfassung zu starten, gibt der Benutzer einen zu überwachenden Kanal für die Kenngrößenwerte an, die die Datenerfassung starten und beenden (d.h. jeweils Vor- und Nachtrigger). Zusätzlich zu den Triggerwerten zur Erfassung werden Nennkraft-Offsets bestimmt. Sobald der Preßtisch entladen und gestoppt wird (d.h. bei etwa 356º der Preßtischposition), werden die Nennkräfte der vier äußeren und der vier inneren Ecken jeweils vorzugsweise zehnmal gemessen. Dann wird ein Durchschnitt für jede der acht Ecken berechnet, und diese Werte werden zu Nennkraft-Offsets, die dann von den Spitzennennkräften der Ecken, die während eines Schlags eingelesen werden, abgezogen werden. In der bevorzugten Ausführung werden die Vor- und Nachtrigger unter Verwendung der Stempelposition des äußeren Preßtisches, gemessen in Zoll, festgelegt. Wenn ein manueller Schlag angefordert wird oder eine Ausgangsdaten-Messung gefahren wird, messen die Erfassungsroutinen kontinuierlich den angegebenen Kanal, bis der Vortriggerwert gefunden wird und die Datenerfassung beginnt. Sobald der Vortriggerpunkt für die Datenerfassung gefunden ist, werden die Kanäle kontinuierlich gemessen, bis eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Speicherüberlauf; die gewünschte Anzahl von Probewerten ist gesammelt worden; oder der Nachtriggerwert ist gefunden worden.
Es sollte anerkannt werden, daß der Grad der Genauigkeit, den diese Triggermethode liefert, davon abhängt, wie schnell sich die Spannung an den Triggerkanälen ändert, wie auch von der inhärenten Geschwindigkeit der Datenerfassungssoftware und der Maschine, auf der diese läuft. Natürlich gibt es eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem erkannt wird, daß der Wert am Kanal dem Triggerwert entspricht, und dem Zeitpunkt, zu dem der Sprung zur tatsächlichen Datensammelroutine durchgeführt wird. Zusätzlich gibt es eine Verzögerung, die der Datenerfassungsroutine selbst inhärent ist, in Abhängigkeit davon, wie viele Kanäle gemessen werden und wie schnell die Software ausgeführt wird.
Wenn zum Beispiel der Vortriggerwert am Abwärtshub des Preßtisches auf die 4"- Marke gesetzt ist, wird der erste Datenpunkt üblicherweise irgendwo zwischen 3,9" und 3,75" erfaßt. Wenn man zuläßt, daß die Erfassung so lange läuft, bis die Probenspeicherfläche gefüllt ist, kann der Nachtriggerpunkt mit viel höherer Genauigkeit bestimmt werden, da die Speicherfläche bis exakt zu dem Punkt durchsucht werden kann, an dem die Probewerte dem Nachtriggerwert entsprechen.
Wenn der Zustand des Speicherüberlaufs vor der Entdeckung des Nachtriggerwertes auftritt, ist die Datenprobe in bezug auf die Wünsche des Benutzers unvollständig. Vorzugsweise geht die Datenerfassung nach dem Entdecken des Nachtriggerwertes weiter, vorausgesetzt, es ist genügend Speicher vorhanden. Die gespeicherten Daten werden dann auf die Anzahl der vom Benutzer angeforderten Proben oder beim Nachtriggerwert abgeschnitten. Diese Daten werden als "Rohdaten" angesehen und bestehen aus einer Abfolge [(# von Kanälen)*(Probengröße)] von ganzen Zahlen (z.B. 2-Byte-Werten), die nacheinander in einem Speicherbereich abgelegt werden.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Abbildung 3 verwendet das Datenanzeigemodul die Menüpunkte Kennung und Verlauf. Der Menüpunkt Kennung ermöglicht es dem Benutzer, auf irgendeinen Kanal, der während eines Schlages (Ausgangsdaten- oder manuelle Messung) aufgezeichnet wurde, zuzugreifen und die Daten graphisch auf dem Bildschirm anzuzeigen. Die Anzeigeoptionen umfassen die Möglichkeit, daß der Benutzer Kanaldaten von bis zu vier verschiedenen Signalen gleichzeitig aufzeichnen kann, oder die Möglichkeit, daß der Benutzer Kanaldaten miteinander korreliert, indem dem Benutzer die Möglichkeit gegeben wird, einen Kanal längs der X-Achse des Graphen und einen anderen Kanal längs der Y-Achse aufzutragen. Letztere Option ist besonders nützlich für die Visualisierung der Arbeitskurve je Hub versus Nennkraft. Der Menüpunkt Verlauf ermöglicht dem Benutzer, Schläge und Untergruppen darzustellen, einen Alarmbericht anzuzeigen und SPC-Diagramme anzuzeigen. Die Option Zeichnen ermöglicht es dem Benutzer, auszuwählen, über welchen Datentyp (d.h. Ausgangsdaten- oder tatsächliche Verfahrensüberwachung) eine Übersicht des Verlaufs erstellt werden soll, und sie ermöglicht dem Benutzer, bis zu drei Kanäle oder Kenngrößen, die aufgetragen werden sollen, anzugeben. Die Kanäle werden, wenn möglich, auf einem Satz von Achsen oder, wenn dies nicht möglich ist, in mehreren Schaubildern aufgetragen.
Die Option Alarmbericht zeigt irgendeinen Alarm an, der zu der im Speicher befindlichen Datendatei gehört. Ein Alarm ist gegeben, wenn eine überwachte Kenngröße während der Verfahrensüberwachung entweder die Qualitäts- oder die Kontrollgrenzwerte überschritten hat. Der Inhalt eines Alarmberichts kann variieren, so daß er die überwachte Kenngröße, die Uhrzeit, zu der die Kenngröße die Grenzwerte überschritten hat, und ähnliches umfassen kann.
Die Option SPC-Diagramm erzeugt ein SPC-Diagramm für eine ausgewählte Kenngröße, die aus den Daten einer Untergruppe ausgewählt wurde. Vorzugsweise werden die Diagramme unter Verwendung von Linien erzeugt, die basierend auf den Datengrenzwerten farbkodiert sind: Beispielsweise ist der Linienplot mit den laufenden Daten weiß; der Mittelwert der Kenngröße wird durch eine gelbe Linie angezeigt; die oberen und unteren Kontröllgrenzwerte werden durch grüne Linien wiedergegeben; und die oberen und unteren Qualitätsgrenzwerte werden durch rote Linien angedeutet. Die Anzeige ist "selbstskalierend", so daß sich die Anzeige, wenn die Daten weit außerhalb der Grenzwerte liegen, anpaßt, damit beide zugleich auf dem Bildschirm angezeigt werden.
In der bevorzugten Ausführung umfaßt das SPC-Diagramm zwei Arten von Kontrolldiagrammen: Ein Xquer-Diagramm und ein R-Diagramm. Diese Diagramme erläutern Verfahrensdaten sowohl in Form von Position (Verfahrensmittel) als auch Streuung (Schwankung von Stück zu Stück). Das Xquer-Diagramm ist ein Maß für die Position und bildet den Mittelwert der Werte in einer kleinen Untergruppe. Xquer ist der Mittelwert jeder Untergruppe und wird bestimmt durch die folgende Gleichung:
wobei n = Größe der Untergruppe und Xi ein Punkt innerhalb der Untergruppe ist. Angenommen, daß für ein stabiles Fertigungsverfahren Xi normalverteilt ist, jeweils mit dem Produktionsmittel und der Standardabweichung µ und . Dann wird Xquer nach der Theorie der Stichproben normalverteilt sein mit der Standardabweichung ( /sqrt(n)). Die Kontrollgrenzwerte (UCL, LCL) für das Xquer-Diagramm werden daher wie folgt berechnet:
UCL = µ + y /sqrt(n)
LCL = µ - y /sqrt(n)
wobei µ = aus den Ausgangsdaten ermittelter Produktionsmittelwert; = aus den Ausgangsdaten ermittelte Produktions-Standardabweichung und y = Standardwert 3, für ein Konfidenzintervall von 99,7%.
Das Überschreiten der Kontrollgrenzwerte deutet darauf hin, daß das Verfahrensmittel infolge einer definierten Ursache außer Kontrolle driftet, was korrigiert werden muß, um das Verfahren wieder unter Kontrolle zu bringen. Beispielsweise kann dies durch Stahl aus einer anderen Charge oder von einem anderen Lieferanten mit unterschiedlichen Merkmalen verursacht werden. Ein Zustand außer Kontrolle muß nicht immer die Stanzqualität negativ beeinflussen. Daher ist in der bevorzugten Ausführung beim Xquer-Diagramm die Einführung von Qualitätsgrenzwerten vorgesehen worden. Diese Grenzwerte werden vorzugsweise experimentell bestimmt, um den Einfluß gewisser Variablen auf die Stanzqualität festzustellen. Diese Variablen können Verfahrensparameter umfassen, wie beispielsweise die Einstellungen der Stanznennkraft, oder auch Stahl-Parameter, wie etwa die Dicke des Rohteils und den Kaltverfestigungskoeffizienten. Wenn diese Qualitätsgrenzwerte überschritten werden, deutet dies auf einen signifikanten Einfluß auf die Stanzqualität hin.
Das R-Diagramm (oder Bereichsdiagramm), das in Abbildung 4b mit der Referenzziffer 64 bezeichnet ist, ist ein Maß für die Streuung. Allgemein wird es durch den Bereich der Daten innerhalb der Probe einer Untergruppe dargestellt. Da das System dank Computer in Echtzeit arbeiten kann, wird die Berechnung des Bereichs vorzugsweise durch eine berechnete Standardabweichung der Untergruppe als Darstellung der Datenstreuung ersetzt. Jeder Datenpunkt der Untergruppe wird daher durch die folgende Gleichung bestimmt:
Nach der Stichprobentheorie gehorcht R² für eine gegebene Fertigungsbreite und Größe der Untergruppe einer χ²-Verteilung mit (n-1) Freiheitsgraden. Der obere Kontrollgrenzwert (UCL) für das R-Diagramm wird daher durch die folgende Gleichung bestimmt:
wobei χ²&sub9;&sub9;= die χ²-Verteilung mit 99% Konfidenzintervall für n-1 Freiheitsgrade; = aus den Ausgangsdaten ermittelte Standardabweichung; und n = Größe der Untergruppe. Jeder Zustand außerhalb des Bereichs im R-Diagramm deutet auf eine Änderung in der Verfahrenskapazität hin. Dieser Zustand läßt sich möglicherweise nicht durch Verschieben des Verfahrensmittels durch einfaches Rücksetzen der Stanzform korrigieren, und verlangt gegebenenfalls die Wartung von Verfahren oder Maschine.
Wie in Abbildung 3 gezeigt, umfaßt die Analyse der gesammelten Daten die Rohdatenumwandlung und die Gewinnung von Kenngrößen. Sobald die Daten gesammelt und in einem Speicherbereich als ADV-Wert-Darstellung der auf den Kanälen gemessenen Spannungen gespeichert worden sind, werden verschiedene Kenngrößen aus den Rohdaten ermittelt. Wie bereits erwähnt, kann das System zur Verfahrenssteuerung zusätzlich zu den Kenngrößen, die nicht direkt durch einen einzelnen Sensor gemessen werden können, wie etwa die Schwankung der Dicke des Rohteils, auch Kenngrößen verwenden, die Direktmessungen durch den Sensor sind, einschließlich der Umwandlung der Spannungsdarstellung in technisch verwertbare Einheiten, die auf dem Meßbereich des Sensors, der die Spannung geliefert hat, beruhen. Es folgt eine Beschreibung einer Anzahl von Kenngrößen zusätzlich zu den Abweichungen der Dicke des Rohteils und des Kaltverfestigungskoeffizienten, die aus den an jedem Kanal gesammelten Rohdaten ermittelt werden können.

Äußere Gesamtnennkraft (OT)

Der maximale ADV-Wert wird für jede der vier äußeren Ecken der Stanzform ermittelt, dann aufaddiert und mit einem geeigneten, dem Nennkraft-Sensor zugeordneten Umwandlungsfaktor multipliziert.

Innere Gesamtnennkraft (IT)

Der maximale ADV-Wert wird für jede der vier inneren Ecken ermittelt, dann aufaddiert und mit einem geeigneten, dem Nennkraft-Sensor zugeordneten Umwandlungsfaktor multipliziert.

OT-Prozentsätze (OLLR%, OLRR%, OLLF%, OLRF%)

Der maximale ADV-Wert wird für jede der vier äußeren Ecken bestimmt; dann wird für jede Ecke die folgende Berechnung durchgeführt:
OL% = ((ADVMAX/OT)*400) - 100

IT-Prozentsätze (ILLR%, ILRR%, ILLF%, ILRF%)

Der maximale ADV-Wert wird für jede der vier inneren Ecken bestimmt; dann wird für jede Ecke die folgende Berechnung durchgeführt:
IL% = ((ADVMAX/IT)*400) - 100

Äußere Arbeit (OW)

Für jede Ecke wird der Nennkraftwert bei jedem Probepunkt mit der Differenz zwischen dem äußeren Hub am Probenpunkt und dem äußeren Hub am nächsten Probepunkt multipliziert, was dann aufaddiert wird. Dann wird die Arbeit für die vier Ecken aufaddiert, um die gesamte äußere Arbeit zu ergeben.

Innere Arbeit (IW)

Für jede Ecke wird der Nennkraftwert bei jedem Probepunkt mit der Differenz zwischen dem inneren Hub am Probenpunkt und dem inneren Hub am nächsten Probepunkt multipliziert, was dann aufaddiert wird. Dann wird die Arbeit für die vier Ecken aufaddiert, um die gesamte innere Arbeit zu ergeben.

Prozentsätze für die innere Arbeit (IWLR%, IWRR%, IWLF%, IWRF%)

Die Arbeit für jede Ecke wird berechnet, dann werden die Prozentsätze der gesamten inneren Arbeit wie folgt berechnet:
IW% = ((CRNRWK/IWTOT)*400) - 100

Zyklusdauer (CT)

Die Zyklusdauer ist die Zeitspanne von der Entdeckung des Vortriggers (Start der Datenerfassung) bis zum Zeitpunkt der Entdeckung des Nachtriggers (Ende der Datenerfassung). In der bevorzugten Ausführung wird die Zyklusdauer wie folgt berechnet:
CT = TS*N/100
wobei TS die Probezeit ist und N die Anzahl der Proben darstellt.

Inneres Theta (ΘI)

Der Theta-Wert, ausgedrückt in Grad, beschreibt die Ausrichtung der inneren Last und wird wie folgt berechnet:
ΘI = arctan {(ITRR% + ITLR%)/(ITRR% + ITRF%)}

Äußeres Theta (ΘO)

Der Theta-Wert, ausgedrückt in Grad, beschreibt die Ausrichtung der äußeren Last und wird wie folgt berechnet:
ΘO = arctan {(OTRR% + OTLR%)/(OTRR% + OTRF%)}

Inneres Phi (ΦI)

Phi, ausgedrückt in Grad, beschreibt den Gradienten für die innere Nennkraft und wird wie folgt berechnet:
ΘI = arctan {[(ILRR% + ILRF%) * cos(ΘI)]/200 + [(ILRR% + ILRF%) * sin(ΘI)]/200}

Äußeres Phi (ΦO)

Phi, ausgedrückt in Grad, beschreibt den Gradienten für die äußere Nennkraft und wird wie folgt berechnet:
ΦO = arctan {[(OLRR% + OLRF%) * cos(ΘO)]/200 + + [(OLRR% + OLRF%) * sin(ΘO)]/200}

Maximaler Stickstoffdruck @ 0" OS (NPM)

Der Probepunkt, an dem sich OS (der äußere Stempel) 0" befindet, und die ADV- Werte des Stickstoffdrucks an diesem Punkt werden addiert und dann in die geeignete technische Einheit umgerechnet.
Andere Kenngrößen können die Nennkraft des maximalen Stickstoffdrucks, die äußere Nennkraft bei bestimmten Abwärtshüben und maximale innere und äußere Nennkräfte umfassen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Abbildungen 5a-5b wird ein Fließdiagramm gezeigt, das die Verfahrensüberwachungsstrategie der vorliegenden Erfindung, die von dem in Abbildung 1 gezeigten System zur Verfahrensüberwachung 14 verfolgt wird, detailliert veranschaulicht. Wie gezeigt, bestimmt das System zur Verfahrensüberwachung bei Schritt 50, ob Setup-Information gespeichert ist. Bevor die Verfahrensüberwachung läuft, werden Kenngrößen definiert und Standardeinstellungen von statistischen Verfahrenssteuerparametern, Erfassungsparametern einschließlich der Test-Vorspanninformation und ähnlichem, vorzugsweise unter Verwendung der oben erörterten Setup-Routine, eingestellt und bestätigt. Sobald die gewünschte Setup-Information gespeichert worden ist, wird in Schritt 52 auf die geeignete Setup-Datei zugegriffen und sie wird eingelesen. Wenn keine Setup-lnformation gespeichert worden ist, stellt der Benutzer in Schritt 54 das System von Hand ein, indem er Signal-Eichprozeduren durchführt, Test- Vorspanninformation und Druckerinformation angibt und SPC-, Erfassungs- und automatische Speicherungsparameter gemäß der Setup-Routine eingibt. Während dieser Einstellungsprozedur definiert der Benutzer in Schritt 56 auch die gewünschten Kenngrößen, die aus der Verfahrenskennung während der Ausgangsdaten- und Verfahrensüberwachungsschritte gewonnen werden, und speichert sie. Wie oben erörtert, können die vorzugsweise verfügbaren Kenngrößen Gesamtnennkräfte, Arbeits- und Nennkraftgradienten umfassen.
Wie am besten in Abbildung 5a gezeigt, bestimmt das System in Schritt 58, ob bereits Basis-Referenzdaten eingerichtet worden sind. Wenn ja, wird auf die zugehörige Ausgangsdaten-Datei zugegriffen, und sie wird in Schritt 60 eingelesen. Wenn nicht bereits Ausgangsdaten-Information existiert, wird in Schritt 62 eine Ausgangsdaten- Erfassungsprozedur durchgeführt. In der bevorzugten Ausführung umfaßt die Durchführung der Ausgangsdatenerfassung das Erfassen einer vorgewählten Anzahl von Stanzschlägen und die Berechnung eines Verfahrensmittelwerts und einer Standardabweichung für jede spezifizierte Kenngröße. Nachdem die Ausgangsdaten gespeichert worden sind, werden Kontrollgrenzwerte und Qualitätsgrenzwerte für jede der gewünschten Kenngrößen bei der ausgewählten Probengröße der Untergruppe berechnet. In der bevorzugten Ausführung werden die Ausgangsdaten erfaßt, wenn das Verfahren stabil ist, indem Stanzprodukte guter Qualität unter Verwendung von Rohlingen, die nahe am spezifizierten Mittelwert liegen, hergestellt werden und die Presse mit der angegebenen Zyklusdauer läuft. Die erfaßten Ausgangsdaten werden als Referenz für die Verfahrensüberwachung während der Fertigung benutzt, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird.
Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Abbildungen 5a-5b wird die Verfahrensüberwachung in Schritt 64 gestartet, sobald die Ausgangsdaten erfaßt worden sind. Wie am besten in Abbildung 5b gezeigt, befindet sich die Presse in Schritt 66 in Betrieb, und das System zur Verfahrensüberwachung erfaßt die Kenngrößendaten einer Untergruppe aus einer angegebenen Anzahl von Stanzschlägen (z.B. fünf). Die Kenngrößendaten einer Untergruppe werden dann gemittelt, und ein zugehöriger SPC-Datenpunkt wird in einem SPC-Diagramm (wie etwa das in Abbildung 4 gezeigte) aufgetragen. In Schritt 68 werden die Kenngrößen mit den Ausgangsdaten verglichen, d.h. sie werden mit den aus den Ausgangsdaten ermittelten Qualitätsgrenzwerten und Konntrollgrenzwerten verglichen. Wenn in Schritt 70 der Datenpunkt außerhalb eines Qualitätsgrenzwertes oder eines Kontrollgrenzwertes liegt, wird in Schritt 72 der zugehörige visuelle Alarm ausgelöst. Wie vorstehend erörtert, umfaßt dieser, wenn es angemessen ist, die Änderung der Farbe des betroffenen Felds der Presse. Zusätzlich wird ein entsprechender Alarmbericht erzeugt und gespeichert. Wenn der Benutzer wünscht, die Verfahrensüberwachung bei Schritt 72 fortzusetzen, werden die Schritte 66-72 wie vorstehend beschrieben wiederholt, und es werden kontinuierlich Daten erfaßt und weiterhin selektive Verfahrenskenngrößen-Information in den Xquer- und R- Diagrammen aufgetragen. Sobald die gegebene Anzahl von Datenpunkten für die Verfahrensüberwachung gesammelt worden ist, werden die Daten so lange automatisch in eine entsprechende Datendatei geschrieben, wie der Parameter für die automatische Speicherung aktiviert ist.
Abbildung 6 veranschaulicht die Diagnose und die Erfassung von inakzeptablen rechten vorderen Kotflügelblechen auf der Basis der Verfahrensüberwachung, wobei die äußere Nennkraft die gewonnene Kenngröße ist. Das Diagramm umfaßt auch die oberen und unteren Kontrollgrenzwerte (LCL, UCL), den Mittelwert und den unteren Qualitätsgrenzwert (der obere Qualitätsgrenzwert liegt außerhalb der Skala). Wie gezeigt, weist die äußere Nennkraft bei den Schlägen #41-#43 und #52 auf die Bildung inakzeptabler Teile hin, da der untere Qualitätsgrenzwert unterschritten wurde, was ansonsten nicht entdeckt worden wäre (wie visuell bestätigt wurde), bevor die schadhaften Teile die Fertigungsstrecke der Presse verlassen hätten. Jedoch werden zwischen der Bildung des inakzeptablen Teils und der visuellen Entdeckung viele weitere inakzeptable Teile gebildet und sind daher Ausschuß. Die Entdeckung von Problemen unmittelbar nach der Bildung des ersten minderwertigen Teils ermöglicht es, korrigierende Maßnahmen, wie das Anhalten der Presse, viel früher als bei bereits bestehenden Systemen zu ergreifen, was Ausschuß und Kosten reduziert. Wie vorstehend angedeutet, läßt sich die vorliegende Erfindung vorteilhaft dazu benutzen, um Werte von Kenngrößen, wie etwa die Rohteildicke oder den Kaltverfestigungskoeffizienten des Stanzmaterials, bei laufendem Verfahren zu gewinnen, während die Teile gefertigt werden.
Ein Schätzwert der Abweichung der Rohteildicke (dTh), der auf den Betriebsvariablen der Fertigungspresse an den Positionen basiert, kann nach folgender Beziehung erhalten werden:
dTh = ((ΔLf&sub2;+ΔLf&sub1;)/2)*(Bt)
worin ΔLf&sub1; und ΔLf&sub2; Abweichungen der Betriebsvariablen der Fertigungspresse von den zugehörigen, als Bruchteile ausgedrückten Ausgangsdaten-Mittelwerten der Betriebsvariablen der Presse sind und Bt die Dicke des Rohteils ist, das zur Bildung der Teile für die Ausgangsdaten benutzt wurde. Weiterhin kann ein Parameter dN, der proportional zu einer Abweichung des Kaltverfestigungskoeffizienten ist, auf der Basis der Betriebsvariablen der Fertigungspresse an den Positionen nach der folgenden Beziehung geschätzt werden;
dN = (ΔLf&sub2;-ΔLf&sub1;)
Die Entdeckung von inakzeptablen Rohteildicken und Kaltverfestigungskoeffizienten bei laufendem Verfahren, während die Teile gefertigt werden, ermöglicht es einem Betreiber der Presse, festzustellen, wann korrigierende Maßnahmen ergriffen werden müssen, und diese Maßnahmen vor der Fertigung schadhafter Teile und vor unnötigen Verzögerungen in der Fertigung zu ergreifen.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf Abbildung 2 gibt es eine Zunahme der Nennkraft in einem Ziehschritt, wenn sich der obere Preßtisch 26 und der obere Stempel 28 abwärts auf den unteren Preßtisch 30 und den unteren Stempel 32 zubewegen. Diese Zunahme der Nennkraft rührt von der Kaltverfestigung des Metallblechs her, d.h. der Kaltverfestigungskoeffizient eines Materials widersteht dem Ziehen, was den Zug mit fortschreitendem Ziehen erschwert. Ohne diese Eigenschaft des Materials wäre das Formen von Metall nicht möglich.
Wenn man allgemein annimmt, daß die Reibung zwischen der formgebenden Stanzform und dem Rohteil konstant ist, hängt das Nennkraftprofll während des Formgebungsschritts von zwei Dingen ab: Dem Kaltverfestigungskoeffizienten und der Dicke des Rohteils. Eine Zunahme der Nennkraftkurve ist direkt proportional zur Zunahme der Dicke des Rohteils, wenn alles andere konstant bleibt, d.h. wenn die Dicke des Rohteils um 10% zunimmt, nimmt auch die Nennkraft um etwa 10% zu.
Andererseits sieht die Beziehung zwischen dem Kaltverfestigungskoeffizienten und dem Nennkraftprofil anders aus. Wenn die Dicke gleichbleibt, härtet das Material mit Zunahme des Kaltverfestigungskoeffizienten während des Hubes schneller, was sich in der Geschwindigkeit widerspiegelt, mit der die Nennkraft mit dem Hub zunimmt.
Insbesondere bestimmt die Änderung der Steigung der Nennkraft mit dem Pressenhub den Kaltverfestigungskoeffizienten, während die mittlere Verschiebung der Nennkraft die Dicke bestimmt. Dieses Merkmal kann dazu dienen, die Dicke des Rohteils und den Kaltverfestigungskoeffizienten zu kontrollieren, was bisher sehr schwierig zu überwachen war.
Vorzugsweise werden zwei Positionen im Stempelhub festgelegt, an denen Nennkraftmessungen oder Variablenmessungen während des Formgebungsvorgangs durchgeführt werden. Diese Nennkraftmessungen können dann verarbeitet werden, um Parameter zu erhalten, aus denen Abweichungen von Rohteildicke und Kaltverfestigungskoeffizient bestimmt werden können, wie nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird. Vorzugsweise sollten die zwei Positionen so gewählt werden, daß 70%-80% des Arbeitshubs abgedeckt werden. Das heißt, man sollte sich am Anfang des Hubs, also bei etwa 10%-15% des Hubs des oberen Preßtisches 26 und des oberen Stempels 28 befinden, und die andere Position sollte sich etwa am Ende, bei etwa 85%-90% des Hubs des oberen Preßtisches 26 und des oberen Stempels 28, befinden. Man beachte, daß die beiden Punkte infolge der Schwankungsbreite und der Tatsache, daß die Nennkraftdifferenz bei diesen Punkten bestimmt werden soll, nicht zu nahe beieinander liegen sollten. Wenn eine Messung immer wieder an einem bestimmten Punkt durchgeführt wird, gibt es immer eine gewisse Schwankung. Wenn die Messung der zweiten Nennkraft an einem Punkt durchgeführt wird, der sehr nahe bei der Position des Punktes der ersten Nennkraftmessung liegt, führt die Differenz dieser beiden großen Zahlen zu einer sehr kleinen Zahl. Wenn diese kleine Zahl dann dazu benutzt wird, die Steigung zu bestimmen, kann dies zu Ungenauigkeiten führen. Ferner sollten die beiden Positionen auch nicht in Richtung Anfang und Ende des Hubes zu weit auseinander liegen, weil dies sonst zu Ungenauigkeiten der Nennkraftmessung führen könnte. Beispielsweise spiegelt eine Nennkraftmessung, die nahe dem untersten Punkt des Arbeitshubes durchgeführt worden ist, nicht genau den Betrag der Nennkraft wider, der in das Formen des Metalls eingeht. In der Nähe des unteren Punktes ist der Nennkraftbetrag eine Kombination aus Formgebung und Auswalzen der Stanzform.
Für ein Stahlblech mit niedrigem Kohlenstoffgehalt kann die Form des plastischen Bereichs der Zug-Dehnungs-Kurve, ausgedrückt durch wahren Zug und wahre Dehnung, durch die folgende parabolische Gleichung beschrieben werden:
= K &epsi;n
wobei = wahrer Zug; &epsi; = wahre Dehnung; n = Kaltverfestigungsexponent und K = Festigkeitszahl. Der wahre Zug und die wahre Dehnung haben Pendants, den nominellen Zug (S) und die nominelle Dehnung (e), die basierend auf den ursprünglichen Abmessungen des Materials vor der Verformung berechnet werden. Wir wissen, daß sie nach den folgenden Gleichungen miteinander zusammenhängen:
&epsi; = ln(1+e)
= S*(1+e)
Die Substitution ergibt:
S*(1+e) = K*[ln(1+e)]n
Die Messungen von nominellem Zug und nomineller Dehnung an der Stempelposition "i" während des Ziehschrittes sind:
Si*(1+ei) = K*[ln(1+ei)]n
Für einen gegebenen Entwurf des Teils und einen Ziehschritt kann der nominelle Zug ausgedrückt werden als:
Si = Li/(ai*t)
wobei ai ein Normierungsfaktor zur Berechnung des nominellen Zugs aus der Rohteildicke "t" bei der Stempelposition "i" ist, t = Dicke des Rohteils und Li = augenblickliche Stanznennkraft @ Stempelposition "i". Substitution von Si in Gleichung 4 ergibt:
Li*(1+ei)/(ai*t) = K*[ln(1+ei)]n
Das Auflösen nach Li:
Li = {ai*K/(1+ei)} * t * [ln(1+ei)]n
Umformuliert:
Li = Ai * t * [ln(1+ei)]n
wenn man annimmt, daß:
Ai = ai * K/(1+ei)
Umwandeln von Gleichung 8 in die logarithmische Form ergibt:
Log(Li) = Log(Ai) + Log(t) + n*Log[ln(1+&epsi;i)
Die partielle Differenzierung beider Seiten ergibt:
δLi/Li = δt/t + Log[ln(1 + &epsi;i)] * δn
unter der Annahme, daß die einzige Änderung im Material die Dicke des Rohteils "t" und der Kaltverfestigungskoeffizient "n" sind. Die Festigkeitszahl K wird durch die grundlegende Formulierung und Struktur des Stahls bestimmt und als konstant betrachtet. Außerdem hängen ai (und daher Ai) und ei für ein gegebenes Teil und einen gegebenen Satz von Stanzformen nur von "i" ab. Folglich sind diese Parameter für eine gegebene Stempelposition konstant.
Für eine kleine Änderung in t und n gilt:
ΔLi/Li = Δt/t + Log(ln(1+ei)] * Δn
Sei bei irgendeiner Position "i" des Stempels:
ΔLfi = ΔLi/Li
Δtf = Δt/t
ΔLfi ist gleich der als Bruchteil ausgedrückten Schwankung der Nennkraft, und Δtf ist gleich der als Bruchteil ausgedrückten Schwankung der Rohteildicke. Die Substitution ergibt:
ΔLf&sub1; = Δtf + Log[ln(1+ei)] * Δn
Für zwei beliebige Stempelpositionen, i = 1 und 2:
ΔLf&sub1; = Δtf + Log[ln(1+&epsi;&sub1;)] * Δn
ΔLf&sub2; = Δtf + Log(ln(1+&epsi;&sub2;)] * Δn
Die Subtraktion obiger Gleichungen voneinander ergibt
(ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;) = Δn * {Log(ln(1+&epsi;&sub2;)]-Log[ln(1+&epsi;&sub1;)]}
Δn = (ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;)/{Log[ln(1+&epsi;&sub2;)]-Log[ln(1+&epsi;&sub1;)]}
Δn = C2,1 * (ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;)
worin C2,1 = 1/{Log[ln(1+&epsi;&sub2;)]-Log[ln(1+&epsi;&sub1;)]}
und C2,1 für eine gegebene Stanzform mit Patrize und Matrize und für einen gegebenen Satz von Stempelpositionen 1 und 2, die die Stanznennkräfte repräsentieren, konstant ist. Also gilt für einen gegebenen Satz von Stempelpositionen 1 und 2:
Δnα(ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;)
Für Δn = 0 gilt:
Δtf = ΔLf&sub1; = ΔLf&sub2; = Avg(ΔLfi)
Die beste Schätzung von Δtf ist:
Δtf= (ΔLf&sub2; +ΔLf&sub1;)/2
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Abbildung 7 wird ein übergeordnetes Fließdiagramm veranschaulicht, das die Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung detailliert erklärt. In der bevorzugten Ausführung werden die Dicke des Rohteils und der Kaltverfestigungskoeffizient von Stahlblech in einem Metallformgebungsverfahren als Schwankungen von Referenz-Ausgangsdaten überwacht. In Schritt 80 werden zwei beliebige Stempelpositionen (i = 1 und 2) zur Messung zweier Lasten ausgewählt. Wie vorstehend erörtert, sollten diese Positionen vorzugsweise innerhalb des Arbeitshubes des Stempels möglichst weit voneinander entfernt sein.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Abbildung 7 werden in Schritt 82 Ausgangsdaten festgelegt. Sobald man Grenzdaten oder ein stabiles Fertigungsverfahren hat, werden die Ausgangsdaten erhalten, indem Nennkräfte an diesen beiden Positionen gemessen werden und ein Durchschnitt über eine vorgewählte Anzahl von Stichproben bestimmt wird. Die Ausgangsdaten werden als Mittelwert für die Lasten L&sub1; und L&sub2; an den ausgewählten Positionen festgelegt. Beispielsweise sollte eine minimale Probengröße von 30 Zyklen zur Bestimmung dieses Mittelwertes verwendet werden. Außerdem sollte der Stahl, der für diese Bezugsdaten verwendet wird, Eigenschaften haben, die für den zur Fertigung benutzten Vorrat repräsentativ sind. Danach dient die vorliegende Erfindung dazu, die Verschiebung dieser Nennkräfte zu bestimmen, während die Fertigung voranschreitet. Die vorliegende Erfindung benutzt die Änderung der mittleren Nennkraft, um die Dicke des Rohteils zu bestimmen, und die Änderung der Steigung, um den Kaltverfestigungskoeffizienten zu bestimmen. In Schritt 84 wird die Stanzpresse in Betrieb genommen, um Fertigungsteile herzustellen, und es werden für jedes hergestellte Fertigungsteil an den angegebenen Positionen Fertigungsnennkräfte gemessen, um Abweichungen der Nennkräfte von den Messungen der Ausgangsdaten festzustellen.
In den Schritten 86 und 88 müssen die geschätzte Schwankung der Dicke und der Kaltverfestigungskoeffizient des Stahlvorrates jeweils aus den Basis- Stichprobendaten unter Verwendung der nachstehend gezeigten Gleichungen berechnet werden. Die Abweichung der Messung der Stahldicke ("dTh"), in 0.001", wird wie folgt geschätzt:
dTh = ((ΔLf&sub2;+ΔLf&sub1;)/2) * (Bt)
worin ΔLf&sub1; und ΔLf&sub2; als in Bruchteilen ausgedrückte Abweichungen der Lasten L&sub1; und L&sub2; von jeweiligen, in Bruchteilen ausgedrückten, mittleren Basiswerten berechnet werden und Bt die Rohteildicke des Stahls für die Ausgangsdaten in 0.001" ist. Allgemeiner kann dTh für zusätzliche Punkte "i" längs des Stempelhubs bestimmt werden, indem man einen Durchschnitt von ΔLfi mit Bt multipliziert. Ein Schätzwert einer Variablen "dN", die proportional zur Abweichung des Kaltverfestigungskoeffizienten ist, kann wie folgt bestimmt werden:
dN = (ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;)
Vorzugsweise wird der Kontrollmittelwert sowohl für die Dicke als auch für den Kaltverfestigungskoeffizienten auf null gesetzt, da die Eigenschaften des Stahls als Abweichung vom Mittelwert der Ausgangsdaten berechnet werden. Obere und untere Kontrollgrenzwerte für die Stahldicke (in 0.001") werden als ±3 mal die Standardabweichung der obigen Variablen dTh berechnet, die ihrerseits aus den Ausgangsdaten errechnet wird, die auf eine gegebene Untergruppengröße bei der Fertigung unter Verwendung von Standard-SPC-Methodik angepaßt werden. Die oberen und unteren Kontrollgrenzwerte für den Kaltverfestigungskoeffizienten des Stahlvorrates werden zu ±3 mal die Standardabweichung der obigen Variablen dN berechnet, welche aus den Ausgangsdaten berechnet wird, die auf eine gegebene Untergruppengröße bei der Fertigung unter Verwendung von Standard-SPC-Methodik angepaßt werden. Wenn die Abweichungen die Kontrollgrenzwerte (oder die nachstehend noch ausführlicher erörterten Qualitätsgrenzwerte) überschreiten, kann die Presse in Schritt 90 geeignet gesteuert (d.h. heruntergefahren) werden, um den Ausschuß zu reduzieren. Ein Kontrolldiagramm wird für die Durchschnittswerte der Fertigungs-Untergruppen der Schwankung der Rohteildicke dTh und des Parameters dN, die mittels der oben angeführten Gleichungen berechnet werden, vorzugsweise in Echtzeit im Speicher gehalten.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Abbildungen 8a-8b erzeugt die Verfahrensüberwachung einen individuellen Bildschirm, der eine Anzeige von Kenngrößen enthält, einschließlich der Rohteildicke (Th) und des Kaltverfestigungskoeffizienten (N), und der allgemein mit der Referenzziffer 100 bezeichnet wird. Wie zuvor in Verbindung mit der Erörterung zu Abbildung 4a angedeutet, ist das System in der Lage, eine Vielzahl anderer Kenngrößen zu überwachen, wie etwa die gesamte äußere Nennkraft (OT), die gesamte innere Nennkraft (IT), Prozentanteile von äußerer und innerer Nennkraft (OLLR%, OLRR%, OLLF%, OLRF%, ILLR%, ILRR%, ILLF%, ILRF%), Prozentanteile der inneren Arbeit (IWLR%, IWRR%, IWLF%, IWRF%) und die Zyklusdauer (CT). Die Betriebsgrenzwerte umfassen Kontrollgrenzwerte und Qualitätsgrenzwerte. Während der Verfahrensüberwachung werden Kontrolldiagramme zur statistischen Verfahrenssteuerung, wie etwa ein Xquer-Diagramm, das allgemein durch die Referenzziffer 102 in Abbildung 8b bezeichnet ist, und ein R-Diagramm, das allgemein durch die Referenzziffer 104 in Abbildung 8b bezeichnet ist, für jedes angezeigte Feld erzeugt und aktualisiert, wenn Daten gesammelt werden.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Abbildung 8b weisen die Flächen des Xquer- Diagramms, die allgemein mit 102a bezeichnet sind, auf eine Kenngröße hin, die unter Kontrolle ist, und die Flächen des Xquer-Diagramms, die allgemein mit 102b bezeichnet sind, weisen auf eine Kenngröße hin, die zwar die Kontrollgrenzwerte überschritten hat, aber noch innerhalb der Qualitätsgrenzwerte ist (d.h. innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen liegt). Das Überschreiten der Kontrollgrenzwerte bedeutet, daß das Verfahren statistisch gesehen nicht unter Kontrolle ist und weist auf die Anwesenheit einer speziellen Ursache für außergewöhnliche Schwankungen hin. Damit ein Verfahren als unter Kontrolle befindlich betrachtet wird, sollten alle Kenngrößen innerhalb der Kontrollgrenzwerte liegen. Das Überschreiten der Qualitätsgrenzwerte bedeutet, daß ein Verfahren Teile produziert, die die Spezifikationen nicht erfüllen. Das Xquer-Diagramm 102 in Abbildung 8b zeigt die Rohteildicke (dth), die während der Verfahrensüberwachung für die Presse gemessen wurde, im Verhältnis zu den Kontrollgrenzwerten und den Qualitätsgrenzwerten auf der Basis von Mittelwert und Standardabweichung, die zu den zuvor gesammelten Ausgangsdaten gehören.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Abbildung 8b kann ein SPC-Diagramm, wie das durch die Referenzziffer 106 bezeichnete, für Daten der Rohteildicke oder des Kaltverfestigungskoeffizienten erzeugt werden. Wie zuvor angedeutet, werden die Diagramme unter Verwendung von Linien erzeugt, die basierend auf den Grenzwerten der Daten farbkodiert sind.
Die folgende Wahrheitstabelle kann dazu dienen, eine Diagnose hinsichtlich der Materialeigenschaften zu stellen, wenn die anderen Einstellungen der Presse innerhalb der Kontrollgrenzwerte liegen.
Wenn die Kontrollgrenzwerte und/oder die Qualitätsgrenzwerte überschritten worden sind, kann ein geeigneter Alarm, wie etwa eine akustische oder optische Anzeige, aktiviert werden.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Abbildung 9 wird eine graphische Darstellung zweier Stanznennkraftkennungen gegen die Zeit (Stempelposition) gezeigt: Eine erste Kennung für einen Blechvorrat für die Ausgangsdaten und eine zweite Kennung für einen neuen Vorrat an Stahlblech. Wie gezeigt, gibt es eine Zunahme der Nennkraft, die dem neuen Blech zugeordnet ist, verglichen mit der Nennkraft, die zu dem Blech für die Ausgangsdaten gehört. Diese Zunahme der Nennkraft, die auf eine Änderung des Blechvorrates hinweist, kann dann in Bruchteilen als Nennkraftabweichung von den Ausgangsdaten bei den jeweiligen Positionen ausgedrückt werden. Um die Änderung der Dicke zu bestimmen, wird der Durchschnittswert dieser als Bruchteile ausgedrückten Abweichungen der Nennkraft bestimmt. Ferner kann die Differenz zwischen als Bruchteilen ausgedrückten Nennkräften an den beiden Positionen bestimmt werden. Diese Differenz stellt die Änderung der Steigung dar. Wenn die Differenz zufällig null ist, bleibt die Steigung unverändert. Wenn sich die als Bruchteil ausgedrückte Abweichung der Nennkraft an einer Position mehr verändert als die andere, stellt die Differenz die Veränderung der Steigung dar. Dies kann dann im Kontrolldiagramm mit einem Mittelwert von null aufgezeichnet werden, um Änderungen des Kaltverfestigungskoeffizienten zu bestimmen.
Wenngleich die hierin gezeigte und beschriebene Form der Erfindung die bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, ist es natürlich einsichtig, daß nicht beabsichtigt wurde, alle möglichen Formen derselben zu veranschaulichen.

Claims

1. Ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Stanzpresse (14), die Patrize und Matrize (28, 32) umfaßt, zum Formen von Teilen aus einem Rohteil, wobei das Verfahren die Messung einer Fertigungsvariablen an mindestens zwei vorgewählten Positionen im Pressenhub und die Bestimmung der Abweichung der Variablen von einem Referenzwert an jeder der Positionen umfaßt, um zu erfassen, wenn die Abweichungen Kontrollgrenzwerte überschreiten;

dadurch gekennzeichnet, daß die an den vorgewählten Positionen im Pressenhub gemessene Fertigungsvariable die Stanznennkraft ist, und daß das Verfahren ferner folgende Schritte umfaßt:

Die Berechnung der Abweichungen der Rohteildicke mittels Berechnung von Abweichungen von der durchschnittlichen Stanznennkraft, die an den vorgewählten Positionen gemessen wird, und

die Berechnung der Abweichungen des Kaltverfestigungskoeffizienten des Rohteilmaterials mittels Berechnung von Veränderungen der Steigung der Stanznennkraft an den vorgewählten Positionen.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stanznennkraft an Positionen im Pressenhub so gemessen wird, daß ein mittlerer Bereich des Pressenhubs, der 70 bis 80% hiervon umfaßt, abgedeckt wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin eine Abweichung (dTh) der Rohteildicke nach der Beziehung:

dTh ((ΔLf&sub2;+ΔLf&sub1;)/2) * (Bt)

geschätzt wird, wobei ΔLf&sub2; und ΔLf&sub1; als Bruchteile ausgedrückte Abweichungen der Stanznennkraft sind und Bt eine Bezugsgröße für die Rohteildicke ist.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin ein Parameter (dN), der proportional zur Abweichung des Kaltverfestigungskoeffizienten ist, nach der Beziehung:

dN = (ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;)

geschätzt wird, worin ΔLf&sub2; und ΔLf&sub1; als Bruchteile ausgedrückte Abweichungen der Stanznennkraft sind.

5. Ein System zur Überwachung einer Presse, um den Betrieb einer Stanzpresse (14), die Patrize und Matrize (28, 32) zum Formen von Teilen aus einem Rohteil umfaßt, zu überwachen, wobei das System eine Vorrichtung umfaßt, um eine Fertigungsvariable an mindestens zwei vorgewählten Positionen im Pressenhub zu messen, und eine Vorrichtung, um die Abweichung der Variablen von einem Referenzwert an jeder der Positionen zu bestimmen und zu erfassen, wenn die Abweichungen Kontrollgrenzwerte überschreiten; dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigungsvariable, die an den vorgewählten Positionen im Pressenhub gemessen wird, die Stanznennkraft ist, und daß das System ferner umfaßt:

Eine Vorrichtung (86), um Abweichungen der Rohteildicke zu berechnen, indem Änderungen der durchschnittlichen Stanznennkraft, die an den vorgewählten Positionen gemessen wird, berechnet werden, und

eine Vorrichtung (88), um Abweichungen im Kaltverfestigungskoeffizienten des Materials des Rohteils zu berechnen, indem Änderungen der Steigung der Stanznennkraft an den vorgewählten Positionen berechnet werden.

6. Ein System nach Anspruch 5, worin die Stanznennkraft an Positionen im Pressenhub gemessen wird, die einen mittleren Bereich des Pressenhubs, der 70 bis 80% desselben umfaßt, abdecken.

7. Ein System nach Anspruch 5 oder 6, worin eine Abweichung (dTh) der Rohteildicke nach der Beziehung:

dTh = ((ΔLf&sub2;+ΔLf&sub1;)/2) * (Bt)

geschätzt wird, worin ΔLf&sub2; und ΔLf&sub1; als Bruchteile ausgedrückte Abweichungen der Stanznennkraft sind und Bt eine Referenz-Rohteildicke ist.

8. Ein System nach Anspruch 5, 6 oder 7, worin ein Parameter (dN), der proportional zur Abweichung des Kaltverfestigungskoeffizienten ist, nach der Beziehung:

dN = (ΔLf&sub2; - ΔLf&sub1;)