EP0130179A1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung von prozessen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur überwachung von prozessen

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Publication number
EP0130179A1
EP0130179A1 EP19830900035 EP83900035A EP0130179A1 EP 0130179 A1 EP0130179 A1 EP 0130179A1 EP 19830900035 EP19830900035 EP 19830900035 EP 83900035 A EP83900035 A EP 83900035A EP 0130179 A1 EP0130179 A1 EP 0130179A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine
computer
processes
input
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19830900035
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Kölblin
Heinrich Jungkunz
Detlef Senger
Klaus-Dieter Marrack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DST DIGITALE STEUERUNGSSYSTEME GmbH
Original Assignee
DST DIGITALE STEUERUNGSSYSTEME GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DST DIGITALE STEUERUNGSSYSTEME GmbH filed Critical DST DIGITALE STEUERUNGSSYSTEME GmbH
Publication of EP0130179A1 publication Critical patent/EP0130179A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4063—Monitoring general control system

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring processes with simultaneous, successive and / or overlapping processes using a computer, in particular a digital microcomputer.
  • characteristic process variables such as pressure, temperature or the like are measured and used to monitor the process.
  • the invention has for its object to provide a method and a device of the type mentioned, in which important times for the process are used for monitoring or diagnosis.
  • a method provides that the switching or interval times of a control device of the process are recorded, automatically stored and compared with target times, that the target times are based on specifications and / or taking into account the process recorded changes in time in the learning process (teach-in) are determined and stored in the computer, that after each process interruption, the target times are determined and stored again in the learning process, taking into account the new starting situation of the process, and that the process is initially, for some
  • Process cycles are operated exclusively during a learning phase based on a specified sample process and, at the same time as or before the end of the learning phase, a switch is made to monitoring mode.
  • the target times are preferably determined from a number of sample processes according to a statistical algorithm.
  • a device for performing the method according to the invention is characterized in that a digital micro process computer is connected via digital data input channels for timing signals and a digital data output channel to a control device of at least one machine to be monitored and that at least one input / output unit is connected to the computer connected.
  • the input / output unit advantageously has a control unit and connected to it a printer for printing out deviations from the target times and a keyboard
  • the control device can be controlled via a separate display and operating panel, which is expediently arranged directly on the machine or machines to be monitored, so that the operator in his vicinity finds all the information necessary for assessing the functional state of his machine.
  • the method and the device according to the invention allow for the first time a time diagnosis with statements about errors, disturbances and trends of the process to be monitored. /
  • OM '' Monitor times by continuously comparing the times mentioned with the specified setpoints during ongoing operation. Time deviations that exceed specified deviations are logged and displayed. In the event of a fault, reactions can be initiated automatically, e.g. B. certain machine functions can be switched off.
  • Figure 1 is a block diagram of an apparatus according to the invention.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an input / output unit in a device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an implemented front plate of the input / output unit according to FIG. 2;
  • Fig. 4 is a diagram for explaining the function of the device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a descriptive illustration of the device according to FIG. 1 as a subsystem when used for monitoring several machines
  • FIG. 6 shows a clear illustration of an overall system with several subsystems according to FIG. 5, an alternative being indicated by dashed lines.
  • a microcomputer 3 is connected to a ring bus 1 via a bus coupler 2, the microprocessor known, not shown, namely a CPU, a ROM, a RAM, a C-MOS RAM and a clock with calendar contains.
  • computers 3 can be connected to the ring bus 1, so that numerous machines (e.g. eight machines per computer, see FIG. 5) can be monitored in a large production hall, and the data provided by the computers can be compared or otherwise evaluated .
  • numerous machines e.g. eight machines per computer, see FIG. 5
  • FIG. 5 Several such computers 3 can be connected to the ring bus 1, so that numerous machines (e.g. eight machines per computer, see FIG. 5) can be monitored in a large production hall, and the data provided by the computers can be compared or otherwise evaluated .
  • machines e.g. eight machines per computer, see FIG. 5
  • Computer 3 can also be connected in a star configuration to a central data processing system.
  • the computer is connected to one (or more) machines to be monitored via a modular system of interface modules 4 to 8.
  • 4 and 5 indicate two interfaces each for 16 analog input channels, via which measured values for non-time process variables such as pressures, temperatures o the like.
  • the "machine to be monitored in the computer are fed one.
  • the reference numerals 6 and 7 denote interfaces for 32 digital input channels each, via which time measurement signals such as switching or cycle times of the machine to be monitored or a control device therefor are fed into the computer 3 ⁇ .
  • the processed signals are positive or negative switching edges of digital pulses.
  • OMPI must, so that they can be processed in the digital microcomputer 3, while such a conversion is not necessary for the digitally arriving timing signals to the interfaces 6 and 7.
  • the reference numeral 8 denotes an interface for 8 digital output channels, via which the computer can automatically act on the machine to be monitored or its control device, for example can switch off certain functions or the entire machine.
  • An input / output unit 9 is connected to the computer 3 via serial data channels 10, 11, via which data can be successively transferred from and to the computer.
  • the input / output unit 9 comprises an input / output control device 12 to which the following components are connected:
  • a status indicator 13 which indicates faults or irregularities on the machine to be monitored, for example by means of lamps;
  • printer 14 which records time deviations from the setpoints preprogrammed in the computer
  • an alpha-numerical display 15 for displaying entered and recorded values; ⁇ .
  • a function keypad 17 for manual input and retrieval of machine data not automatically transmitted to the computer
  • WIPO a numeric keyboard 18 for keying in digits, for example for time setting, channel polling or the like.
  • FIG. 4 illustrates the chronological sequence of machine cycles when the setpoint is specified using the described device.
  • t means: time
  • X s setpoint (calculated in computer 3)
  • uD lower drift value limit (relative)
  • uS lower Sporitan value limit (relative)
  • oA upper absolute limit
  • uA lower absolute limit
  • target times are first formed as follows in the learning process ("teach-in method"): at the start, the times for work steps to be monitored are measured over several machine cycles, and target values and permissible deviations, which are initially, from the mean values and scatter are specified, calculated. After a certain number of machine cycles, e.g. B. three, is automatically switched to monitoring mode ("diagnosis"), the work in the learning process over a number of machine cycles, eg. B. six, preferably is continued.
  • the target times determined in this way or also specified during installation of the system are continuously compared with the measured times. Time deviations that go beyond predefined deviations are output via the printer 14 and are therefore available as a log.
  • the log essentially contains the following parameters:
  • the maximum of 256 input signal lines that can be connected in the largest standard device configuration can be used multiple times according to the definition when entering and dividing the channels. A signal input can thus be used simultaneously for the counting, measuring, testing and monitoring process. It is "possible, for example, to r the first flank of the machine tool
  • OMP ⁇ __ the cycle time, the statement about the tool state in comparison to the "optimal" or set-up state, the monitoring of the correct functioning of guides, switches, switching valves, sensors or the like, which are involved in the movement time sequence, the determination of inadmissible machining allowances for the workpieces, the monitoring of the material differences in different workpiece batches.
  • the time measurement values are recorded during the "teach-in" phase, the device automatically determining the corresponding upper and lower limits from these time measurement values
  • the monitoring mode is usually started when the system is released by the installer as working properly and begins to produce in automatic mode.
  • the device puts a "tie" on each state defined for the diagnosis (cf. FIG. 4), the limit values formed from the first 16 machine cycles, based on the mean value, the last 8 Measurements are carried out.
  • the range of the permissible percentage error is selectable. However, this is only defined once in the input definition and is retained each time the diagnosis is started again, unless it is changed again by manual input.
  • the device also offers Possibility to specify limit values manually. These then have priority over the limit values determined automatically by the device.
  • the automatic monitoring of temporal limit values of a movement or function offers the possibility of preventive diagnosis. Irregularities can thus be detected, observed and examined early on by the device during the operation of a system. This makes it possible in many cases to intervene before the machine fails completely. This means that longer periods of downtime or even consequential damage can be avoided, which means a corresponding loss of production.
  • the advantage of diagnosis using cycle time analysis is above all the possibility of early detection of an occurring error and the possibility of intervention before a real failure.
  • the detected misconduct with the corresponding output on the printer does not immediately determine the faulty part, but "circles" the fault.
  • the monitored time channel contains malfunctions of various components, which can play a role with regard to the recorded time interval, e.g. B. Malfunction of a control valve, falling oil pressure, faulty accumulator, falling supply pressure, feeding of the guide due to insufficient lubrication, irregularities of proximity switches due to moisture, tool wear, etc.
  • the computer 3 can automatically initiate reactions and output them to the machine via the interface 8. For example, the entire machine can be switched off.
  • the device supplies machine data according to VDI regulation 3423 or generally BDE data for utilization evidence and failure statistics on demand by pressing the corresponding function key from the keypad 17 or at predetermined time intervals.
  • the operation of the device does not require any special knowledge because each function key of the keypad 17 is assigned a desired function specified above the key.
  • the device After the start of the monitoring operation ("diagnosis"), the device runs automatically in the respective state and
  • Q PI reports itself automatically in the event of deviations or at times when the operator has to carry out work such as tool change or maintenance.
  • the output of diagnostic or machine data is triggered by pressing the corresponding function key from the keypad 17. Entries are shown in the display 15 and can be corrected before they are entered into the computer.
  • the device described can be used advantageously for all processes or workflows in machines in which digital pulses are used for control, such as in machine tools, handling and assembly machines, transfer lines, test and test stands and the like. like.
  • FIG. 5 An example of the monitoring or diagnosis of eight machines M1 to M8 by means of a device according to FIG. 1 is shown in FIG. 5.
  • the same reference numerals are used in FIG. 5 for the same components as in FIG. 1. These components and their interconnection are not described again.
  • the input / output unit 9 is arranged separately from the computer 3 in the example in FIG. an additional desk housing in the master cabin.
  • the maximum distance between the computer 3 arranged in the vicinity of the connected machines M1 to M8 and the input / output unit 9 should not be more than 100 m.
  • An additional printer 23 is provided in order to convey the malfunctions that have occurred to the operating personnel in the area of the machine.
  • An operating panel 21 with input buttons for identifying a fault and a fault display is provided on each machine.
  • the control panel 21 is connected to the computer.
  • FIG. 6 shows an overall system in which a plurality of computers 3 1 to 3 are connected via a bus line 1 (dashed line) or in a star shape to an intermediate computer 25 for data concentration and storage.
  • This intermediate computer has conventional input and output devices such as tape 26, floppy disc 27 and printer 28.
  • the intermediate computer is connected to a computer system 29 via V-24 interfaces.
  • screen terminals 30- ⁇ 30 can be connected to the intermediate computer, so that access to machine and production data at different locations y. becomes possible, e.g. B. in the master's office, in the maintenance office, in the production planning office, in the personal service accounting office etc.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Prozessen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Prozessen mit zeitlich gleichzeitig, nacheinander und/oder überlappend ablaufenden Vorgängen, mit einem Rechner, insbesondere digitalem Mikro-Rechner.
Bei bekannten Verfahren zur Prozeßüberwachung werden charakteristische Prozeßgrößen wie Druck, Temperatur o. dgl gemessen und zur Überwachung des Prozesses herangezogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, be denen vor allem für den Prozeß wichtige Zeiten zur Über¬ wachung bzw. Diagnose verwendet werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Schalt- bzw. Intervallzeiten einer Steuervorrichtung des Prozesses erfaßt, automatisch gespeichert und mit Sollzeiten verglichen werden, daß die Sollzeiten ausgehend von Vorgaben und/oder unter Berück- sichtigung von im Prozeß erfaßten zeitlichen Änderungen im Lernverfahren (teach-in) in dem Rechner ermittelt und ge¬ speichert werden, daß nach jeder Prozeßunterbrechung die Sollzeiten unter Berücksichtigung der neuen Startsituation des Prozesses erneut im Lernverfahren ermittelt und ge- speichert werden und daß das Verfahren zunächst,für einige
Prozeßzyklen ausschließlich während einer Lernpfrase aus- gehend von einem vorgegebenen Musterprozeß betrieben und gleichzeitig mit oder vor der Beendigung der Lernphase auf Überwachungsbetrieb umgeschaltet wird.
Vorzugsweise werden dabei die Sollzeiten aus mehreren Musterprozessen nach einem statistischen Algorithmus er-
OMPI 2 00274
- 2 -
rechnet und im Verlauf des Prozesses selbsttätig verändert, z. B. durch Überlagerung anderer für den Prozeß charakte¬ ristischer Größen, wie Temperaturen, Drücke o. dgl.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein digitaler Mikro-Prozeßrechner über digitale Dateneingangskanäle für ZeitmeßSignale und einen digitalen Datenausgangskanal mit einer Steuervorrichtung mindestens einer zu überwachenden Maschine verbunden ist und daß an den Rechner mindestens eine Ein-/Ausgabeeinheit angeschlossen ist.
Vorteilhaft weist die Ein-/Ausgabeeinheit ein Steuergerät und daran angeschlossen einen Drucker zum Ausdrucken von Abweichungen von den Sollzeiten und eine Tastatur mit
Funktionstasten zum Eingeben und Betätigen einer alpha¬ numerischen Anzeige von nicht automatisch erfaßbaren Proze߬ daten auf.
Die Steuervorrichtung kann über ein gesondertes Anzeige- und Bedienungspaneel ansteuerbar sein, das zweckmäßig un¬ mittelbar an der oder den zu überwachenden Maschinen ange¬ ordnet ist, so daß der Bediener in seiner Nähe alle zur Be¬ urteilung des Funktionszustandes ssiner Maschine notwendigen Angaben vorfindet.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung er¬ möglichen erstmals eine Zeit-Diagnose mit Aussagen über Fehler, Störungen und Trends des zu überwachenden Prozesses. /
Mit besonderem Vorteil werden das Verfahren und die Vor¬ richtung nach der Erfindung zur Überwachung von gesteuerten Werkzeugmaschinen bzw. Transferstraßen einge¬ setzt. Hierbei lassen sich z. B. Veränderungen von Vorschub- und Schneidzeiten oder von Wartungs- und Instandsetzungs-
OM ' Zeiten überwachen, indem die genannten Zeiten während des laufenden Betriebes kontinuierlich mit den vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Zeitabweichungen, die vorge¬ gebene Abweichungen überschreiten, werden protokolliert und angezeigt. Im Störungsfall können automatisch Reaktionen veranlaßt werden, z. B. gewisse Maschinen¬ funktionen abgeschaltet werden.
In dem genannten besonders bevorzugten Anwendungsfall bei Werkzeugmaschinen lassen sich Wartungszyklen und erforder¬ liche Werkzeugwechsel dem Bedienungspersonal automatisch anzeigen, sobald die zulässigen Standzeiten erreicht sind. Es lassen sich ferner Maschinendaten nach VDI-Vorschrift 342 oder allgemein BDE-Daten (BDE = Betriebsdatenerfassung) für Auslastungsnachweis und Ausfallstatistiken auf Abruf oder in vorgegebenen Zeitintervallen liefern.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich¬ nungen an einem Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung nach der Erfindung mit weiteren Einzelheiten näher er¬ läutert.
Es zeigen :
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ein-/Ausgabeein- heit bei einer Vorrichtung nach Fijg. 1;
Fig. 3 eine ausgeführte Frontplatte der Ein-/Aus- gabeeinheit nach Fig. 2;
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 5 eine anschauliche Darstellung der Vor¬ richtung nach Fig. 1 als Teilsystem beim Ein¬ satz zur Überwachung von mehreren Maschinen und
OMPI Fig. 6 eine anschauliche Darstellung eines Gesamt¬ systems mit mehreren Teilsystemen gemäß Fig. 5, wobei gestrichelt eine Alternative angedeutet ist.
Gemäß Fig. 1 ist an einem Ringbus 1 über einen Bus-Koppler 2 ein Mikro-Rechner 3 angeschlossen, der bekannte, nicht ge¬ zeichnete Bausteine, nämlich eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen C-MOS-RAM und eine Uhr mit Kalender enthält.
An den Ringbus 1 sind mehrere solcher Rechner 3 anschlie߬ bar, so daß in einer großen Fertigungshalle zahlreicheMaschinen (z. B. acht Maschinen je Rechner, s. Fig.5) überwacht und die von den Rechnern abgegebenen Daten verglichen oder anderweitig ausgewertet werden können. Anstatt an einen Ringbus können mehrere
Rechner 3 auch sternförmig an eine zentrale Datenverarbeitung anlage angeschlossen sein.
Der Rechner ist über ein Modularsystem von Interface-Bau- steinen 4 bis 8 mit einer (oder mehreren) zu überwachenden Maschinen verbunden. 4 und 5 bezeichnen zwei Interfaces für jeweils 16 analoge Eingangskanäle, über welche Meßwerte für nicht zeitliche Prozeßgrößen, wie Drücke, Temperaturen o. dgl. an den"zu überwachenden Maschinen in den Rechner ein- gespeist werden.
Die Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnen Interfaces für jeweils 32 digitale Eingangskanäle, über welche Zeitmeßgignale wie Schalt- oder Zykluszeiten der zu überwachenden Maschine bzw. einer Steuervorrichtung dafür in den Rechner 3 ^eingespeist werden. Die verarbeiteten Signale sind positive bzw. negativ Schaltflanken von digitalen Impulsen.
Es versteht sich, daß in den Interfaces 4,5 die analog an- kommenden Meßsignale in digitale Signale gewandelt werden
OMPI müssen, so daß sie in dem digitalen Mikro-Rechner 3 ver¬ arbeitet werden können, während eine solche Wandlung für die digital ankommenden Zeitmeßsignale zu den Interfaces 6 und 7 nicht erforderlich ist.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Interface für 8 digitale Ausgangskanäle, über welche der Rechner automatisch auf die zu überwachende Maschine bzw. deren Steuervorrichtung ein¬ wirken kann, beispielsweise bestimmte Funktionen oder die ganze Maschine ausschalten kann.
An den Rechner 3 ist eine Ein-/Ausgabeeinheit 9 über seriel Datenkanäle 10,11 angeschlossen, über welche nacheinander Daten vom und in den Rechner übertragbar sind.
Die Ein-/Ausgabeeinheit 9 umfaßt gemäß Fig. 2 ein Eingabe- Ausgabe-Steuergerät 12, an welches die folgenden Bausteine angeschlossen sind:
ein Statusanzeiger 13, welcher beispielsweise über Lämpchen Störungen oder Unregelmäßigkeiten an der zu überwachenden Maschine anzeigt;
ein Drucker 14, welcher Zeitabweichungen von den im Rechner vorprogrammierten Sollwerten aufnimmt;
eine alpha-numerische Anzeige 15 zur Anzeige von einge¬ gebenen und erfaßten Werten; ^.
einen Schreiber 16 für die Dokumentation von analogen Me߬ werten o. dgl. ;
ein Funktionstastenfeld 17 zum manuellen Eingeben und Ab¬ rufen von nicht automatisch an den Rechner übermittelten Maschinendaten;
WIPO eine numerische Tastatur 18 zum Eintasten von Ziffern beispielsweise für die ührzeitsetzung, Kanalabfrage o. dgl.
In der Darstellung der Frontplatte der Ein-/Ausgabeeinheit (Fig.3) sind die entsprechenden Bezugszeichen eingetragen und nicht nochmals erläutert.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Alle zeitlichen Änderungen an der zu überwachenden Maschine werden automatisch über die Interfaces 6 und 7 oder durch Handeingabe über die Funktionstasten 17 mit hoher Auflösung, z. B. 10 ms, als Zeitmeßwerte erfaßt- Dazu überlagert können andere typische Prozeßgrößen über die Interfaces 4,5 einge¬ leitet werden und im Rechner die Sollzeit-Vorgabe in be¬ liebiger gewünschter Weise beeinflussen. Aus den gemessenen Zeiten werden Dauer und Häufigkeit der erfaßten Vorgänge ermittelt und gespeichert.
Das Diagramm nach Fig. 4 veranschaulicht den zeitlichen Ab¬ lauf von Maschinenzyklen bei einer Sollwertvorgabe mit der beschriebenen Vorrichtung. In Fig. 4 und im folgenden Text bedeuten t: Zeit
A: Anzahl der Maschinenzyklen aO: absolute Obergrenze = obere Spontanwertgrenze
(relativ) oD: obere Driftwertgrenze (relativ)
Xn: Mittelwert (errechnet im Rechner 3)
Xn: Meßwert
Xs: Sollwert (errechnet im Rechner 3) uD: untere Driftwertgrenze (relativ) uS: untere Sporitanwertgrenze (relativ) oA: obere absolute Grenze uA: untere absolute Grenze
OMPI In den Rechner 3 werden zunächst im Lernverfahren ("Teach- in-Verfahren") Sollzeiten wie folgt gebildet: beim Start werden über mehrere Maschinenzyklen die Zeiten für zu über¬ wachende Arbeitsschritte gemessen und aus den Mittelwerten und Streuungen Sollwerte und zulässige Abweichungen, die anfänglich vorgegeben sind, errechnet. Nach einer bestimmten Anzahl von Maschinenzyklen, z. B. drei, wird automatisch auf Überwachungsbetrieb ("Diagnose") geschaltet, wobei das Arbeiten im Lernverfahren über eine Reihe von Maschinen- zyklen, z. B. sechs, vorzugsweise noch fortgesetzt wird. Dabei werden die auf diese Weise ermittelten oder auch bei der Installation des Systems vorgegebenen Sollzeiten kontinuierlich mit den gemessenen Zeiten verglichen. Zeit¬ abweichungen, die über vorgegebene Abweichungen hinaus- gehen, werden über den Drucker 14 ausgegeben und liegen somit als Protokoll vor.
Das Protokoll enthält im wesentlichen folgende Größen:
- Anzahl der Signaländerungen
- Signaldauer
- Aufsummierung der Signaldauer
- Soll-Ist-Vergleiche
- Mittelwertbildung der Signaldauer - Trendwertbildung
- Warnober und -untergrenzen
- Abschaltober und -untergrenzen
- "Not-aus"-Grenzen
- Nutzungsgrad
* r
Im folgenden ist ein Beispiel für ein Protokoll.'der Über¬ wachung einer Werkzeugmaschine für einen Werktag gegeben:
Donnerstag, 22.10.83 08:27:14 Netz-Ein Einschalten des
Systems
31 sec: 058-063 10ms: 125-127 -.Maschinenzustand
3 Schichten: 08:30, 12:30, 13:10, 17:30 anzeigen
- ÜREA
OMPI 274
- 8 -
062 St. Zeit-Ist 088,5 Rest 031,5 min 126 St. Zeit-Ist 230,4 min
127 Mittelwert 000410 msec :Diagnose Soll¬ werte und Tolera
127 Trend-Soll 000490 msec Grenzen
127 Drift: -000190, +000240 msec
127 Spont: -000280, +000350 msec
127 Trend-Sollwert: 000490 msec :Vergangenheits¬ werte des Diagno 1. 000440 msec kanals
2. 000430 msec
3. 000450 msec
4. 000420 msec '
5. 000410 msec 6. 000420 msec
7. 000400 msec
8. 000410 msec
Donnerstag, 22.10.83 12:16 14 3 Teach- "Teachen" von Di
Start gnosekanälen
Donnerstag, 22.10.83 12:16:46 3 Diagnose- Start
Donnerstag, 22.10.83 12:18:22 3 Teach-
Ende -
Donnerstag, 22.10.83 13:14:27 ;Drift-Toleranz- 127 Drift: -000210 msec Grenze unter¬ schritten
Donnerstag, 22.10.83 13:27:18 :Spont-Toleranz- 127 Spont: +000360 msec Grerfze über- schnitten
Donnerstag, 22.10.83 14:47:11 ;Standzeit erreic
063 St. Zeit-Soll 120.0 min erreicht
Donnerstag, 22.10.83 14:47:13 ;Stückzahl erreic
062 St. Zahl-Soll 030 Stck erreicht
<δU£E
OMP A 062 Messwert 00047 sec A 127 Messwert 000430 msec A 126 Messwert 001940 msec A 063 Messwert 00103 sec
Statistik der Gruppe: 3 Donnerstag, 22.10.83 12:30:00
03:41 Maschine eingeschaltet 03:10 Automatik-Betrieb
00:05 03 Programm "Test" läuft
00:28 04 Werkzeugwechsel
00:10 05 Werkzeugmangel
00:26 06 Materialmangel 00:16 07 Störung Elektrik
00:00 08 Störung Mechanik
00:24 09 Störung Hydraulik
00:17 10 Wartung
.04:00 Planbelegungszeit 00:31 Störung gesamt
00:19 Ruhezeit der Maschine
79 % Nutzungsgrad
Die bei der größten serienmäßigen Geräteausbaustuf-e maximal anschließbaren 256 Eingangssignalleitungen können entspreche der Definition bei der Eingabe und Aufteilung der Kanäle mehrfach verwendet werden. Somit kann ein Signaleingang jeweils für den Zähl-, Meß-, Prüf- und Überwachungsvor¬ gang gleichzeitig eingesetzt werden. So ist es "möglich, r z. B. bei einer Werkzeugmaschine die erste Flanke des
Einschaltsignales und die hintere Flanke des Ausschalt¬ oder Umsteuerungssignales der Arbeitsspindelansteuerung für den Bearbeitungsvorgang für folgende Messungen zu ver¬ wenden:
BURE O P - Anzahl der Bearbeitungstakte
- Dauer des Bearbeitungstaktes
- Summe der Bearbeitungszeiten
- Bestimmung der mittleren Taktzeit
- Trendaussage über den Taktzeitverlauf.
Darüber hinaus können folgende für die Fertigung wichtige Daten bestimmt bzw. definiert werden, z. B.:
- Anzahl der gefertigten Werkstücke - Anzahl der noch zu fertigenden Werkstücke zu einer vorher eingegebenen Obergrenze
- Überwachung der zu fertigenden Stückzahl einer Losgröße
- Erfassung der Werkzeugeingriffszeit unter Ver- nachlässigung der Anfahr- und Auslaufphasen
- Bestimmen der Werkzeugstandzeit
- Überwachung von Werkzeugwechselintervallen
- Überwachung von WartungsIntervallen.
Liegen Vorgänge vor, die stetig wiederkehren und die sich vom zeitlichen Ablauf her in bestimmten Grenzen bewegen, so können diese für die sogenannte Taktzeitanalyse heran¬ gezogen werden. Sinnvoll können frei gesteuerte Bewegungs¬ abläufe überwacht werden, d. h. zwangsgeführte oder ge- schwindigkeitsgeregelte Vorgänge scheiden hier in den meisten Fällen aus.
Durch die zeitlich hohe Auflösung von 10 msec u d den in y- dem Rechner 3 implementierten Algorithmus lasse sich durch die Aufnahme von mehreren hintereinander folgenden Vorgängen weitere Aussagen über die Funktion treffen.
Beim Beispiel der Bearbeitungseinheit einer Werkzeug¬ maschine sind dies z. B. die Gleichmäßigkeit des Be- wegungszeitablaufes, der Einfluß der Einschaltdauer auf
OMPΓ__ die Taktzeit, die Aussage über Werkzeugzustand im Ver¬ gleich zu "optimalen" bzw. Einrichtungszustand, das Über¬ wachen des ordnungsgemäßen Arbeitens von Führungen, Schaltern, Schaltventilen, Sensoren- o. dgl., die am Be- wegungszeitablauf beteiligt sind, die Bestimmung von unzu¬ lässigen Bearbeitungszugaben der Werkstücke, die Überwachung der Materialunterschiede bei unterschiedlichen Werkstück¬ chargen.
Die Überwachung all dieser Vorgänge geschieht selbsttätig im Automatikbetrieb der Maschinenanlage.
Die Aufnahme der Zeitmeßwerte erfolgt während der "Teach- in"-Phase, wobei die Vorrichtung selbsttätig aus diesen Zeitmeßwerten die entsprechenden Ober- und Untergrenzen
(Kurven aO, oD, uD, uS in Fig. 4) bestimmt, bei denen ge¬ warnt, der nächste Takt verhindert oder sogar die Maschine "Not-aus"-geschaltet wird.
Der Überwachungsbetrieb wird im Regelfall dann begonnen, wenn die Anlage durch den Einrichter als ordnungsgemäß arbeitend freigegeben wird und im Automatikbetrieb zu produzieren beginnt.
Aus den ersten Arbeitszyklen heraus legt sich die Vor¬ richtung über jeden für die Diagnose definierten Zustand eine "Krawatte" (vgl. Fig. 4) , wobei die aus den ersten 16 Maschine-Zyklen gebildeten Grenzwerte, bezogen auf den Mittelwert, die letzten 8 Messungen mitgeführt werden. Der Bereich des zulässigen prozentualen Fehlers ist wählbar. Dieser wird jedoch nur einmal bei der Eingabedefinition festgelegt und bleibt bei jedem erneuten Start der Diagnose erhalten, wenn er nicht erneut durch Handeingabe verändert wird. Neben diesen,über dem "aktuellen" Mittelwert mitge- führten Grenzwerten, bietet die Vorrichtung auch die Möglichkeit, Grenzwerte manuell - vorzugeben. Diese haben dann Priorität gegenüber den vom Gerät selbsttätig be¬ stimmten Grenzwerten.
5 Arbeiten die für die Diagnose definierten Zeitkanäle inner¬ halb der errechneten Grenzen- (es sindsechsToleranzschwellen wählbar), (Kurven aO, oD, uD, uS, oA, uA in Fig. 4)so wird nich in den Ablauf eingegriffen. Langsame Änderungen, wie sie z. B. durch Temperatureinflüsse hervorgerufen werden können, 10 führen dann nicht zu einer "Reaktion" der Vorrichtung, sobald diese die manuell eingegebenen Festwerte nicht über- oder unterschreiten (Fig. 4) .
Durch die automatische Überwachung von zeitlichen Grenz- 15 werten einer Bewegung bzw. Funktion bietet sich die Möglich¬ keit zur Prä entiv-Diagnose. Unregelmäßigkeiten können so¬ mit durch die Vorrichtung während des Betriebes einer Anlage früh¬ zeitig erkannt, beobachtet und untersucht werden. Hierdurch ist es in vielen Fällen möglich, noch vor einem gänzlichen 20 Ausfall der Maschine einzugreifen. Somit können längere Stil standszeiten oder gar Folgeschäden vermieden werden, die einen entsprechenden Produktionsausfall bedeuten.
Es kann z. B. vorkommen, daß bei Werkzeugs.chaden an einer 25 Einheit Werkzeuge der anderen Einheiten durch die fehlende Vorbearbeitung zu "Bruch" gefahren werden, bevor die Maschine gestoppt wird. Durch die Überwachung mit der be¬ schriebenen Vorrichtung kann dies dann vermieden- werden, wenn eine entsprechende Zeitunter- oder -Überschreitung r 3.0 mit der betreffenden Einheit bzw. Funktion verbunden ist.
Bei einer Überwachung der Gesamttaktzeit würde diese Un¬ regelmäßigkeit nicht .erkannt werden können. Die Folge wäre dann entweder die Produktion von Ausschuß durch fehler¬ haft bearbeitete Teile oder bei nicht vollständig be- 35 arbeiteten Teilen eine Nachfertigung des entsprechenden
-^URE OMPI Bearbeitungsganges.
Der Vorteil der Diagnose durch Taktzeitanalyse besteht vor allem in der Möglichkeit der frühen Erkennung eines auf- tretenden Fehlers und in der Möglichkeit des Eingriffs vor einem echten Ausfall. Das festgestellte Fehlverhalten mit der entsprechenden Ausgabeam Drucker bestimmt nicht unmittelba das fehlerhafte Teil, sondern "kreist" den Fehler ein. Der überwachte Zeitkanal beinhaltet Fehlfunktionen ver- schiedener Bauelemente, die bezüglich des aufgenommenen Zeitintervalles eine Rolle spielen können, z. B. Fehl¬ funktion eines Steuerventils, abfallender Öldruck, fehler¬ hafte Speicher, abfallender Versorgungsdruck, Fressen der Führung wegen Mangelschmierung, Unregelmäßigkeiten von Näherungsschaltern durch Feuchtigkeit, Werkzeugverschleiß, etc.
Im Störungsfall können vom Rechner 3 automatisch Reaktionen veranlaßt und über das Interface 8 an die Maschine abge- geben werden. Beispielsweise kann die gesamte Maschine abgeschaltet werden.
Maschinendaten nach VDI-Vorschrift 3423 oder allgemein BDE- Daten für Auslastungsnachweise und Ausfallstatistiken liefert die Vorrichtung auf Abruf durch Betätigen der entsprechenden Funktionstaste aus dem Tastenfeld 17 oder in vorgegebenen Zeitintervallen.
Die Bedienung der Vorrichtung erfordert keinerle ii Spezial- kenntnisse, weil jeder Funktionstaste des Tastenfeldes 17 eine über der Taste angegebene, gewünschte Funktion zu¬ geordnet ist.
Nach dem Start des Überwachungsbetriebs ("Diagnose") läuft die Vorrichtung automatisch in den jeweiligen Zustand und
Q PI meldet sich bei Abweichungen oder zu Zeitpunkten, zu denen der Bediener Arbeiten, wie Werkzeugwechsel oder Wartung, ausführen muß, selbsttätig.
Die Ausgabe von Diagnose- oder Maschinendaten wird durch Betätigen der entsprechenden Funktionstaste aus dem Tastenfeld 17 ausgelöst. Eingaben werden in der Anzeige 15 angezeigt und lassen sich korrigieren, bevor sie in den Rechner eingegeben werden.
Die beschriebene Vorrichtung ist für alle Prozesse bzw. Arbeitsabläufe bei Maschinen vorteilhaft einsetzbar, bei denen digitale Impulse zur Steuerung verwendet werden, wie bei Werkzeugmaschinen, Handhabungs- und Montageautomaten, Transferstraßen, Prüf- und Versuchsständen u. dgl.
Es lassen sich hierbei auch mehrere Maschinen von einem Rechner unabhängig voneinander überwachen, z. B. hin¬ sichtlich Stückzahl, Standzeit, Wartungszyklus, Werkzeug- Wechsel und Diagnose. Ein Beispiel für die Überwachung bzw. Diagnose von acht Maschinen M1 bis M8 mittels einer Vor¬ richtung gemäß Fig. 1 ist in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 sind gleiche Bezugszeichen für mit Fig. 1 gleiche Kompo¬ nenten verwendet. Diese Komponenten und ihre Zusammen- schaltung sind nicht nochmals beschrieben.
Zusätzlich zu Fig. 1 ist folgendes zu bemerken:
Die Ein-/Ausgabeeinheit 9 ist bei dem in Fig. Beispiel vom Rechner 3 getrennt angeordnet, z. einem zusätzlichen Pultgehäuse in der Meisterkabine auf¬ gestellt. Die maximale Entfernung zwischen dem in der Nähe der angeschlossenen Maschinen M1 bis M8 angeordneten Rechner 3 und der Ein^/Ausgabeeinheit 9 sollte nicht mehr als 100 m betragen. Die Entfernung zwischen dem Rechner 3 . .. .. . .
- 1 5 -
und der jeweiligen Maschine sollte im Regelfall 25 bis 30 m nicht überschreiten, um die Gefahr von Störeinstrahlungen auf die Signalleitungen von der Maschine zu der Vorrichtung zu vermeiden.
Es ist ein zusätzlicher Drucker 23 vorgesehen, um dem Be¬ dienpersonal im Bereich der Maschine die aufgetretenen Störungen zuzuleiten.
An jeder Maschine ist ein Bedienungspaneel 21 mit Eingabe¬ knöpfen zur Identifikation einer Störung sowie einer Stör¬ anzeige vorgesehen. Das Bedienungspaneel 21 ist am Rechner angeschlossen.
Fig. 6 zeigt ein Gesamtsystem, bei dem mehrere Rechner 3 1 bis 3 über eine Busleitung 1 (gestrichelt) oder stern- förmig an einen Zwischenrechner 25 zur Datenkonzentration und -speicherung angeschlossen sind. Dieser Zwischenrechner verfügt über übliche Ein- und Ausgabevorrichtungen wie Band 26, Floppy-Disc 27 und Drucker 28.
über V-24-Schnittstellen ist der Zwischenrechner an eine EDV-Anlage 29 angeschlossen.
Ferner können an den Zwischenrechner mehrere Bildschirm- Terminals 30- ~30 angeschlossen sein, so daß der Zugriff zu Maschinen- und Produktionsdaten an verschiedenen Orten y. möglich wird, z. B. im Meisterbüro, im Instandha^tungs- büro, im Produktionsplanungsbüro, in der Persoηäl-Leistungs- abrechnungsstelle usw.
Zusätzliche Möglichkeiten des in Fig. 6 gezeichneten Ge¬ samtsystems bestehen in der Rückgabe abgespeicherter Meß- werte als Sollwerte für die Maschinenfunktion. Der Ein- EP82/00274
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richter kann damit die Einstellphasen von schon gefertigten Werkstücken bei der Neueinrichtung wesentlich verkürzen. Diese Möglichkeit ergibt sich beim Teilsystem nach Fig. 5 nur bei Vorlage der aufgenommenen und ausgedruckten Werte der "alten"Einstellung auf einem entsprechenden Daten¬ streifen.
y-

Claims

P T/EP82/0027-17-Ansprüche
1. Verfahren zur Überwachung von Prozessen mit zeitlich gleichzeitig, nacheinander und/oder überlappend ab¬ laufenden Vorgängen, mit einem Rechner, insbesondere di¬ gitalem Mikro-Rechner, dadurch g e k e n n z e i c h - n e t, daß die Schalt- bzw. Intervallzeiten einer Steuervor¬ richtung des Prozesses erfaßt, automatisch gespeichert und mit Sollzeiten verglichen werden, daß die Sollzeiten ausgehend von Vorgaben und/oder unter Berücksichtigung von im Prozeß erfaßten zeitlichen Ände¬ rungen im Lernverfahren (teach-in) in dem Rechner er¬ mittelt und gespeichert werden, daß nach jeder Prozeßunterbrechung die Sollzeiten unter Berücksichtigung der neuen Startsituation des Prozesses erneut im Lernverfahren ermittelt und gespeichert werden und daß das Verfahren zunächst für einige Prozeßzyklen aus¬ schließlich während einer Lernphase ausgehend von einem vorgegebenen Musterprozeß betrieben und gleich- zeitig mit oder vor der Beendigung der Lernphase auf Überwachungsbetrieb umgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h¬ n e t, daß die Sollzeiten aus mehreren Musterprozessen nach einem statistischen Algorithmus errechnet und selbsttätig verändert werden. - i'
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Prozesse gleich- zeitig überwacht werden..
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e - k e n n z e l e h n e t, daß zusätzlich zu den Zeiten noch andere charakteristische Prozeß-Größen gemessen werden und im Rechner zur Beeinflussung der Sollzeiten verarbeitet werden.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e , daß ein digitaler Mikro-Prozeßrechner (3) über digitale Dateneingangskanäle (6,7) für Zeitmeßsignale und mindestens einen digitalen Datenausgangskanal (8) mit einer Steuervorrichtung (20) mindestens einer zu überwachenden Maschine (M1 bis M8) verbunden ist und daß an den Rechner (3) mindestens eine Ein-/Ausgabeeinheit (9 angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c n e t, daß außerdem analoge Dateneingangskanäle (4,5) zum übertragen von charakteristischen, nicht zeitlichen Meßdaten des Prozesses zum Rechner (3) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e n n¬ z e i c h n e t, daß die Ein-/Ausgabeeinheit (9) ein Steuergerät (12) und daran angeschlossen einen Drucker (14) zum Ausdrucken von Abweichungen von den Sollzeiten und eine Tastatur (17,18) mit Funktionstasten (17) zum
Eingeben und Betätigen einer alpha-numerischen Anzeige (15) von nicht automatisch erfaßbaren Prozeßyd ' raten auf- weist. r i
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der oder jeder zu über¬ wachenden Maschine (M1 - M8) ein gesondertes Anzeige- und Bedienungspaneel (21) mit einer Störanzeige und Identifizierknöpfen zum Festhalten der Störung zugeordnet ist.
OMPI
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Mikro-Prozeß- rechner (3),welcheentsprechend nachgeschaltete Steuer¬ vorrichtungen (20), Ein-/Ausgabeeinheiten u. dgl. auf- weisen,über einen Zwischenrechner (25) für das Formatieren,
Zwischenspeichern von Daten o. dgl. an einen Zentral¬ rechner (22) angeschlossen ist.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 zur Überwachung gesteuerter Arbeitsmaschinen, ins¬ besondere Zuführ- und Montagevorrichtungen, Werkzeug¬ maschinen und Transferstraßen.
y t'
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Inventor name: SENGER, DETLEF

Inventor name: JUNGKUNZ, HEINRICH

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