EP1194765A1 - Verfahren und vorrichtung zur prozessoptimierenden einstellung von parametern eines produktionsprozesses - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur prozessoptimierenden einstellung von parametern eines produktionsprozesses

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EP1194765A1
EP1194765A1 EP00938739A EP00938739A EP1194765A1 EP 1194765 A1 EP1194765 A1 EP 1194765A1 EP 00938739 A EP00938739 A EP 00938739A EP 00938739 A EP00938739 A EP 00938739A EP 1194765 A1 EP1194765 A1 EP 1194765A1
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EP
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data
production
product
processing unit
data processing
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EP00938739A
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Inventor
Steffen Burkhardt
Karl Schäfer
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Isra Parsytec GmbH
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Parsytec Computer GmbH
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Publication date
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • 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—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41875—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by quality surveillance of production
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32187—Correlation between controlling parameters for influence on quality parameters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for setting process parameters of a production process for an elongated flat product in order to achieve a specifiable product quality.
  • the surface maps could provide valuable information on where in the production process certain errors were caused, but this could not be automated or systematized.
  • the object of the present invention is to systematically check the data obtained by means of a surface inspection system for any
  • the correlation should also be able to be used online in production processes, in particular in casting and rolling systems for steel sheets in the hot rolling process.
  • an immediate feedback to the production process for regulating the parameters responsible for certain deviations in quality should also be achieved.
  • the number of measured values in the exemplary embodiment described here can reach approximately 1,000,000 values per minute.
  • the data of a surface inspection system also reach about this size.
  • the parameters can be of different types to identify continuous or discrete variables or purely Boolean parameters that can only take two values.
  • numerous process parameters of the production process are recorded as a function of time in the form of process data and the process data are processed in at least one first data processing work and output as production data.
  • the surface of the product is observed by means of a surface inspection system within or at the end of the production process, the surface being recorded from the observation data in at least one second data processing unit as a type of surface map with identified surface features in the form of surface data, and the surface features after various types and / or classified according to size and / or frequency and entered in the surface map according to their position.
  • the different classes and positions of surface features are output as product data.
  • the production data and the product data are then jointly supplied to at least one third data processing unit, where they are examined for correlations between them, rules being established as to how the product data depend on specific production data.
  • the process parameters can then be set in accordance with the established rules and their interpretation in the form of suitable control signals in order to achieve a desired quality.
  • a correlation module is therefore installed in the third data processing unit, which examines the supplied data for significant correlations.
  • Various correlation principles come into consideration for such a correlation module. Examples of this are neural methods and statistical methods.
  • a program is preferred which is based on the fact that the data to be correlated are represented in a data space in such a way that the entropy reaches a minimum. This results in accumulations of data at certain points in the data room, which indicate correlations and can be formulated in the form of laws or dependencies.
  • Such a correlator initially delivers empirically and without any theoretical explanation connections between production parameters and product data, from which setpoint settings for the production parameters can be derived to achieve certain product qualities and adjusted during production.
  • the invention makes it possible, for the first time, to correlate complex surface data of the end product with production parameters virtually online, and thus enables laws and relationships to be found which, due to their complexity, could not previously be recognized. Only the preparation of surface data by recognizing and classifying surface defects allows the flood of data when observing the surface by cameras to be brought to a level that allows a sufficiently quick examination for correlations with production parameters.
  • the function of the first data processing unit 5 and the second data processing unit 8 is important.
  • a preselection of data a so-called aggregation of the data, can be carried out according to criteria which can be specified by the user in order to be recognized as unimportant for the respective task or in general Exclude data.
  • certain primary data recognized as important can also be forwarded quickly without any processing so that they are available in the third data processing unit for the analysis of correlations. In particular, once certain correlations have been found, the data that correlate with other data can be forwarded.
  • the operation of the entire device results in the analysis of increasing amounts of data and by finding various correlations, a certain number of dependencies, which can be visualized, printed out or saved as rules on the one hand, but which are also automatically fed back to control the production arrangement to maintain a certain quality can.
  • a production arrangement 1 in particular a hot rolling mill for producing a product 2, in the present case rolled steel, is present.
  • the production steps upstream of the hot rolling mill namely the so-called secondary metallurgical ladle treatment and a casting process in which the contents of a ladle are cast to produce a strip material, cooled and passed through a tunnel furnace.
  • All stages of the manufacturing process are equipped with a large number of measuring sensors 3, which transmit measuring values 4 via measuring lines, which according to the state of the art are used in a manufacturing control system for regulating the production arrangement 1 or the upstream production processes.
  • these measured values are additionally fed to a first data processing unit, in which a pre-evaluation or selection, a so-called aggregation of the data, is carried out.
  • a pre-evaluation or selection a so-called aggregation of the data, is carried out.
  • the product 2 after hot rolling and annealing, passes under a surface inspection system 6 before being wound up.
  • the surface inspection system 6 consists in particular of a number of cameras distributed over the width of the product 2 with a downstream, networked one! Image analysis system.
  • Such a system is described, for example, in the "Automatic Hotstrip Surface Inspection HTS-2W" brochure from Parsytec Computer GmbH, Auf der Huels 183, D-52068 Aachen, Germany.
  • these quality data can be added to the manufactured product, for example a roll of rolled steel strip, as a quality certificate.
  • the surface data are now fed to a second data processing unit 8, in which the data is aggregated.
  • the second data processing unit 8 can also be integrated into the image analysis system 7 of the surface inspection system 6, which is already present.
  • the first data processing unit 5 and the second data processing unit 8 are connected to a third data processing unit 11 via a first data line 9 and a second data line 10, respectively.
  • a correlation module 12 for correlations between them.
  • any known type of correlation search can in principle be used in the correlation module 12.
  • data mining tools have proven to be particularly favorable for the case described here.
  • Such correlation modules have so far only been used to find correlations between simple product data and the parameters of a production process.
  • the present invention provides through an output / display unit 13 certain rules that enable the prediction of certain surface features of the product at certain values for process parameters and thus a targeted process management to achieve a certain surface quality.
  • measurement results of the surface inspection system can be fed directly into the production arrangement 1 for regulating process parameters via a feedback 14.
  • the invention enables the rapid gathering of knowledge of the manner in which production parameters, in particular in the case of a casting and rolling plant for sheet steel, are related to certain surface properties, as a result of which a more targeted process control for the production of certain qualities and a faster running-in of new plants is made possible.
  • the principle described here using the example of a rolling mill can also be used in other production plants for flat strip materials, for example coating plants, paper production facilities, etc., with the same advantages. List of reference symbols
  • Production arrangement product measuring sensor measuring lines first data processing unit surface inspection system image analysis system second data processing unit first data line second data line third data processing unit correlation module output / display unit feedback

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur prozeßoptimierenden Einstellung von Parametern eines Produktionsprozesses für ein langgestrecktes flächiges Produkt (2) zur Erzielung einer vorgebbaren Qualität. Die Oberfläche des Produktes (2) wird mittels eines Oberflächen-Inspektions-Systems (6) in einer geeigneten Stufe des Produktionsprozesses beobachtet, wobei aus den Beobachtungsdaten (8) die gesamte Oberfläche als eine Art Oberflächenkarte mit festgestellten Oberflächenmerkmalen in Form von Oberflächendaten aufgezeichnet und die Oberflächenmerkmale nach verschiedenen Arten und/oder nach Größe und/oder nach Häufigkeit klassifiziert und entsprechend ihrer Position in die Oberflächenkarte eingetragen werden. Die Produktionsdaten und die Produktdaten werden gemeinsam einer Datenverarbeitungseinheit (11) zugeführt und dort auf zwischen ihnen bestehende Korrelationen untersucht, wobei Regeln festgestellt werden, wie die Produktdaten von bestimmten Produktionsdaten abhängen, so daß die Prozeßparameter entsprechend den festgestellten Regeln zur Erzielung einer gewünschten Qualität eingestellt werden können. Die Erfindung ermöglicht z. B. bei Gießwalzanlagen für Stahlblech die Erkennung von Zusammenhängen zwischen Prozeßparametern und dem Auftreten von Oberflächenfehlern.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur prozeßoptimierenden Einstellung von Parametern eines Produktionsprozesses
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung von Prozeßparametern eines Produktionsprozesses für ein langgestrecktes flächiges Produkt zur Erzielung einer vorgebbaren Produktqualität.
Bei Produktionsprozessen, insbesondere kontinuierlichen Prozessen zur Herstellung langgestreckter flächiger Produkte, beispielsweise Walzstahl, ist es erforderlich, eine große Zahl von Prozeßparametern auf geeignete Werte einzustellen, um einen reibungslosen Produktionsablauf und eine gute Qualität des Produktes zu erreichen.
Betrachtet man beispielsweise die Herstellung von Walzstahl, die als besonderes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung beispielhaft hervorgehoben wird, so wird erkennbar, daß zahlreiche Produktionsparameter Einfluß auf das Endprodukt haben. Dies beginnt mit der metallurgischen Zusammensetzung der Schmelze, mit deren Behandlung in der Schmelzpfanne, setzt sich bei den Parametern während des Gießvorganges und der dort herrschenden Temperaturverläufe fort und betrifft dann insbesondere das Warmwalzwerk mit vielen Parametern wie Walzendruck, Temperatur des Bandes usw.. Eine große Zahl von Meßwerten in allen Produktionsstufen dient zur Regelung der Produktionsparameter, wobei es oft jahrzehntelanger Erfahrung des Bedienungspersonals bedarf, um einen Produktionsprozeß stabil zu führen und eine jeweils gewünschte Produktqualität zu erreichen. Besonders bei neu konstruierten und/oder neu gebauten Anlagen ist es oft schwierig, die richtigen Produktionsparameter für die Erzielung einer bestimmten Produktqualität herauszufinden. Natürlich können schon immer einfache Produktcharakteristika wie Breite und Dicke des Bandes während des Produktionsprozesses gemessen und durch Veränderung von für diese Charakteristika entscheidenden Produktionsparametern geregelt werden.
Für flächige Produkte sind jedoch nicht nur die Abmessungen und die Zusammensetzung des Materials von Bedeutung, sondern ganz besonders auch die Oberflächenbeschaffenheit. Während es früher praktisch nicht möglich war, bei einem schnellaufenden Band die Oberfläche kontinuierlich zu inspizieren, Fehler zu erkennen und zu klassifizieren, gibt es seit einiger Zeit Oberflächeninspektionssysteme auf der Basis von Kameras mit nachgeschalteten vernetzten Bildanalysesystemen, die auch bei einem laufenden Band eine Oberflächeninspektion ermöglichen.
Bisher wurden solche Oberflächeninspektionssysteme für die Qualitätskontrolle eingesetzt, d. h. diese Systeme fertigten eine Art Landkarte von der Oberfläche eines Stahlbandes an, auf der beobachtete Fehler mit ihrer Position eingetragen und auch nach Art und Häufigkeit und z. B. Periodizität klassifiziert werden konnten. Auf diese Weise konnten fertiggestellte Blechrollen mit Qualitätszeugnissen versehen werden, die Hinweise auf Ort, Art und/oder Häufigkeit von Fehlern gaben. Ein solches Oberflächeninspektionssystem ist beispielsweise in der DE 197 20 307 AI oder der DE 197 30 622 beschrieben.
Die Oberflächenkarten konnten bei einer späteren Untersuchung wertvolle Hinweise darauf geben, an welchen Stellen im Produktionsprozeß bestimmte Fehler verursacht wurden, jedoch ließ sich dies weder automatisieren noch systematisieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mittels eines Oberflächeninspektionssystems gewonnenen Daten systematisch auf eventuelle
Korrelationen mit Prozeßdaten zu untersuchen mit dem Ziel, Abhängigkeiten der Produktqualität von bestimmten Prozeßparametern zu finden und so einen Prozeß schneller und sicherer zur Erzielung einer vorgebbaren Qualität steuern zu können. Insbesondere soll die Korrelation auch online bei Produktionsprozessen eingesetzt werden können, insbesondere bei Gießwalzanlagen für Stahlbleche im Warmwalzprozeß. Neben dem Auffinden von gesetzmäßigen Zusammenhängen zwischen Produktionsparametern und Produktqualität soll insbesondere auch eine sofortige Rückkopplung auf den Produktionsprozeß zur Regelung der für bestimmte Abweichungen in der Qualität verantwortlichen Parameter erreicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Zur Veranschaulichung der Komplexität des zu lösenden Problems sei zunächst darauf hingewiesen, daß die Zahl der Meßwerte in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 1.000.000 Werte pro Minute erreichen kann. Auch die Daten eines Oberflächeninspektionssystems erreichen etwa diese Größenordnung. Dabei können die Parameter verschiedener Art sein zur Kennzeichnung kontinuierlicher oder diskreter Größen oder rein boolsche Parameter, die nur zwei Werte annehmen können.
Erfindungsgemäß werden zahlreiche Prozeßparameter des Produktionsprozesses in Abhängigkeit von der Zeit in Form von Prozeßdaten aufgezeichnet und die Prozeßdaten in mindestens einer ersten Datenverarbeitungsarbeit verarbeitet und als Produktionsdaten ausgegeben. Gleichzeitig wird die Oberfläche des Produktes mittels eines Oberflächeninspektionssystems innerhalb oder am Ende des Produktionsprozesses beobachtet, wobei aus den Beobachtungsdaten in mindestens einer zweiten Datenverarbeitungseinheit die Oberfläche als eine Art Oberflächenkarte mit festgestellten Oberflächenmerkmalen in Form von Oberflächendaten aufgezeichnet und die Oberflächenmerkmale nach verschiedenen Arten und/oder nach Größe und/oder nach Häufigkeit klassifiziert und entsprechend ihrer Position in die Oberflächenkarte eingetragen werden. Die verschiedenen Klassen und Positionen von Oberflächenmerkmalen werden als Produktdaten ausgegeben. Die Produktionsdaten und die Produktdaten werden anschließend gemeinsam mindestens einer dritten Datenverarbeitungseinheit zugeführt und dort auf zwischen ihnen bestehende Korrelationen untersucht, wobei Regeln festgestellt werden, wie die Produktdaten von bestimmten Produktionsdaten abhängen. Danach können die Prozeßparameter entsprechend den festgestellten Regeln und deren Interpretation in Form von geeigneten Steuerungssignalen zur Erzielung einer gewünschten Qualität eingestellt werden. Durch die Vorselektion und Auswertung sowohl der Produktionsdaten als auch der Produktdaten in parallel laufenden Datenverarbeitungseinheiten stehen ausgewählte, schon nach gewissen Gesichtspunkten vorsortierte und bewertete Produktions- und Produktdaten für eine Korrelationsuntersuchung zur Verfügung. In der dritten Datenverarbeitungseinheit ist daher ein Korrelationsmodul installiert, welches die zugeführten Daten auf signifikante Korrelationen untersucht. Für ein solches Korrelationsmodul kommen verschiedene Korrelationsprinzipien in Betracht. Beispiele hierfür sind neuronale Verfahren und statistische Verfahren. Bevorzugt wird bei der vorliegenden Erfindung ein Programm, welches darauf beruht, daß die zu korrelierenden Daten in einem Datenraum möglichst so dargestellt werden, daß die Entropie ein Minimum erreicht. Dabei ergeben sich Häufungen von Daten an bestimmten Stellen im Datenraum, die auf Korrelationen hinweisen und in Form von Gesetzmäßigkeiten bzw. Abhängigkeiten formuliert werden können.
Ein solcher Korrelator liefert als Ergebnis zunächst empirisch und ohne jede theoretische Erklärung Zusammenhänge zwischen Produktionsparametern und Produktdaten, aus denen Sollwerteinstellungen für die Produktionsparameter zur Erzielung bestimmter Produktqualitäten abgeleitet und bei der Produktion eingestellt werden können. Die Erfindung ermöglicht es erstmals, komplexe Oberflächendaten des Endproduktes mit Produktionsparametern quasi online zu korrelieren und erlaubt damit das Auffinden von Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhängen, die aufgrund ihrer Komplexität bisher nicht erkannt werden konnten. Erst die Aufbereitung von Oberflächendaten durch Erkennung und Klassifikation von Oberflächenfehlern erlaubt es, die Datenflut bei der Beobachtung der Oberfläche durch Kameras auf ein Maß zu bringen, welches eine genügend schnelle Untersuchung auf Korrelationen mit Produktionsparametern zuläßt.
Wichtig bei der großen Flut von Daten ist die Funktion der ersten Datenverarbeitungseinheit 5, und der zweiten Datenverarbeitungseinheit 8. Dort kann eine Vorauswahl von Daten, eine sogenannte Aggregation der Daten erfolgen nach vom Benutzer vorgebbaren Kriterien, um für die jeweilige Aufgabe oder generell als unwichtig erkannte Daten auszuschließen. Andererseits können dort auch bestimmte als wichtig erkannte Primärdaten ohne jede Verarbeitung schnell weitergeleitet werden, damit diese in der dritten Datenverarbeitungseinheit zur Analyse von Korrelationen zur Verfügung stehen. Insbesondere können nach dem Auffinden bestimmter Korrelationen gerade die Daten weitergeleitet werden, die mit anderen Daten korrelieren.
Beim Betrieb der ganzen Vorrichtung ergeben sich mit Analyse zunehmender Datenmengen und durch Auffinden verschiedener Korrelationen eine gewisse Anzahl von Abhängigkeiten, die einerseits als Regeln visualisiert, ausgedruckt oder gespeichert werden können, die andererseits aber auch automatisch zur Steuerung der Produktionsanordnung zur Einhaltung einer bestimmten Qualität rückgekoppelt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Produktionsanordnung 1, insbesondere ein Warmwalzwerk zur Herstellung eines Produktes 2, im vorliegenden Falle Walzstahl, vorhanden. Nicht dargestellt in der Zeichnung sind die dem Warmwalzwerk vorgeschalteten Produktionsschritte, nämlich die sogenannte sekundärmetallurgische Pfannenbehandlung und ein Gießprozeß, bei dem der Inhalt einer Gießpfanne zur Herstellung eines Bandmaterials vergossen, gekühlt und durch einen Tunnelofen geführt wird. Alle Stufen des Herstellungsprozesses sind mit einer großen Zahl von Meßaufnehmem 3 ausgestattet, die über Meßleitungen 4 Meßwerte weiterleiten, welche nach dem Stand der Technik in einem Fertigungsleitsystem zur Regelung der Produktionsanordnung 1 bzw. der vorgeschalteten Produktionsprozesse genutzt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Meßwerte zusätzlich einer ersten Datenverarbeitungseinheit zugeführt, in der eine Vorauswertung oder Auswahl, eine sogenannte Aggregation der Daten vorgenommen wird. Wie in der Zeichnung durch einen Pfeil angedeutet, läuft das Produkt 2 nach dem Warmwalzen und Glühen unter einem Oberflächeninspektionssystem 6 hindurch, bevor es aufgewickelt wird. Das Oberflächeninspektionssystem 6 besteht insbesondere aus einer über die Breite des Produktes 2 verteilten Anzahl von Kameras mit nachgeschaltetem, vernetzten! Bildanalysesystem. Ein solches System ist beispielsweise in dem Prospekt "Automatic Hotstrip Surface Inspection HTS-2W" der Parsytec Computer GmbH, Auf der Huels 183, D-52068 Aachen, Germany, beschrieben. Es kann aus den von den Kameras aufgenommenen Bilddaten eine Art Oberflächenkarte des inspizierten Produktes erstellen, in der bestimmte Oberflächenmerkmale, insbesondere Fehler im Produkt, eingetragen werden, wobei unterschiedliche Oberflächenmerkmale nach ihrer Art, und/oder ihrer Form und/oder ihrer Größe und/oder ihrer Häufigkeit und/oder nach anderen Gesichtspunkten klassifiziert werden können, wodurch die von den Kameras erzeugte Datenflut reduziert und zur Charakterisierung der Qualität des Produktes ausgewertet wird. Nach dem Stand der Technik können diese Qualitätsdaten dem hergestellten Produkt, beispielsweise einer Rolle Walzstahlband als Qualitätszeugnis beigegeben werden. Obwohl natürlich die Betrachtung solcher Oberflächenkarten auch bisher schon dem Fachmann wichtige Hinweise auf eventuelle Fehler oder falsch eingestellte Parameter im Produktionsprozeß geben konnte, beispielsweise durch die Periodizität bestimmter Oberflächenfehler auf Schäden an einer Walze hindeuten konnte, so war bisher doch eine systematische Verwendung von aufbereiteten Oberflächendaten für eine verbesserte Führung des Produktionsprozesses nicht möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Oberflächendaten nunmehr einer zweiten Datenverarbeitungseinheit 8 zugeführt, in der eine Aggregation der Daten durchgeführt wird. Je nach den Anforderungen an diese Aggregation kann die zweite Datenverarbeitungseinheit 8 auch in das ohnehin vorhandene Bildanalysesystem 7 des Oberflächeninspektionssystems 6 integriert sein.
Die erste Datenverarbeitungseinheit 5 und die zweite Datenverarbeitungseinheit 8 stehen über eine erste Datenleitung 9 bzw. eine zweite Datenleitung 10 mit einer dritten Datenverarbeitungseinheit 11 in Verbindung. Dort werden die aggregierten Produktionsdaten und Produktdaten zusammengeführt und in einem Korrelationsmodul 12 auf zwischen ihnen vorhandene Korrelationen untersucht. Nachdem in den vorgeordneten Datenverarbeitungseinheiten 5, 8 die Datenmengen im Hinblick auf die jeweils zu suchenden Korrelationen reduziert wurden, kann im Korrelationsmodul 12 grundsätzlich jede bekannte Art der Korrelationssuche eingesetzt werden. Hierfür sind verschiedene Wege in der Literatur bekannt, wobei auch verschiedene Methoden zum Auffinden von Korrelationen nacheinander oder gleichzeitig eingesetzt werden können. Als besonders günstig für den hier beschriebenen Fall haben sich sogenannte "Data- Mining Tools" erwiesen. Solche Korrelationsmodule wurden bisher nur für das Auffinden von Korrelationen zwischen einfachen Produktdaten und den Parametern eines Produktionsprozesses eingesetzt.
Durch Klassifizierung von Oberflächenmerkmalen und Vorauswertung ist es erfindungsgemäß erstmals möglich, Oberflächendaten so zur Verfügung zu stellen, daß eine Korrelation mit Produktionsdaten möglich wird. Bei geeigneter Vorauswahl ist die Korrelationsanalyse im Korrelationsmodul 12 sogar so schnell, daß erste Ergebnisse vom Anfang des Stahlbandes schon vorliegen, während noch dieselbe Schmelze aus einer Gießpfanne vergossen wird. Eine Rückkopplung des Ergebnisses der Korrelation in den Produktionsprozeß ist daher quasi online möglich. Jedenfalls aber können Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Oberflächendaten, die bei flächigen Produkten die wichtigste Information über die Qualität enthalten, und Produktionsparametern gewonnen werden, die bisher überhaupt nicht oder nur durch sehr langfristige Beobachtungen gewonnen werden konnten.
Im Ergebnis liefert die vorliegende Erfindung durch eine Ausgabe- /Anzeigeeinheit 13 bestimmte Regeln, die die Voraussage bestimmter Oberflächenmerkmale des Produktes bei bestimmten Werten für Prozeßparameter und damit eine gezielte Prozeß führung zur Erzielung einer bestimmten Oberflächenqualität ermöglichen. Außerdem können aufgrund der aufgefundenen Relationen Meßergebnisse des Oberflächeninspektionssystems direkt zur Regelung von Prozeßparametern über eine Rückkopplung 14 in die Produktionsanordnung 1 eingespeist werden.
Die Erfindung ermöglicht das schnelle Sammeln von Erkenntnissen, auf welche Weise Produktionsparameter, insbesondere bei einer Gießwalzanlage für Stahlblech, mit bestimmten Oberflächeneigenschaften zusammenhängen, wodurch eine gezieltere Prozeßführung zur Herstellung bestimmter Qualitäten und ein schnelleres Einfahren von Neuanlagen ermöglicht wird. Das hier am Beispiel einer Walzanlage beschriebene Prinzip kann auch bei anderen Produktionsanlagen von flachen Bandmaterialien, z.B. Beschichtungsanlagen, Papierproduktionseinrichtungen etc. mit gleichen Vorteilen eingesetzt werden. B ezugszeichenliste
Produktionsanordnung Produkt Meßaufhehmer Meßleitungen erste Datenverabeitungseinheit Oberflächen-Inspektionssystem Bildanalysesystem zweite Datenverarbeitungseinheit erste Datenleitung zweite Datenleitung dritte Datenverabeitungseinheit Korrelationsmodul Ausgabe-/ Anzeigeeinheit Rückkopplung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Einstellung von Prozeßparametern eines Produktionsprozesses für ein langgestrecktes flächiges Produkt (2) zur Erzielung einer vorgebbaren Qualität mit folgenden Merkmalen: a. es werden zahlreiche Prozeßparameter des Produktionsprozesses in Abhängigkeit von der Zeit in Form von Prozeßdaten aufgezeichnet, b. die Prozeßdaten werden in mindestens einer ersten Datenverarbeitungseinheit (5) verarbeitet und als Produktionsdaten ausgegeben, c. die Oberfläche des Produktes (2) wird mittels eines Oberflächen- Inspektions-Systems (6) innerhalb oder am Ende des Produktionsprozesses in einem Prozeßschritt beobachtet, wobei aus den Beobachtungsdaten in mindestens einer zweiten Datenverarbeitungseinheit (8) die gesamte Oberfläche als eine Art Oberflächenkarte mit feststellgestellten
Oberflächenmerkmalen in Form von Oberflächendaten aufgezeichnet und die Oberflächenmerkmale nach verschiedenen Arten und/oder nach Größe und/oder nach Häufigkeit klassifiziert und entsprechend ihrer Position in die Oberflächenkarte eingetragen werden, d. die verschiedenen Klassen und Positionen von Oberflächenmerkmalen werden als Produktdaten ausgegeben, e. die Produktionsdaten und die Produktdaten werden gemeinsam mindestens einer dritten Datenverarbeitungseinheit (11) zugeführt und dort auf zwischen ihnen bestehende Korrelationen untersucht, wobei Regeln festgestellt werden, wie die Produktdaten von bestimmten
Produktionsdaten abhängen, f. die Prozeßparameter werden entsprechend den festgestellten Regeln zur Erzielung einer gewünschten Qualität eingestellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Produkt (2) Walzstahl und der Produktionsprozeß ein Walzprozeß, insbesondere ein Warmwalzprozeß in einer Gießwalzanlage, ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Oberflächen- Inspektionssystem (6) eine mehrere Sensoren, insbesondere Kameras, mit nachgeschalteten Bildanalysesystemen aufweisende Anordnung ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Untersuchung auf Korrelationen zwischen Produktions- und Produktdaten ein an sich bekanntes Korrelationsprogramm ist, insbesondere ein Korrelationsprogramm, welches die Entropie im Datenraum betrachtet und Korrelationen durch Auffinden von Datenkonstellationen mit minimaler Entropie erkennt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oberflächenispektionssystem (6) on-line oder offline die Oberflächendaten analysiert, so daß die Produktdaten schon während der Produktion zur Verfügung stehen und erkannte Korrelationen direkt zur Einstellung von Produktionsparametern zur Erzielung oder Erhaltung eine vorgebbaren
Qualität genutzt werden können.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Erkennung bestimmter Korrelationen in der ersten bzw. der zweiten Datenverarbeitungseinheit Produktionsdaten bzw. Produktdaten, die keinerlei
Korrelationen zeigen, ausgefiltert und von der Weiterverarbeitung in der dritten Datenverarbeitungseinheit (1 1) ausgeschlossen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der ersten (5) bzw. zweiten (8) Datenverarbeitungseinheit bestimmte Produktionsdaten bzw. Produktdaten ohne vorherige Analyse, Filterung oder Bearbeitung zu der dritten Datenverabeitungseinheit (11) weitergeleitet werden, um eventuelle Korrelationen mit diesen unbearbeiteten Daten auffinden zu können.
8. Vorrichtung zur Einstellung von Prozeßparametern eines Produktionsprozesses in einer Produktionsanordnung (1) für ein langgestrecktes flächiges Produkt (2) zur Erzielung einer vorgebbaren Qualität mit folgenden Merkmalen: a. in der Produktionsanordnung (1) sind zahlreiche Meßaufhehmer (3) für Prozeßparameter des Produktionsprozesses vorhanden, die mit mindestens einer ersten Datenverarbeitungseinheit (5) verbunden sind, in der die
Prozeßdaten verarbeitet und als Produktionsdaten ausgegeben werden, b. es ist mindestens ein Oberflächen-Inspektionssystem (6) in einer Stufe der Produktionsanordnung (1) vorhanden, welches die Oberfläche des Produktes überwacht und mit mindestens einer zweiten Datenverarbeitungseinheit (8) verbunden ist, in der die Oberfläche als eine
Art Oberflächenkarte mit festgestellten Oberflächenmerkmalen in Form von Oberflächendaten aufgezeichnet und die Oberflächenmerkmale nach verschiedenen Arten und/oder nach Größe und/oder nach Häufigkeit klassifiziert und entsprechend ihrer Position in die Oberflächenkarte eingetragen werden, wobei die verschiedenen Klassen und Positionen von
Oberflächenmerkmalen als Produktdaten ausgegeben werden, c. die Ausgänge der ersten (5) und der zweiten (8) Datenverarbeitungseinheit stehen mit mindestens einer dritten Datenverarbeitungseinheit (11) mit einem Korrelationsmodul (12) in Verbindung, so daß die Produktionsdaten und die Produktdaten gemeinsam auf zwischen ihnen bestehende
Korrelationen untersucht werden können, wobei Regeln festgestellt werden können, wie die Produktdaten von bestimmten Produktionsdaten abhängen, d. es ist eine Ausgabe- oder Visualisierungseinheit (14) vorhanden, von der die festgestellten Korrelationen und/oder Regeln ausgegeben werden können, so daß die Produktionsparameter entsprechend der gewünschten Produktqualität einstellbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Produktionsanordnung (1) eine Bandproduktionsanordnung, insbesondere eine Gießwalzanordnung für
Stahlband, ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Oberflächen- Inspektionssystem (6) eine mehrere Sensoren, insbesondere Kameras, mit nachgeschaltetem Bildanalysesystem (7) aufweisende Anordnung ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, wobei das Korrelationsmodul (12) für die Untersuchung auf Korrelationen zwischen Produktions- und Produktdaten ein Korrelationsprogramm enthält, welches die Entropie im Datenraum betrachtet und Korrelationen durch Auffinden von
Datenkonstellationen mit minimaler Entropie erkennt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Ausgang der dritten Datenverarbeitungseinheit (11) mit Steuer- und Regeleinrichtungen für den Produktionsprozeß verbunden (14) ist, um eine automatische oder semiautomatische Rückkopplung und Umsetzung der Korrelationsergebnisse in den Produktionsprozeß zu ermöglichen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die erste, die zweite und die dritte Datenverarbeitungseinheit (5, 8, 11) räumlich beabstandet voneinander angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die erste, die zweite und die dritte Datenverarbeitungseinheit (5, 8, 11) in eine gemeinsame Datenverarbeitungszentrale integriert sind.
EP00938739A 1999-06-30 2000-06-02 Verfahren und vorrichtung zur prozessoptimierenden einstellung von parametern eines produktionsprozesses Ceased EP1194765A1 (de)

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