EP4058858A1 - Verfahren und system zur ermittlung von zusammenhängen zwischen erfassten produktfehlern und erfassten zustandsvariablen einer produktionsanlage - Google Patents

Verfahren und system zur ermittlung von zusammenhängen zwischen erfassten produktfehlern und erfassten zustandsvariablen einer produktionsanlage

Info

Publication number
EP4058858A1
EP4058858A1 EP20807677.8A EP20807677A EP4058858A1 EP 4058858 A1 EP4058858 A1 EP 4058858A1 EP 20807677 A EP20807677 A EP 20807677A EP 4058858 A1 EP4058858 A1 EP 4058858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
production
production plant
state variables
product
product defects
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.)
Pending
Application number
EP20807677.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan KLANKE
Christian Plociennik
Markus Reifferscheid
Holger Beyer-Steinhauer
Volker PICHLER
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.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group 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 SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4058858A1 publication Critical patent/EP4058858A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

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—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] or 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] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by quality surveillance of production
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32177—Computer assisted quality surveyance, caq
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32179—Quality control, monitor production tool with multiple sensors
    • 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
    • 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
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32188—Teaching relation between controlling parameters and quality parameters
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32194—Quality prediction
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32195—Feedforward quality control
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45234—Thin flat workpiece, sheet metal machining
    • 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 invention relates to a method and a system for optimizing a production process in a metal-producing production plant
  • the invention generally relates to a plant in the iron and steel industry, such as a plant in the metal-producing industry, the non-ferrous (non-ferrous) or steel industry, or master alloy production.
  • industrial systems are blast furnaces, direct reduction systems, electric arc furnaces, converters or systems for ladle processes, systems for primary or forming of metals such as continuous or billet casting systems and hot and / or cold rolling systems, or upstream or downstream of these systems
  • ovens e.g. B. reheating or holding furnaces, finishing facilities, coating lines, cooling sections, pickling or annealing.
  • the products manufactured in the production plant are subject to certain quality fluctuations, for example caused by external influences, quality differences in the raw material, wear and tear of individual components of the production plant or similar impairments of the production process in the production plant.
  • quality fluctuations for example caused by external influences, quality differences in the raw material, wear and tear of individual components of the production plant or similar impairments of the production process in the production plant.
  • compliance with the specified product qualities is imperative, since otherwise the manufactured product is not suitable for the intended use.
  • State variables of the production plant include, for example, the following process parameters: pressure, temperature, speed, forces, torques, damage, vibrations, functional impairments, cooling performance, rolling parameters, device and / or component wear, contamination, buildup, or the like.
  • the aim is to avoid state variables, that have a negative impact on product quality.
  • models of the production process running in the production plant are often used in order to determine the specified ranges of state variables.
  • Detection and classification parameters must be continuously maintained and adapted to changing requirements (e.g. new customer requirements);
  • Vibrations in the production system e.g. belt vibrations
  • unevenness can only be tolerated to a limited extent
  • Oil and emulsion mist affect optical systems
  • Low-contrast errors can only be recorded automatically to a limited extent; for example, cold roll marks from Sendzimir roll stands are currently still recorded manually by an inspector.
  • Limits and disadvantages of manual control by an inspector in the context of a continuous or random check are, for example: 100% surface control of all manufactured products, such as belts, in high-performance production systems with coupled inspection and production is due to the high process speeds of e.g. up to 130 m / min not possible; the entire defect classification is based on a subjective defect classification without reproducible parameters; decreased control performance on textured surfaces;
  • All of the aforementioned influencing variables can be causes of errors, which can result in systematic or random measurement errors.
  • An essential quality feature of rolled and forged products is the surface quality.
  • the surface structure is set and influenced at numerous process stages in steel production. The surface is therefore tested in numerous process stages - from slab and hot strip to processes in the cold rolling mill such as pickling, rolling, annealing and coating.
  • the test task is to check the surfaces of steel belts for damage, soiling and other irregularities.
  • This check can take the form of a random check on the belt, e.g. B. every umpteenth band per melt or production lot as well as in further, differently defined intervals.
  • This test can be carried out seamlessly from the beginning of the strip to the end of the strip (100 percent control of the random sample) or at discrete points, such as the control of the beginning and end of the strip after cold strip scratching.
  • the strip surface is recorded online by cameras with high resolution and all defects are detected (detecting anomalies), classified (depending on the type of surface defect, e.g. scratches, marks, ...) and documented . Suspect areas of the tape are stored as an image and, after evaluation, provide a large number of features, on the basis of which the recorded areas are divided or classified into (defect) classes.
  • the invention is based on the task of improving the checking of product qualities of semi-finished products or finished products produced in a production plant in the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry and, on the basis of the checking of the product quality, of the production process in to optimize the production plant.
  • the object is achieved according to the invention by a method for optimizing a production process in a production plant in the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products, in particular for monitoring product qualities of rolled or forged metal products, comprising the steps: Acquisition of state variables of the production plant,
  • Determination of connections between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant Determination of connections between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant, monitoring of the state variables of the production plant in the future manufacture of products and comparison with the state variables of the determined connections between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant, and adaptation of the recording of product defects of the products manufactured in the production plant in the future if the comparison of the monitored state variables of the production plant in the future manufacture of products with the state variables of the determined relationships provides a sufficient correspondence between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant.
  • state variables of the production plant are recorded.
  • State variables within the meaning of the invention include process variables, machine and apparatus-related state variables in the system, system, process and / or model parameters, characteristic values or the like.
  • a condition monitoring system can be used to record the status variables. This step includes, in particular, the monitoring of the process automation of the production plant.
  • product defects in the products manufactured in the production facility are recorded.
  • the detection of product defects usually takes place when the product quality achieved is checked, i.e. in the area of quality testing.
  • relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant are determined.
  • the method according to the invention thus determines which recorded state variables have an influence on recorded product defects.
  • an effective cycle is created between condition monitoring and quality inspection.
  • the state variables of the production plant are monitored.
  • the status variables recorded in this way can, as described above, be related to the correspondingly recorded product defects.
  • the status variables recorded during the future manufacture of products are compared with the status variables of the determined relationships between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant.
  • the product qualities determined by the quality inspection, in particular the recorded product defects are reported back to the condition monitoring system.
  • the feedback of the information is a feedback (feedback loop). It includes the feedback of realized product qualities, in particular of quality features and product defects.
  • the recording of product defects in the production plant is adjusted. If status variables occur in future production which essentially correspond to status variables from previous productions to which product defects have already been assigned, then the current detection of product defects can be matched to this specific product defect. According to the invention, the detection of product defects is improved in the context of the quality check. In particular, this improves the accuracy and the speed of the detection of product defects.
  • a feedforward loop is created which provides a prognosis of probable product defects.
  • Information about expected product defects such as, for example, the type of defect and / or the defect location, can be provided to the quality inspection system in advance, before the manufactured product, such as a coil, reaches the quality inspection. Since the information on the expected product defect was made available to the quality inspection in advance, the inspection process can be tailored to this, for example by means of more targeted metrological recording and fault detection. According to the invention, an active circuit with a closed information flow via the feedbackward and feedforward loops is thus created.
  • the method according to the invention thereby enables the quality for finding and measuring product defects (quality defects) and / or the quality of the interpretation of status information about machines, systems and their components to be influenced and / or optimized in a targeted manner.
  • the basic idea of the method according to the invention is to link the identification of quality-relevant, machine condition-related deviations by a condition monitoring system with the processes for measuring product defects (quality defects), in particular the test processes, using the previously described operating cycle.
  • An integrative method is thus created for online assessment of the effects of process deviations due to the machine condition with regard to the required product quality, as well as an optimization of the targeted metrological recording during quality testing through defined test features and to improve the analysis, diagnosis and / or prognosis quality of condition monitoring Systems, for example by optimizing threshold values.
  • sensors are installed for the variable to be diagnosed, for direct status control (e.g. optoelectronic sensors such as a video camera for monitoring the function of cooling nozzles).
  • direct status control e.g. optoelectronic sensors such as a video camera for monitoring the function of cooling nozzles.
  • condition control condition control
  • signals that are related to the variable to be diagnosed such as those coming from a transmission and are related to the state of wear of the gear transmission.
  • the gear drive of a drive such a signal is represented by the vibrations that arise during operation, which are recorded by vibration sensors (additional sensors and machine-internal sensors)
  • non-measurable quantities can be derived by means of some measurable quantities in combination with mathematical processes from very different subject areas: from the classic parameter estimation processes (e.g. condition observer), traditional control technology, as well as indirect measurement processes and model-based measurement technology, via data-based modeling / identification (including Soft sensors and neuro-fuzzy methods) to tree search methods from computer science.
  • the method comprises the step of adapting the setting method in the production plant in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects. For this purpose, the product quality determined by the quality inspection, in particular the recorded product defects, is reported back to the condition monitoring system.
  • the reported product quality can be compared by the condition monitoring system with a previous prognosis (calculation / model) of a product quality by the condition monitoring system.
  • a predicted product quality is therefore compared with an achieved product quality.
  • the setting method in the production plant can be adapted in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects. In this way, the quality of the interpretation of status information about machines, systems and their components can be optimized.
  • the method comprises the step of maintaining the production plant in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects.
  • the method according to the invention comprises the step of improving a model for specifying parameters for the manufacturing method in the production plant on the basis of the determined relationships between the detected product defects and the detected ones
  • state variables of the production plant are used to improve the model.
  • the detection of state variables of the production plant relates to one or more of the following parameters: pressure, temperature, speed, forces, torques, damage,
  • the recording of status variables of the production plant takes place by means of suitable sensors, automatic or manual test methods, manual tests by an operator, or the like.
  • the Sensors are designed in particular for direct or indirect measurements of state variables.
  • a parameter or state of the production plant is measured, from which the state variable is derived.
  • the detection of product defects in the products manufactured in the production plant relates to one or more of the following defect parameters: type of defect, location of the defect, size of the defect, or the like.
  • product defects in the products manufactured in the production facility are detected by means of surface inspections, chemical analyzes, sampling, Fland measuring devices, visual inspections, measuring devices, test devices or the like.
  • the adaptation of the detection of product defects of the products manufactured in the production plant in the future takes place in that a targeted search is made for product defects that are related to the detected state variables of the
  • a product defect in the manufactured product is therefore no longer only searched for in general, but rather a specific product defect is searched for in particular.
  • the detection of product defects in the products that will be manufactured in the production facility in the future is adapted in that the detection is focused on certain defect parameters.
  • Error parameters are, for example, the type of error, location of the error, error pattern, or the like.
  • the indication of the probable fault location is an important information, since the inspector does not have to check the entire manufactured product, but can concentrate on the probable fault location.
  • the location and type of error are important information, since, for example, the automatic error detection can be focused accordingly.
  • the method further comprises the steps:
  • further information on the manufactured product is stored, such as product identifiers, product recipients, storage location, delivery information, required product quality, or the like.
  • the method comprises the identification of a product that has already been manufactured if the comparison of the stored status variables with status variables assigned to a newly detected product defect has yielded one or more hits.
  • the already manufactured product identified in this way can be checked for the newly recorded product defect and possibly sorted out from the subsequent value chain or sent to alternative further processing.
  • the method comprises the step of recording the type and / or product properties of the product manufactured in the production facility.
  • the type of product manufactured differentiates, for example, between rolled products (strips, sheets) and long products (pipes, profiles / beams, wire).
  • Product properties are, for example, geometry, material alloy, mechanical properties, surface, or the like.
  • the method includes the step of taking into account the detected type and / or product properties of the product manufactured in the production plant when determining the relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant. The relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant are therefore recorded separately for different product types and / or product properties. This increases the accuracy of the method according to the invention, since the same state variables for different product types and / or product properties do not necessarily result in the same product defect, or a product defect is not essential for every product type and / or product characteristic.
  • the detection of state variables of the production plant and the detection of product defects in the products manufactured in the production plant take place spatially separately.
  • the detection of product defects during the quality inspection is thus carried out in a different part of the plant than the actual production of the product to be manufactured.
  • the production plant avoids influencing the detection of the product defects.
  • the connection between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant is determined with a time delay, since the The manufactured product must first be transported to the quality inspection to record the product defects. Only after the product defects have been recorded can the relationships to the recorded state variables of the production plant be determined.
  • production in the production plant takes place in several plant parts, the method according to the invention being carried out in each plant part and / or for the entire production plant.
  • the status variables can be recorded in one or more parts of the system.
  • product defects in the (intermediate) product manufactured at that point in time can be detected.
  • the corresponding recorded status variables and recorded product defects can each be taken into account individually over a plant section or variably over several plant sections and / or the entire production plant when determining the relationships.
  • the system parts expediently exchange information on the recorded and / or ascertained data with one another and / or with a central data processing device.
  • the method comprises the step of transmitting the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant to a production planning system of the production plant
  • Production control system of the production plant or other systems of the production plant that can evaluate and / or utilize the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant.
  • the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant are therefore used to further optimize the
  • the method comprises the step of outputting a warning message, a proposed measure, an instruction or the like to an operator, a subsystem of the production plant or a further processing device when a product defect is detected.
  • the method according to the invention comprises the step of adapting the further processing in order to maintain product quality after the further processing. If product defects are detected in the quality check, the method according to the invention tries to adapt the further processing of the product so that the
  • Quality requirements for the product are met after further processing. Otherwise, the further processing is stopped and the product with the detected product defect is sorted out or sent to another further processing for a product with quality requirements, the quality requirements of which can still be met despite the detected quality defect.
  • the method includes the step of defining permissible ranges for the state variables of the production plant and outputting a warning message if
  • the defined permissible ranges are adapted, in particular continuously, on the basis of the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant.
  • the object is also achieved by a system for optimizing a production process in a production plant in the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of Semi-finished or finished products, in particular for monitoring the product quality of rolled or forged metal products, including:
  • Quality inspection for recording product defects in the products manufactured in the production facility and / or interface to a quality inspection system for receiving product defects in the
  • Computing device for determining relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant, monitoring the state variables of the production plant by means of the
  • the production monitoring system is also referred to as a condition monitoring (CM) system.
  • CM condition monitoring
  • the system comprises sensors for detecting status variables of the production plant or an interface to a production monitoring system of the production plant for receiving status variables of the production plant.
  • the status variables are recorded, for example, by machine and / or process monitoring, which are part of an automation system of the production plant.
  • the machine and / or process monitoring or the automation system is expediently coupled to a so-called condition monitoring system.
  • the quality check for detecting product defects in the products manufactured in the production facility or the interface to a quality control system for receiving product defects in the products manufactured in the production facility include facilities at a test location for quality measurement and / or quality testing.
  • the facilities for quality measurement and / or quality testing range from simple
  • devices up to visual inspection.
  • devices preferably comprise an automation solution.
  • the data from the sensors and the quality check are evaluated by a computing device to determine relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant.
  • the computing device has in an inventive Variant Access to a quality information system such as a quality database for evaluating tape logs, historical data (coil files) and / or archives for result and / or quality data, for example.
  • This data is available, for example, in a quality management system (QMS tools, quality information or CAQ systems) and / or in BDE protocols in production planning systems (level 3 systems, PPS systems, MES systems).
  • the computing device is preferably integrated in the aforementioned condition monitoring system, which in turn is coupled with the machine and / or process monitoring or the automation system.
  • An exemplary system combines a condition monitoring system with the measurement and testing of quality features and has access to a system with quality data, such as a quality management system (QMS tools, quality information or CAQ systems) and / or to a production planning and control system ("PPS systems", "MES systems”).
  • QMS tools, quality information or CAQ systems quality information or CAQ systems
  • PPS systems production planning and control system
  • the condition monitoring system with the corresponding sensors and the networking with the plant automation system collects and interprets the data on the status of the process as well as of machines, plants and their components.
  • the aforementioned components are networked with one another for data exchange.
  • the quality test can also take place at several test locations, that is, spatially and / or temporally distributed.
  • the data are then preferably processed centrally by the computing device.
  • the location of the machine and process monitoring (where quality defects arise) and the test location can be located at different distances from one another.
  • the location of the test can be close to the machine, e.g. B. the measurement takes place during the process (inline and online measurement), or remote from the machine, e.g. B. Measurement takes place separately in special laboratory equipment / measuring room.
  • the measuring and testing process can also be used in subsequent processes within the further processing in the factory for steel production or non-ferrous metal production take place or within the value chain of steel users and sheet metal processors or non-ferrous metal processors.
  • the object is also achieved by a computer program comprising commands which, when the program is executed by a computer, cause the computer to execute the method according to the invention, in particular comprising commands which cause the system according to the invention to execute the method according to the invention.
  • the present invention i.e. the method according to the invention, the system according to the invention and / or the computer program according to the invention enables, for example by means of the condition monitoring system described, a new functionality for online assessment of the effects of (A) process deviations caused by the machine state and (B) unfavorable combinations of Machine and process states with regard to the required product quality.
  • sorting criteria in particular for "conspicuous strips” are formulated and a corresponding warning message is generated.
  • the condition monitoring system is coupled to an automation system for process monitoring, which optionally includes at least partial machine monitoring.
  • the types of error considered can be periodic and non-periodic errors. Examples of the causes of periodic errors are excitations proportional to the roll speed such as roll eccentricities or roll imbalances, non-periodic errors are caused, for example, by instability of the lubrication (eg change in the lubrication angle).
  • corresponding information on the type of error and the location of the error from the condition monitoring system is used.
  • the information from the condition monitoring system is used by the relevant test system (the OIS) in such a way that the software for Control of the measuring system (here the camera) the fault location and the type of fault during the quality inspection are recorded in a more targeted manner using measurement technology. Furthermore, this information should be used to
  • Evaluation software within the image processing chain e.g. B. in the detection ("There is something"), the feature extraction and / or the classification ("It is a !) to improve in order to achieve an optimized quality allocation.
  • the inspector can use the information
  • Monitoring system has not given a warning (in such a case the threshold values are not reached and may be too high).
  • conspicuous products such as ribbons can be found.
  • the production is monitored for process deviations, in particular by determining quality-relevant process variables, for example in rolling mills and strip processing systems, and assigning product defects.
  • Conspicuous products can, for example, be sorted out or monitored and / or treated separately in the subsequent manufacturing stages.
  • process restrictions limit values for certain process parameters during the manufacturing process
  • the present invention can also be used to optimize measurement processes and / or measurement methods. This can also include the activities of a measurement person.
  • the present invention enables a more targeted metrological detection of product defects (quality defects) from subsequent inspection activities (tests).
  • the more targeted metrological detection takes place, for example, by means of tuning / fine-tuning of hardware components and / or software of a measuring system, or by specifying / predicting the fault location and / or fault image, for example as a calibration module for line scan cameras.
  • the indication of an error can be, for example, “chatter marks at a distance of x mm on the upper and / or lower side of the belt”. For example, time-based data is recorded and converted into length-related data.
  • time-based data is recorded and converted into length-related data.
  • Classification parameters must be maintained and adapted to changing requirements (e.g. new requirements from the automotive industry as a steel processor) so that they continuously achieve good results. So are z. B. Improvements of 30% of the inspection performance after a tuning of only three weeks on many OIS systems realistic. Tuning or fine-tuning of hardware components and / or software of a measuring system by means of the present invention is therefore advantageous. Furthermore, the accuracy of a condition monitoring system of the production plant can be increased by means of the present invention, in particular by sharpening threshold values of state variables of the production plant. The threshold values are sharpened (a) by training KI algorithms for diagnosis or prognosis of the CM system in the early learning phase (no historical data are yet available) using physical-mathematical ones
  • a variant of the invention enables automatic recognition of process situations or machine states. Objective: To show which finished products (e.g. bundles) could also be affected.
  • the online condition monitoring is additionally trained on the basis of the historical data with a known and verified classification.
  • Changed framework conditions are, for example, the exchange of tools (rollers, molds, ...) or other machine components as well as the production of a wide variety of rolled products (steel types and their dimensional ranges), which have changed behavior (e.g. wear behavior of the tool or deformation behavior of the rolled product ) exhibit.
  • the present invention also offers the advantage of shortening fault distances, such as, for example, strip areas with a defective surface. This is a significant advantage, particularly in the case of production with an endless belt or in continuous operation.
  • One example is the occurrence, detection and removal of impurities on the in-line skin pass mill of a galvanizing plant.
  • the length of the fault path depends on:
  • (A) the time span between occurrence and first discovery of the error (e.g. at time t t * for coil no.N, the error is detected on strip meter x *). This includes the time and space between the place of origin and the place of recording / testing. In addition, the measurement or test accuracy and the detection capability of the test method or of the tester for the types of defects in order to ensure reliable and timely defect detection (time span between measurement and perception “this is a defect”). (B) the response time for a correction: time for analysis (cause?),
  • the shortening of the error distance is achieved according to the invention by 1. Safe and earlier detection using verified information available at an early stage; concerns proportion (A) based on a prognosis, and
  • Part (B) can be shortened on the basis of a cause analysis of the invention.
  • the method, system or computer program according to the invention can be networked with other work areas of various operational organizational areas and / or their information systems (e.g. maintenance, the
  • Production planning Besides or further process steps within metal production and processing up to use by the metal user (horizontal integration). Examples are:
  • Production planning (production area) and / or quality planning (quality assurance area). These evaluate this information with regard to the planned production of strips. For example, based on knowledge of quality defects and / or the degree of damage to components (cardan shafts, etc.), the load caused by the planned production sequence can be adjusted accordingly.
  • an assistance system could be used to analyze whether the quality features can be influenced in the subsequent process steps by adapting the process parameters accordingly so that the required specifications can be adhered to. Since no rescheduling of production is required, this forecast tool can work independently within a level 2 system or a "level 2.5".
  • the cycle of action according to the invention can also be used for long-term tasks within the operational organizational areas mentioned above.
  • Examples of such tasks are: performance analysis and monitoring of the production plant in the production area; Incident statistics and weak point analyzes in the area of maintenance, as well as long-term test data processing in the area of quality assurance.
  • Incident statistics and weak point analyzes in the area of maintenance, as well as long-term test data processing in the area of quality assurance.
  • further analysis of the causes of quality defects can be carried out, or evaluations and analyzes such as:
  • the system, method or computer program according to the invention provide the information technology basis for this purpose, with a simultaneous increase in the accuracy of the statements based on the verified information from the cycle of action that is now available at an early stage.
  • the diagnostic reliability can be increased significantly and the forecast quality can be increased for the aforementioned applications.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a system according to the invention for optimizing a
  • FIG. 2 shows a schematic view of a second embodiment of a system according to the invention for optimizing a
  • FIG. 3 shows a detailed view of an embodiment of a production monitoring system in connection with an automation system of a production plant from metal producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a system 1 according to the invention for optimizing a production process 2 in a production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products, in particular for monitoring product qualities of rolled products or forged metal products.
  • the system 1 from FIG. 1 comprises sensors 4 for detecting status variables of the production plant 3.
  • the system 1 from FIG. 1 comprises an interface to a production monitoring system 5, also referred to as a condition monitoring system, for sending / receiving status variables of the production plant 3
  • the production monitoring system 5 cooperates with an automation system 9 for controlling the production process 2 in the production plant 3.
  • the sensors 4 can be part of the production plant 3 or in the immediate vicinity of the production plant 3 for recording the state variables of the
  • Production plant 3 The state variables detected by the sensors 4 are transmitted, for example, via the interface to the production monitoring system 5 for further processing.
  • the system 1 from FIG. 1 further comprises a quality check 6 for detecting product defects in the products manufactured in the production plant 3 and an interface to a quality check system 7 for receiving product defects in the products manufactured in the production plant 3.
  • the quality check uses the quality check system 7 via an interface and receives the product defects detected by the quality check system 7 in the products manufactured in the production facility 3 via the interface.
  • the quality testing system 7 can be a testing system 10 for controlling, implementing and / or evaluating the Include detection of product defects of the products manufactured in the production facility 3.
  • the quality inspection system 7 can be based on the activities of a measurement person 11.
  • the system 1 further comprises a computing device 8 which receives and or queries the status variables detected by the sensors 4 and / or the production monitoring system 5 and the product defects detected by the quality inspection 6 and / or quality inspection system 7.
  • the computing device 8 is connected at least to these aforementioned components of the system 1 for the exchange of data, for example via a wired or wireless communication network (not shown).
  • the computing device 8 is designed to determine relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3.
  • the system 1 monitors the state variables of the production plant 3 during the future production of products by means of the sensors 4 and / or via the interface to the production monitoring system 5. These state variables of the production plant 3 determined during the monitoring of the future production of products are combined with the state variables of the Correlations between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 by means of the
  • the quality check 6 for the detection of product defects in the products manufactured in the production plant 3 in the future is adapted.
  • the system 1 according to the first exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 1 is designed to carry out a method according to the invention for optimizing a production process 2 in a production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products, in particular for monitoring the product quality of rolled or forged metal products.
  • the method comprises the following steps:
  • the method according to the invention preferably further comprises the step of adapting the production method in the production plant 3 in order to avoid states with state variables which have a relationship have recorded product defects. This avoids repeated product errors that are generated by the same state variables.
  • the method includes the step of maintaining the production plant 3 in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects.
  • the method according to the invention further comprises the step of improving a model for specifying parameters for the manufacturing method in the production plant 4 on the basis of the determined relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant 3.
  • the detection of state variables of the production plant 3 includes in particular one or more of the following parameters: pressure, temperature, speed, forces, torques, damage, vibrations, functional impairments, cooling performance, rolling parameters, device and / or component wear, contamination, buildup, or the like.
  • Detection of state variables of the production plant 3 takes place in particular by means of suitable sensors 4, automatic or manual test methods 6, manual tests by an operator 11, or the like.
  • the detection of product defects in the products manufactured in the production facility 3 includes, for example, one or more of the following
  • Error parameters type of error, location of the error, size of the error, or the like.
  • the detection of product defects in the products manufactured in the production system 3 takes place in particular by means of surface inspections, chemical analyzes, sampling, hand-held measuring devices, visual inspections, measuring devices, testing devices or the like.
  • the adaptation according to the invention of the detection of product defects of the products manufactured in the future in the production plant 3 takes place in that a targeted search is made for product defects that are related to the recorded state variables of the production plant 3 in the future Manufacture of products.
  • the detection of product defects in the products manufactured in the production facility (3) in the future is adapted, for example, in that the detection is focused on certain defect parameters.
  • the method further comprises the steps:
  • the system 1 comprises a storage device 12 which is connected to other components of the system 1 for data exchange, in particular to the computing device 8, the production monitoring system 5, the sensors 4 and / or the quality inspection system 7.
  • the computing device 8 the production monitoring system 5
  • the sensors 4 the sensors 4 and / or the quality inspection system 7.
  • further information about the The manufactured product is stored, such as product identifiers, product recipients, storage location, delivery information, required product quality, or the like.
  • a manufactured product can be identified subsequently.
  • the identified, already manufactured, product can then be checked for the newly recorded product defect.
  • the method according to the invention records the type and / or product properties of the product manufactured in the production facility 3.
  • the type of product manufactured differentiates, for example, between rolled products such as flat products (strips, sheets) and long products (pipes, profiles / beams, wire).
  • Product properties are, for example, geometry, material alloy, mechanical properties, surface, or the like.
  • the recorded type and / or the recorded product properties of the product manufactured in the production system 3 can be taken into account when determining the relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production system 3.
  • the detection of state variables of the production plant 3 and the detection of product defects of the products manufactured in the production plant 3 take place spatially separately.
  • the production plant 3 and the quality inspection 6 are therefore spatially separated.
  • the connection between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 is determined with a time delay.
  • the multiple system parts exchange information on the recorded and / or ascertained data with one another and / or with the central data processing device 8.
  • the method includes the step of outputting a warning message, a suggested measure, an instruction or the like to an operator, a subsystem of the production plant (3) or a further processing device when a product defect is detected.
  • the method according to the present invention expediently additionally comprises the step of adapting the further processing in order to maintain product quality after the further processing.
  • permissible ranges for the state variables of the production plant 3 can be defined and a warning message is output if state variables outside the defined ranges are detected.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a second embodiment of a system 1 according to the invention for optimizing a production process 2 in a production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of flat products or finished products, in particular for monitoring product qualities of rolled products or forged metal products.
  • the second embodiment from FIG. 2 differs from the first embodiment from FIG. 1 in that quality data determined by the quality check are transmitted to a quality management system 13 and / or a production planning / control system.
  • the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 are transmitted, in this variant according to the invention, from the computing device 8, to the production planning system 14 of the production plant 3, the production control system 14 of the production plant 3 and / or the quality management system 13 of the production plant 3 .
  • the determined relationships between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant 3 can be evaluated and / or used by these systems to optimize the production process in production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of flat products or Finished products, in particular for monitoring the product quality of rolled or forged metal products.
  • FIG. 3 shows a detailed view of an embodiment of a production monitoring system 5 in connection with an automation system 9 of a production plant 3 of the metal-producing companies Industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products.
  • the integrative production monitoring system 5 determines the setpoints and / or control variables for the automation system 5, by means of which the automation system 9 controls the production process 2 in the production plant 3.
  • the production monitoring system 5 uses, for example, simulations, models and / or expert knowledge.
  • the setpoints and / or control variables can be determined either from the (i) condition monitoring system itself and / or from (ii) the automation system and / or with the help of (iii) additional simulations and models as well as expert knowledge.
  • the production monitoring system 5 receives the status variables (plant and process signals from the sensors 4 and the quality data (detected product defects) from the quality check 6. The production monitoring system 5 evaluates the received status variables (plant and process signals from the sensors 4 and the quality data (detected product defects) from the quality check 6. The production monitoring system 5 evaluates the received status variables (plant and process signals from the sensors 4 and the quality data (detected product defects) from the quality check 6. The production monitoring system 5 evaluates the received
  • the relationships between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant 3 are determined in a training phase or, in normal operation, the status variables of the production plant 3 are monitored during the (future) manufacture of products and with the status variables of the determined correlations between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 are compared.
  • a diagnosis is carried out according to FIG. 3, i.e. a search for possible mistakes. Furthermore, a short-term and / or long-term prognosis (prediction) and a short-term and / or long-term therapy (proposed measure) can be created.
  • the therapy suggestions can be recommendations that process parameters should be changed, for example with the current condition of the rollers (the bearings, the drive spindle, etc.) the desired or required quality is not achievable, please change the operating point of the control ", up to concrete specification of the setpoints and / or control variables.
  • the prognosis and / or therapy proposals can be based on special simulations and / or by using special models, such as B. Remaining lifetime models as well as based on expert knowledge. For example, by means of a simulation-based forecast, based on the observed past load changes, the values of future load changes for the production process can be forecast (simulation into the future).
  • Example 1 continuous testing
  • OIS automatic surface inspection system
  • This warning message is sent to the relevant test system (in this example the automatic surface inspection) at the corresponding test location
  • This message can take the following form, for example:
  • chatter vibration chatter marks at a distance of x mm on the top or bottom of the strip on the coil no.
  • X and tape meter Y Specification of the error to be expected, e.g. B. chatter vibration, chatter marks at a distance of x mm on the top or bottom of the strip on the coil no.
  • the recorded time-based data was converted into length-related data (if necessary, a change in length of the strip sections due to the change in thickness in the subsequent roll stands must be taken into account by the condition monitoring system).
  • this information can be passed on to other information systems, e.g. B. to the automation system, ie the operator in the control room receives this warning message, as well as to higher-level systems, such as For example, a quality assurance system and quality analysis system that encompasses process levels.
  • the type of error in the quality inspection is recorded in a more targeted manner using measurement technology and the evaluation software in the image processing chain, e.g. B. in the detection ("There is something"), the feature extraction and / or the classification ("It is a !) is improved in order to achieve optimized quality allocation
  • condition monitoring system is trained with all data on tapes for which a quality check has taken place.
  • Another procedural step is the subsequent review of historical data, e.g. B. for strips that are in further processing stages or in the coil store.
  • the process for the condition monitoring search in the history is as follows: If the test result shows a quality error or shows a quality deviation, the condition monitoring system (or another higher-level system) automatically searches the history of the strips that have already been manufactured with similar features (symptoms) relevant for error detection, such as e.g. B. the vibration profile.
  • the "suspicious tapes" identified by the condition monitoring system are reported to the quality assurance department about the machine status, stating the coil number, the tape meter concerned, the defect category and other characteristics of the defect. These error features can be: The condition monitoring system is expected and forecasted, chatter marks at a distance of x mm.
  • results of this method step are also used to improve the analysis, diagnosis and prognosis quality of the condition monitoring system and represent a further feedback loop of the system and method according to the invention.
  • the aim of regular inspections on the skin pass mill stand is to
  • a visual inspection requires the Inclusion of the measurement person in the measurement solution process, ie the human being is a direct component of a measurement chain - without him, no usable result is obtained.
  • the inspector can e.g. B. in the control room by means of a
  • the type of error ("what should be searched for or discovered") and the location of the error ("where should be searched for”) are present.
  • the test takes place, for example, in an inspection stand outside the production line (offline) or within the production line when the line is at a standstill.
  • this step can be carried out analogously to step (1C).
  • Example 3 Cross-process consideration
  • quality features are influenced in several processing stages. For example, the strength and surface finish is determined by almost all processing stages (albeit different) influenced or generated.
  • process stages e.g. the "liquid phase" of steel production
  • the quality feature is not generated or developed, but the respective process is essentially responsible for the future development of these quality features and significantly influences the feature that has not yet been developed .
  • the condition monitoring system detected an abnormality “servo valves hanging” (cause: diaphragm accumulator leaking, leakage) on the oscillating cylinders for the mold oscillation.
  • this abnormality is found on 5 slabs.
  • OIS automatic surface inspection
  • points (1D) to (1E) or points (2D) to (2E) for the process stage currently under consideration are run through for each test at the test centers of the respective subsequent production stage.
  • the warning message from the upstream process stage here: the continuous caster in the steelworks
  • these steps are carried out until a surface defect corresponding to that in a process stage (e.g. after cold rolling) Warning message (the elongation of the strip caused by rolling is taken into account when specifying the fault location).
  • the system A / experienced according to the invention carries out the subsequent examination of historical data from upstream process stages.
  • the abnormality “servo valves hanging” (oscillating cylinder, mold oscillation) occurred on 5 slabs.
  • the system / method gives recommendations for action for the slabs that have not yet been manufactured. This could be, for example, "Check slab with warning message " at the point (slab meter) for inclusions ".
  • a sample would be taken from the conspicuous slab.
  • B. by means of ultrasound or etching (Baumann prints from sample discs) determine the internal and near-surface degree of purity.
  • Cold rolling area "heat scratches” (surface defects) as well as the generation of unsuitable surface roughness of the strip (surface structure)
  • condition of the roll gap lubrication e.g. the viscosity of the rolling emulsion
  • process variables e.g. rolling force
  • condition monitoring system of the overall system described above can be expanded in further embodiments of the invention (see FIG. 3).
  • the prognosis functionality of a condition monitoring system with regard to a quality error or quality feature due to the present machine and process status is also intended to be used by the invention.
  • condition monitoring functions “Predictive” and “Prescriptive” of the expected machine wear due to future production events are to be included.
  • a prognosis can now be carried out, for example, on the quality-optimal, condition-oriented exchange of interchangeable parts (e.g. tools such as work rolls).
  • interchangeable parts e.g. tools such as work rolls
  • Phase “trained system” a connection between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant was learned.
  • Examples for scenarios A (ii) and C (i) (current process stage) as well as for scenarios A (ii) and C (ii) (cross-process stage applications) relate to the level of production planning and process management.
  • the warning message “quality error” can lead to a check as to whether the planned quality can be achieved with the planned process parameters. If the prediction is made: planned production (e.g. a casting sequence with crack-prone grades) is not possible with the current machine status (e.g. faulty segment 7) or the planned quality cannot be achieved with the planned process parameters (casting speed. , Spray plan, ...), the following measures can be proposed at an early stage based on the system and method according to the invention:
  • Variant A Sending an early warning signal: "The production plans must be changed", e.g. B. in level 3 (production planning)
  • Variant B Optimization (recalculation of the process parameters), e.g. B. in level 2 (process management), with the goal “how can the quality anyway be achieved? ".
  • the forecast error (with 80% probability, with 90% probability, etc.) can also be specified, as well as the information “at which operating costs”. Lowering the casting speed leads, for. B. to a reduction in production output, by means of the connection with a cost module, the specified optimization measure can also be evaluated economically.
  • Variant C with what level of quality can the planned production plan be used for production.
  • process parameters e.g. lowering the rolling speed, braking
  • the stress on the components can also be optimized accordingly through the planned process management, in which inadmissible operating states are now avoided. For example, by leveling the pass schedules, the Peak loads at the first stitches are reduced (reduction of the component stress) so as not to increase the existing degree of damage and to extend the service life in such a way that an unplanned system downtime is avoided.
  • the process parameters are changed in such a way that the quality deviations can be corrected.
  • the condition monitoring system detects a reduced nozzle output within a heating or cooling section, which causes a deviation from the setpoints and leads to quality deviations.
  • the corresponding heating or cooling output would now be changed within the process control or a control system in order to achieve the desired quality result.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Factory Administration (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, System und Computerprogramm zur Optimierung eines Produktionsprozesses (2) in einer Produktionsanlage (3) der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, umfassend die Schritte: Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3), Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkte, und Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3), Überwachen der Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) bei der zukünftigen Herstellung von Produkten und Vergleichen mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3), und Anpassen der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) zukünftig hergestellten Produkte wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) eine hinreichende Übereinstimmung liefert.

Description

VERFAHREN UND SYSTEM ZUR ERMITTLUNG VON ZUSAMMENHÄNGEN ZWISCHEN ERFASSTEN PRODUKTFEHLERN UND ERFASSTEN ZUSTANDSVARIABLEN EINER PRODUKTIONSANLAGE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Optimierung eines Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden
Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen.
Die Erfindung betrifft generell eine Anlage der Hüttenindustrie wie beispielsweise eine Anlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen- (NE) oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung. Beispiele für derartige industrielle Anlagen sind Hochöfen, Direktreduktionsanlagen, Lichtbogenöfen, Konverter oder Anlagen für Pfannenprozesse, Anlagen zum Ur- oder Umformen von Metallen wie beispielsweise Strang- oder Knüppelgießanlagen und Warm- und/oder Kaltwalzanlagen, oder diesen Anlagen vor- oder nachgelagerten
Anlagen wie beispielsweise Öfen, z. B. Wiedererwärmungs- oder Halteöfen, Adjustageeinrichtungen, Beschichtungslinien, Kühlstrecken, Beizen oder Glühen.
Die in der Produktionsanlage hergestellten Produkte unterliegen gewissen Qualitätsschwankungen, beispielsweise verursacht durch äußere Einflüsse, Qualitätsunterschiede beim Rohmaterial, Abnutzung von einzelnen Komponenten der Produktionsanlage oder ähnlichen Beeinträchtigungen des Produktionsprozesses in der Produktionsanlage. Für die weitere Verarbeitung des hergestellten Produktes ist jedoch die Einhaltung von vorgegebenen Produktqualitäten zwingend erforderlich, da anderenfalls das hergestellte Produkt nicht für die vorgesehene Verwendung geeignet ist. Um eine vorgegebene Produktqualität der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte zu gewährleisten, ist es bekannt die Zustandsvariablen der Produktionsanlage zu überwachen und bei Abweichungen der Zustandsvariablen von vorgegebenen Bereichen in den Produktionsprozess einzugreifen, um die vorgegebene Produktqualität zu gewährleisten. Zustandsvariablen der Produktionsanlage umfassen beispielsweise folgende Prozessparameter: Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Kräfte, Drehmomente, Beschädigungen, Vibrationen, Funktionsbeeinträchtigungen, Kühlleistung, Walzparameter, Geräte- und/oder Bauteilabnutzung, Verschmutzungen, Anhaftungen, oder dergleichen Ziel ist es dabei, Zustandsvariablen zu vermeiden, die die Produktqualität negativ beeinflussen. Dazu werden häufig Modelle des in der Produktionsanlage ablaufenden Produktionsprozesses verwendet, um die vorgegebenen Bereiche von Zustandsvariablen zu bestimmen.
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt die Produktqualitäten der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte zu überwachen. Je nach Art der zu überwachenden Produktqualität und des Flerstellungs- und/oder Prüfverfahrens findet die Überwachung kontinuierlich oder stichprobenartig statt. Eine Überprüfung der Oberfläche eines hergestellten Produkts lässt sich häufig durch eine kontinuierliche Überwachung mittels Kamerasysteme realisieren, während eine Prüfung auf Einschlüsse regelmäßig eine Probenentnahme und manuelle oder automatische Überprüfung der Probe umfasst. Ziel ist dabei Produkte zu identifizieren, die die vorgegebenen Produktqualitäten nicht erfüllen, so dass diese aussortiert werden können.
Eine automatische Überwachung von Produktqualitäten in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Fierstellung von Flalbzeugen oder Fertigerzeugnissen ist jedoch aus den folgenden Gründen schwierig umzusetzen: es müssen unterschiedliche Fehlergruppen bei unterschiedlichen Produktoberflächen (glänzend, matt, glatt, rau, etc.) erkannt werden können, was differenzierte Geräteeinstellungen und kostenintensives Zusatzausstattungen erfordert;
Detektions- und Klassifikationsparameter müssen kontinuierlich gepflegt und an sich ändernde Anforderungen (z.B. neue Kundenanforderungen) angepasst werden;
Vibrationen in der Produktionsanlage (z.B. Bandschwingungen) oder Unplanheiten können nur bedingt verkraftet werden;
Öl- und Emulsionsnebel beeinträchtigen optische Systeme; und
Kontrastarme Fehler können nur bedingt automatisch erfasst werden, so werden beispielsweise Kaltwalzabdrücke von Sendzimir-Walzgerüsten aktuell noch durch einen Kontrolleur manuell erfasst.
Grenzen und Nachteile einer manuellen Kontrolle durch einen Inspekteur, im Rahmen einer kontinuierlichen oder stichprobenartigen Prüfung, sind beispielsweise: eine 100% Oberflächenkontrolle aller hergestellten Produkte, wie beispielsweise Bänder, in Hochleistungsproduktionsanlagen mit gekoppelter Inspektion und Produktion ist wegen der hohen Prozessgeschwindigkeiten von z.B. bis zu 130 m/min nicht möglich; die gesamte Fehlerklassifikation beruht auf einer subjektiven Defektklassifikation ohne reproduzierbare Kennwerte; verringerte Kontrollleistung auf texturierten Oberflächen;
Gefahr von wechselhaften Qualitätsstandards bei der Beurteilung durch Ermüdung; bei stichprobenartiger Prüfung an diskreten Stellen können Fehler übersehen werden; und bei Messungen durch eine Messperson treten deren persönliche Eigenschaften hinzu, insbesondere Fachwissen, manuelles Geschick, Erfahrungen, aktueller physischer/psychischer Zustand.
Alle vorgenannten Einflussgrößen können Fehlerursachen sein, wodurch systematische oder zufällige Messfehler entstehen können.
Im Folgenden wird der technologische Flintergrund anhand einer Oberflächenprüfung von Flachprodukten beispielhaft aufgezeigt.
Ein wesentliches Qualitätsmerkmal von Walz- und Schmiedeerzeugnissen ist die Oberflächenqualität.-Die Oberflächenstruktur wird an zahlreichen Prozessstufen der Stahlherstellung eingestellt und beeinflusst. Daher wird die Oberfläche in zahlreichen Prozessabschnitten - von Bramme und Warmband bis zu den Prozessen im Kaltwalzwerk wie Beizen, Walzen, Glühen und Beschichten - geprüft.
Die Prüfaufgabe besteht darin die Oberflächen von Stahlbändern auf Beschädigungen, Verschmutzungen und anderen Unregelmäßigkeiten zu überprüfen. Diese Prüfung kann in Form einer stichprobenweisen Überprüfung am Band, z. B. jedes x-te Band pro Schmelze oder Fertigungslos sowie in weiteren, anders definierten Abständen erfolgen. Diese Prüfung kann lückenlos von Bandanfang zu Bandende (100-Prozent-Kontrolle der Stichprobe) erfolgen oder an diskreten Stellen, wie bspw. die Kontrolle der Bandanfänge und -enden nach Kaltbandschrammen.
Da im Bereich des Kaltwalzwerks bereits kleinste Veränderungen der Oberflächenstruktur zu Nacharbeit und Ausschuss führen können, und derartige Abweichungen mit dem bloßen Auge unter normalen Umgebungsbedingungen oft nicht oder nur sehr schlecht erkannt werden können, bedient man sich verschiedener Methoden und Systeme, um sowohl metallurgische oder fertigungsbedingte Defekte nach der jeweiligen Fertigungsstufe feststellen zu können. Diese sind: 1. Oberflächenprüfung mit speziellen Lichtquellen: rein optische Kontrolle
2. Werkerprüfung mit Abziehstein: in der Regel beschränkt auf Stichprobenprüfung
3. Optische Oberflächeninspektionssysteme: Moderne Oberflächeninspektionssysteme erlauben heute eine weitgehende
Automatisierung der Oberflächenprüfung mit Hilfe digitaler Kamerasysteme und geeigneter nachgeschalteter Datenverarbeitung.
Insbesondere in den Inspektionsständen von Walz- und Bandbehandlungsanlagen die mit endlosem Band (z. B. Vorbereitungslinien) oder sogar vollkontinuierlich arbeiten (z. B. Verzinkungslinien) werden kontinuierliche Prüfung der
Bandoberfläche durchgeführt.
Bei der konventionellen Oberflächeninspektion erfolgt eine visuelle Inspektion (häufig als „visuelle Kontrolle“ bezeichnet), d. h. in einem Inspektionsstand oder - kabine wird das durchlaufende Band von erfahrenem Personal einer visuellen Oberflächenkontrolle unterzogen. Erkannte Oberflächenfehler werden vom Inspekteur dabei klassifiziert und mittels Handeingabepult in das mitlaufende Fehlerprotokoll eingegeben, welches anschließend für die nachfolgende Auswertung und Bearbeitung zur Verfügung steht.
Bei der automatisierte Oberflächeninspektion (OIS) wird die Bandoberfläche online von Kameras mit hoher Auflösung erfasst und alle auftretenden Fehler detektiert (Anomalien erkennen), klassifiziert (je nach Art des Oberflächenfehlers in, z. B. Kratzer, Abdrücke, ...) und dokumentiert. Fehlerverdächtige Bereiche des Bandes werden dabei als Bild gespeichert und liefern nach Auswertung eine Vielzahl von Merkmalen, anhand derer die erfassten Bereiche in (Fehler)Klassen eingeteilt bzw. klassifiziert werden.
In der Stahlindustrie wird die Oberflächenqualität von Bändern zunehmend automatisch mit Hilfe von automatischen Oberflächeninspektionssystemen (OIS) durchgeführt. Dies gilt bereits für gebeizte, kontinuierlich geglühte, feuerverzinkte Produkte und in geringerem Maße für warmgewalzte Produkte.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Überprüfung von Produktqualitäten von in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie hergestellten Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen zu verbessern und auf Basis der Überprüfung der Produktqualitäten den Herstellungsprozess in der Produktionsanlage zu optimieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Optimierung eines Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen, umfassend die Schritte: Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage,
Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte, und
Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage, Überwachen der Zustandsvariablen der Produktionsanlage bei der zukünftigen Herstellung von Produkten und Vergleichen mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage, und Anpassen der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage zukünftig hergestellten Produkte wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage eine hinreichende Übereinstimmung liefert.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Zustandsvariablen der Produktionsanlage erfasst. Zustandsvariablen im Sinne der Erfindung umfassen Prozessgrößen, maschinen- und apparatetechnische Zustandsgrößen in der Anlage, Anlagen-, Prozess- und/oder Modellparameter, Kennwerte oder dergleichen. Zur Erfassung der Zustandsvariablen kann ein sogenanntes Condition Monitoring System eingesetzt werden. Dieser Schritt umfasst insbesondere die Überwachung der Prozessautomation der Produktionsanlage.
In einem zweiten Schritt werden Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte erfasst. Die Erfassung von Produktfehlern findet üblicherweise bei einer Überprüfung der erzielten Produktqualitäten statt, also im Bereich der Qualitätsprüfung.
Erfindungsgemäß werden Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage ermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt also welche erfassten Zustandsvariablen einen Einfluss auf erfasste Produktfehler haben. Es wird folglich ein Wirkkreislauf zwischen dem Condition Monitoring und der Qualitätsprüfung erstellt.
Bei der zukünftigen Herstellung von Produkten werden die Zustandsvariablen der Produktionsanlage überwacht. Die so erfassten Zustandsvariablen können wie zuvor beschrieben mit den entsprechend erfassten Produktfehlern in Relation gesetzt werden. Insbesondere werden die bei der zukünftigen Herstellung von Produkten erfassten Zustandsvariablen mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage verglichen. Die von der Qualitätsprüfung ermittelten Produktqualitäten, insbesondere die erfassten Produktfehler, werden an das Condition Monitoring System zurückgemeldet. Die Rückmeldung der Informationen ist eine Rückkopplung (Feedback-Schleife). Sie umfasst die Rückmeldung realisierter Produktqualitäten, insbesondere von Qualitätsmerkmalen und Produktfehlern.
Wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage eine hinreichende Übereinstimmung liefert wird die Erfassung von Produktfehlern in der Produktionsanlage angepasst. Treten also bei der zukünftigen Produktion Zustandsvariablen auf, die im Wesentlichen Zustandsvariablen aus vorherigen Produktionen entsprechen denen bereits Produktfehler zugeordnet sind, so kann die aktuellen Erfassung von Produktfehler auf diesen bestimmten Produktfehler abgestimmt werden. Erfindungsgemäß wird also die Erfassung von Produktfehlern im Rahmen der Qualitätsprüfung verbessert. Dadurch wird insbesondere die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Erfassung von Produktfehlern verbessert.
Durch den Vergleich der Zustandsvariablen aus dem Condition Monitoring System mit den Zustandsvariablen aus den bereits ermittelten Zusammenhängen zwischen Zustandsvariablen und Produktfehlern und dem Anpassen der Erfassung von Produktfehlern in der Qualitätsprüfung wird eine Vorkopplung (Feedforward-Schleife) geschaffen, welche eine Prognose von wahrscheinlichen Produktfehlern liefert. Es können Informationen über erwartete Produktfehler, wie beispielsweise die Fehlerart und/oder der Fehlerort, dem Qualitätsprüfungssystem vorab bereitgestellt werden, bevor das hergestellte Produkt, wie beispielsweise ein Coil, die Qualitätsprüfung erreicht. Da der Qualitätsprüfung die Informationen zu dem erwarteten Produktfehler vorab bereitgestellt wurden, kann der Prüfvorgang darauf abgestimmt werden, beispielsweise durch eine gezieltere messtechnische Erfassung und Fehlerdetektion. Erfindungsgemäß wird also ein Wirkkreislauf mit geschlossenem Informationsverlauf über die Feedbackward- und Feedforward-Schleife geschaffen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglich dadurch die Qualität zur Auffindung und Messung von Produktfehlern (Qualitätsfehlern) und/oder die Güte der Interpretation von Zustandsinformationen über Maschinen, Anlagen und deren Komponenten gezielt zu beeinflussen und/oder zu optimieren. Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verknüpfung der Identifizierung von qualitätsrelevanten, maschinenzustandsbedingten Abweichungen durch ein Condition Monitoring System mit den Vorgängen zur Messung von Produktfehlern (Qualitätsfehlern), insbesondere der Prüfvorgänge, durch den zuvor beschriebenen Wirkkreislauf. Es wird also ein integratives Verfahren geschaffen, zur Online Beurteilung der Auswirkungen von maschinenzustandsbedingten Prozessabweichungen hinsichtlich der erforderlichen Produktqualität, sowie einer Optimierung der gezielten messtechnischen Erfassung bei der Qualitätsprüfung durch definierte Prüfmerkmale und zur Verbesserung der Analyse-, Diagnose- und/oder Prognosegüte des Condition Monitoring Systems, beispielsweise durch Optimierung von Schwellwerten.
Der Zusammenhang zwischen messtechnisch erfasster Größe und zu diagnostizierende Größe (Zustandsvariable und/oder Produktfehler) kann dabei unterschiedlich gebildet werden
Im einfachsten Fall werden für die zu diagnostizierende Größe (zusätzliche) Sensoren eingebaut, für eine direkte Zustandskontrolle (z. B. optoelektronische Sensoren wie eine Videokamera zur Überwachung der Funktion von Kühldüsen).
In vielen Fällen ist eine direkte Messung der zu diagnostizierenden Größe (Zustandskontrolle) nicht möglich, so dass man sich auf indirekte Merkmale stützen muss und daraus Rückschlüsse auf den Zustand der Maschine oder eines ihrer Bauteile zieht. Zum Beispiel ist es i. d. Regel nicht möglich, den Verschleißzustand an Zahnradgetrieben direkt zu messen ("Beurteilung ohne Demontage"). In einem solchen Falle ist man auf Signale angewiesen, die mit der zu diagnostizierenden Größe in Verbindung stehen, wie beispielsweise die aus einem Getriebe kommen und mit dem Verschleißzustand des Zahnradgetriebes in Beziehung stehen. Ein solches Signal stellen im Falle des Zahnradgetriebes eines Antriebs die beim Betrieb entstehenden Schwingungen dar, welche mit Schwingungssensoren erfasst werden (zusätzliche Sensoren und maschineninterne Sensoren)
Des Weiteren können nichtmessbare Größen mittels einiger messbarer Größen in Kombination mit mathematischen Verfahren aus ganz verschiedenen Fachgebieten heraus abgeleitet werden: von der klassischen Parameter- Schätzverfahren (z.B. Zustandsbeobachter) der traditionellen Regelungstechnik, sowie indirekten Messverfahren und modellgestützter Messtechnik, über datenbasierte Modellierung / Identifikation (einschließlich Softsensoren und Neuro- Fuzzy-Methoden) bis hin zu Baum-Suchverfahren aus der Informatik. Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Anpassens des Fierstellungsverfahrens in der Produktionsanlage zur Vermeidung von Zuständen mit Zustandsvariablen die einen Zusammenhang zu erfassten Produktfehlern aufweisen. Dazu wird die von der Qualitätsprüfung ermittelte Produktqualität, insbesondere die erfassten Produktfehler, an das Condition Monitoring System zurückgemeldet. Die rückgemeldete Produktqualität kann von dem Condition Monitoring System mit einer vorherigen Prognose (Berechnung/Modell) einer Produktqualität durch das Condition Monitoring System verglichen werden. Es wird also eine vorhergesagte Produktqualität mit einer erzielten Produktqualität verglichen. Auf Basis des Vergleichs kann das Fierstellungsverfahren in der Produktionsanlage angepasst werden, zur Vermeidung von Zuständen mit Zustandsvariablen die einen Zusammenhang zu erfassten Produktfehlern aufweisen. So kann die Güte der Interpretation von Zustandsinformationen über Maschinen, Anlagen und deren Komponenten optimiert werden. In einer Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Instandhaltens der Produktionsanlage zur Vermeidung von Zuständen mit Zustandsvariablen die einen Zusammenhang zu erfassten Produktfehlern aufweisen. Werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Zustandsvariablen identifiziert, welche in einem bestimmten Produktfehler resultieren und lassen sich die Zustandsvariablen durch eine Instandsetzung der Produktionsanlage vermeiden, so wird die Produktionsanlage entsprechend instandgesetzt, um die Zustandsvariablen und die daraus resultieren Produktfehler bei hergestellten Produkten zu vermeiden. Gemäß einer vorteilhaften Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Verbesserns eines Modells zur Vorgabe von Parametern für das Herstellungsverfahren in der Produktionsanlage auf Basis der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und der erfassten
Zustandsvariablen der Produktionsanlage. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt Parameter für ein Herstellungsverfahren in einer Produktionsanlage mittels eines Modells vorherzusagen. Dadurch soll der Produktionsprozess in der Produktionsanlage optimiert werden, insbesondere durch eine Vorhersage von Parametern für das Herstellungsverfahren unter Berücksichtigung von Zielkriterien wie Produktqualitäten. Die von dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und der erfassten
Zustandsvariablen der Produktionsanlage werden gemäß dieser Variante zur Verbesserung des Modells herangezogen.
In einer erfindungsgemäßen Variante betrifft das Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage einen oder mehrere der folgenden Parameter: Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Kräfte, Drehmomente, Beschädigungen,
Vibrationen, Funktionsbeeinträchtigungen, Kühlleistung, Walzparameter, Geräte- und/oder Bauteilabnutzung, Verschmutzungen, Anhaftungen, oder dergleichen.
Nach einer Variante der Erfindung erfolgt das Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage mittels geeigneter Sensoren, automatischer oder manueller Prüfverfahren, manueller Prüfungen durch einen Bediener, oder dergleichen. Die Sensoren sind insbesondere für direkte oder indirekte Messungen von Zustandsvariablen ausgebildet. Bei einer indirekten Messung wird ein Parameter oder Zustand der Produktionsanlage gemessen, aus welchem die Zustandsvariable abgeleitet wird. Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung betrifft das Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte einen oder mehrere der folgenden Fehlerparameter: Art des Fehlers, Ort des Fehlers, Größe des Fehlers, oder dergleichen.
In einer zweckmäßigen erfindungsgemäßen Variante erfolgt das Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte mittels Oberflächeninspektionen, chemischer Analysen, Probenentnahmen, Flandmessgeräten, Sichtprüfungen, Messeinrichtungen, Prüfeinrichtungen oder dergleichen.
Nach einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante erfolgt das Anpassen der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage zukünftig hergestellten Produkte dadurch, dass gezielt nach Produktfehlern gesucht wird, die im Zusammenhang stehen mit den erfassten Zustandsvariablen der
Produktionsanlage bei der zukünftigen Fierstellung von Produkten. Es wird also nicht mehr nur im Allgemeinen nach einem Produktfehler bei dem hergestellten Produkt gesucht, sondern es wird insbesondere nach einem bestimmten Produktfehler gesucht.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante wird die Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage zukünftig hergestellten Produkte dadurch angepasst, dass die Erfassung auf bestimmte Fehlerparameter fokussiert wird. Fehlerparameter sind beispielsweise Art des Fehlers, Ort des Fehlers, Fehlerbild, oder dergleichen. Insbesondere bei einer manuellen Qualitätskontrolle ist die Angabe des wahrscheinlichen Fehlerorts eine wichtige Angabe, da der Inspekteur nicht das gesamte hergestellte Produkt kontrollieren muss, sondern sich auf den wahrscheinlichen Fehlerort konzentrieren kann. Aber auch bei einer automatischen Qualitätskontrolle sind Fehlerort und Fehlerart wichtige Angaben, da beispielsweise die automatische Fehlerdetektion entsprechend fokussiert werden kann.
In einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte:
Speichern der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage über die Laufzeit der Produktionsanlage, und
Vergleichen der gespeicherten Zustandsvariablen mit einem neu erfassten Produktfehler zugeordneten Zustandsvariablen. Dadurch können auch später in der Wertschöpfungskette festgestellte Produktfehler mit den zum Herstellungszeitpunkt erfassten Zustandsvariablen in Verbindung gebracht werden. Durch die Speicherung der erfassten Zustandsvariablen kann die Erfassung der Produktfehler, also die Qualitätsprüfung, zeitlich verzögert erfolgen und somit auch örtlich unabhängig von der Herstellung des Produkts.
Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung werden neben den Zustandsvariablen weitere Informationen zu dem hergestellten Produkt gespeichert, wie Produkt-Identifikatoren, Produktempfänger, Lagerort, Lieferinformationen, geforderte Produktqualität, oder dergleichen. Wird also nachträglich ein Produktfehler erfassten Zustandsvariablen zugeordnet, kann das bereits hergestellte Produkt identifiziert werden und insbesondere dessen aktueller Standort leichter bestimmt werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante umfasst das Verfahren das Identifizieren eines bereits hergestellten Produkts wenn der Vergleich der gespeicherten Zustandsvariablen mit einem neu erfassten Produktfehler zugeordneten Zustandsvariablen einen oder mehrere Treffer geliefert hat. Das so identifizierte bereits hergestellte Produkt kann auf den neu erfassten Produktfehler geprüft werden und gegebenenfalls aus der nachfolgenden Wertschöpfungskette aussortiert oder einer alternativen Weiterverarbeitung zugeführt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren den Schritt des Erfassens der Art und/oder von Produkteigenschaften des in der Produktionsanlage hergestellten Produkts. Die Art des hergestellten Produkts unterscheidet beispielsweise zwischen Walzerzeugnissen (Bänder, Bleche) und Langprodukten (Rohre, Profile/Träger, Draht). Produkteigenschaften sind beispielsweise Geometrie, Werkstofflegierung, mechanische Eigenschaften, Oberfläche, oder dergleichen. Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Berücksichtigens der erfassten Art und/oder Produkteigenschaften des in der Produktionsanlage hergestellten Produkts bei der Ermittlung der Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage. Die Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage werden also für unterschiedliche Produktarten und/oder Produkteigenschaften gesondert erfasst. Dies erhöht die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, da gleiche Zustandsvariablen für unterschiedliche Produktarten und/oder Produkteigenschaften nicht zwangsläufig im selben Produktfehler resultieren oder ein Produktfehler ist nicht für jede Produktart und/oder Produkteigenschaft wesentlich.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung erfolgt die Erfassung von Zustandsvariablen der Produktionsanlage und die Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte räumlich getrennt. Die Erfassung von Produktfehlern während der Qualitätsprüfung wird somit in einem anderen Anlagenteil ausgeführt als die eigentliche Produktion des herzustellenden Produkts. Dadurch wird beispielsweise eine Beeinflussung der Erfassung der Produktfehler durch die Produktionsanlage vermieden. In dieser Variante erfolgt die Ermittlung von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage zeitlich verzögert, da das hergestellte Produkt zunächst zur Qualitätsprüfung zur Erfassung der Produktfehler transportiert werden muss. Erst nachdem die Erfassung der Produktfehler abgeschlossen ist, können die Zusammenhänge zu der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage ermittelt werden. In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung erfolgt die Produktion in der Produktionsanlage in mehreren Anlagenteilen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren in jedem Anlagenteil und/oder für die gesamte Produktionsanlage ausgeführt wird. Die Zustandsvariablen können in einem oder mehreren Anlagenteilen erfasst werden. Auch können nach jedem oder einem Teil der Anlagenteile Produktfehler des entsprechend zu dem Zeitpunkt hergestellten (Zwischen-) Produkts erfasst werden. Die entsprechenden erfassten Zustandsvariablen und erfassten Produktfehler können jeweils einzeln über einen Anlagenteil oder variabel über mehreren Anlagenteile und/oder die gesamte Produktionsanlage bei der Ermittlung der Zusammenhänge berücksichtigt werden. Zweckmäßigerweise tauschen die Anlagenteile dazu Informationen zu den erfassten und/oder ermittelten Daten untereinander und/oder mit einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung aus.
Nach einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren den Schritt des Übermitteins der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage an ein Produktionsplanungssystem der Produktionsanlage, ein
Produktionssteuerungssystem der Produktionsanlage oder anderen Systemen der Produktionsanlage die die ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage auswerten und/oder verwerten können. Die ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage werden also zur weiteren Optimierung des
Produktionsprozesses in der Produktionsanlage an andere Systeme der Produktionsanlage übermittelt, welche die ermittelten Zusammenhänge zur Optimierung berücksichtigen. Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Ausgebens einer Warnmeldung, eines Maßnahme-Vorschlags, einer Handlungsanweisung oder dergleichen an einen Bediener, ein Teilsystem der Produktionsanlage oder eine Weiterverarbeitungseinrichtung bei Erfassen eines Produktfehlers.
In einer vorteilhaften Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Anpassens der Weiterverarbeitung zur Einhaltung von Produktqualitäten nach der Weiterverarbeitung. Werden also in der Qualitätsprüfung Produktfehler erfasst, versucht das erfindungsgemäße Verfahren die Weiterverarbeitung des Produkts anzupassen, so dass die
Qualitätsanforderung an das Produkt nach der Weiterverarbeitung erfüllt werden. Anderenfalls wird die Weiterverarbeitung gestoppt und das Produkt mit dem erfassten Produktfehler aussortiert oder einer anderen Weiterverarbeitung für ein Produkt mit Qualitätsanforderungen zugeführt, dessen Qualitätsanforderungen trotz des erfassten Qualitätsfehlers noch erfüllt werden können.
Nach einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Definierens von zulässigen Bereichen für die Zustandsvariablen der Produktionsanlage und Ausgeben einer Warnmeldung wenn
Zustandsvariablen außerhalb der definierten Bereiche erfasst werden. Die Warnmeldung an andere Systeme der Produktionsanlage ausgegeben werden, so dass entsprechende Maßnahmen zur Einhaltung der zulässigen
Zustandsvariablen ausgeführt werden können.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante werden die definierten zulässigen Bereiche angepasst, insbesondere kontinuierlich, auf Basis der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein System zur Optimierung eines Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen, umfassend:
Sensoren zum Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage und/oder Schnittstelle zu einem Produktionsüberwachungssystem der
Produktionsanlage zum Empfangen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage,
Qualitätsprüfung zum Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte und/oder Schnittstelle zu einem Qualitätsprüfungssystem zum Empfangen von Produktfehlern der in der
Produktionsanlage hergestellten Produkte, und
Recheneinrichtung zum Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage, Überwachen der Zustandsvariablen der Produktionsanlage mittels der
Sensoren oder über die Schnittstelle zum Produktionsüberwachungssystem bei der zukünftigen Herstellung von Produkten und Vergleichen mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage mittels der Recheneinrichtung, und
Anpassen der Qualitätsprüfung zur Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage zukünftig hergestellten Produkte wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten
Zustandsvariablen der Produktionsanlage eine hinreichende Übereinstimmung liefert. In einer zweckmäßigen Variante ist das erfindungsgemäße System zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Das Produktionsüberwachungssystem wird auch als Condition Monitoring (CM) System bezeichnet. Zweckmäßigerweise sind sämtliche Komponenten, Systeme und dergleichen des erfindungsgemäßen Systems untereinander vernetzt, beispielsweise mittels eine drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsnetzwerk.
Das System umfasst Sensoren zum Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage oder eine Schnittstelle zu einem Produktionsüberwachungssystem der Produktionsanlage zum Empfangen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage. Die Erfassung der Zustandsvariablen erfolgt beispielsweise durch eine Maschinen- und/oder Prozessüberwachung, welche Teil eines Automatisierungssystems der Produktionsanlage sind. Zweckmäßigerweise ist die Maschinen- und/oder Prozessüberwachung bzw. das Automatisierungssystem mit einem sogenannten Condition Monitoring System gekoppelt.
Die Qualitätsprüfung zum Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte oder die Schnittstelle zu einem Qualitätsprüfungssystem zum Empfangen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte umfassen Einrichtungen an einem Prüfort zur Qualitätsmessung und/oder Qualitätsprüfung. Die Einrichtungen zur Qualitätsmessung und/oder Qualitätsprüfung reichen von einfachen
Handmessmittel bis hin zu komplexen Messeinrichtungen und von
Messvorrichtungen bis zur Sichtprüfung. Vorzugsweise umfassen Einrichtungen soweit möglich eine Automatisierungslösung.
Die Daten der Sensoren und der Qualitätsprüfung werden von einer Recheneinrichtung ausgewertet, zum Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage. Die Recheneinrichtung hat in einer erfindungsgemäßen Variante Zugriff auf ein Qualitätsinformationssystem wie eine Qualitätsdatenbank, zur Auswertung von beispielsweise Bandprotokollen, historischen Daten (Coildateien) und/oder auf Archive für Ergebnis- und/oder Qualitätsdaten. Diese Daten liegen beispielsweise in einem Qualitätsmanagementsystem (QMS-Tools, Qualitätsinformations- oder CAQ-Systeme) und/oder in BDE-Protokollen in Produktionsplanungssystemen (Level 3-Systeme, PPS-Systeme, MES-Systeme) vor. Vorzugsweise ist die Recheneinrichtung in dem vorgenannten Condition Monitoring System integriert, welches wiederum mit der Maschinen- und/oder Prozessüberwachung bzw. dem Automatisierungssystem gekoppelt ist. Ein beispielhaftes erfindungsgemäßes System kombiniert ein Condition Monitoring System mit der Messung und Prüfung von Qualitätsmerkmalen und hat Zugang zu einem System mit Qualitätsdaten, wie ein Qualitätsmanagementsysteme (QMS- Tools, Qualitätsinformations- oder CAQ-Systeme) und/oder zu einem Produktionsplanungs- und -Steuerungssystem („PPS-Systeme“, „MES-Systeme“). Dabei werden durch das Condition Monitoring-System, mit den entsprechenden Sensoren, und der Vernetzung mit dem Anlagenautomatisierungssystem die Daten über den Zustand des Prozesses sowie von Maschinen, Anlagen und deren Komponenten erfasst und interpretiert.
Die vorgenannten Komponenten sind zum Datenaustausch miteinander vernetzt. Die Qualitätsprüfung kann auch an mehreren Prüforten erfolgen, also räumlich und/oder zeitlich verteilt. Die Daten werden dann vorzugsweise von der Recheneinrichtung zentral verarbeitet.
Der Ort der Maschinen- und Prozessüberwachung (Entstehungsort von Qualitätsfehlern) und der Prüfort können unterschiedlich weit voneinander entfernt liegen. Der Ort der Prüfung kann dabei maschinennahe, z. B. die Messung erfolgt während des Prozesses (inline- und online Messung), oder machinenfern, z. B. Messung erfolgt separiert in speziellen Laboreinrichtung/Messraum, sein. Ferner kann der Mess- und Prüfvorgang auch in Folgeprozessen innerhalb der Weiterverarbeitung im Werk zur Stahlherstellung bzw. NE-Metallherstellung erfolgen oder auch innerhalb der Wertschöpfungskette der Stahlanwender und Blechverarbeiter bzw. NE-Metallverarbeiter.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, insbesondere umfassend Befehle, die bewirken, dass das erfindungsgemäße System das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Die vorliegende Erfindung, also das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße System und/oder das erfindungsgemäße Computerprogramm, ermöglicht, beispielsweise mittels des beschriebenen Condition Monitoring Systems, eine neue Funktionalität zur Online Beurteilung der Auswirkungen von (A) maschinenzustandsbedingten Prozessabweichungen sowie (B) ungünstigen Kombinationen von Maschinen- und Prozesszuständen hinsichtlich der geforderten Produktqualität. Als Ergebnis werden insbesondere Sortierkriterien für "auffällige Bänder" (allgemein: auffälliger Walz- bzw. Schmiedeerzeugnisse) formuliert und eine entsprechende Warnmeldung generiert.
Dies ist der Ausgangspunkt für den erfindungsgemäßen Wirkungskreislauf zwischen integrativem Condition Monitoring System, Mess- bzw. Prüfsystem und/oder Mess- bzw. Prüfvorgang für Qualitätsmessung und der Rückkopplungsmöglichkeiten zur Verifikation des Condition Monitoring Systems. Bei einem integrativem Condition Monitoring System ist das Condition Monitoring System gekoppelt mit einem Automatisierungssystem zur Prozessüberwachung, welches gegebenenfalls eine wenigstens teilweise Maschinenüberwachung umfasst. Die betrachteten Fehlerarten können dabei periodische und nicht-periodische Fehler sein. Beispiele für die Ursachen von periodischen Fehlern sind Anregungen proportional zur Walzendrehzahl wie Walzenexzentrizitäten oder Walzenunwuchten, nicht-periodische Fehler werden beispielsweise durch Instabilität der Schmierung (z.B. Schmierwinkeländerung) verursacht. Beim Prüfen auf Qualitätsfehler werden erfindungsgemäß entsprechende Informationen zur Fehlerart und zum Fehlerort aus dem Condition Monitoring System verwendet. Erfolgt diese Prüfung für ein Qualitätsmerkmal, welches kontinuierlich geprüft wird (z. B. im Rahmen einer automatischen Oberflächeninspektion von kaltgewalzten Bändern), so werden die Informationen aus dem Condition Monitoring System von dem relevanten Prüfsystem (dem OIS) derart genutzt, dass die Software zur Steuerung des Messsystems (hier die Kamera) den Fehlerort und die Fehlerart bei der Qualitätsprüfung gezielter messtechnisch erfasst. Des Weiteren sollen diese Informationen genutzt werden, um die
Auswertesoftware innerhalb der Bildverarbeitungskette, z. B. bei der Detektion („Da ist etwas"), der Merkmalsextraktion und/oder der Klassifikation („Es ist ein ...“) zu verbessern, um optimierte Qualitätszuordnung zu erreichen.
Erfolgt die Prüfung im Rahmen einer Stichprobe oder außerhalb einer geplanten Stichprobe (gesonderte Prüfung), so kann der Inspekteur mit Hilfe der Angaben
(Coil-Nr. , betroffener Bandmeter, Fehlerart, ...) gezielt den Fehler suchen
(konfirmative Analyse), da sowohl die Information über die Fehlerart („was soll gesucht bzw. entdeckt werden“) als auch der Fehlerort („wo soll gesucht werden“) vorliegen. Durch eine Rückkopplung (Feedbackschleife) vom Prüfvorgang und der
Information über das tatsächlich gemessene Prüfergebnis zum integrativen Condition Monitoring System, wird der Wirkungskreislauf des erfindungsgemäßen Systems, Verfahrens und/oder Computerprogramms geschlossen. Diese Feedbackschleife vom Prüfvorgang - mit der Information über das jeweils gemessene Qualitätsmerkmal - besteht immer, auch wenn das Condition
Monitoring System keine Warnung gegeben hat (in solch einem Fall sind die Schwellwerte nicht erreicht und ggf. zu hoch).
Durch eine Verbindung der Informationen aus dem Condition Monitoring System über mögliche, erwartete Qualitätsfehler (Prognose/ Erwartungsrechnung) mit dem Mess- bzw. Prüfvorgang wird eine Vorkopplung (Feedforward-Schleife) geschaffen und der Wirkungskreislauf gebildet. Die mit dem Condition Monitoring System identifizierten Erzeugnisse bzw. die betreffenden Bereiche müssen nun von einem Prüf- / Messsystem (automatisiert oder durch einen Experten/ Inspekteur) überprüft werden, z. B. ob sie Ausschuss sind oder nicht.
Mittels der vorliegenden Erfindung, also mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Systems und/oder des erfindungsgemäßen Computerprogramms, lassen sich auffällige Erzeugnisse, wie z.B. Bänder, auffinden. Dazu wird die Produktion auf Prozessabweichungen überwacht, insbesondere durch Ermittlung von qualitätsrelevanten Prozessgrößen, beispielsweise in Walzwerken und Bandbehandlungsanlagen, und Zuordnung von Produktfehlern. Auffällige Erzeugnisse können z.B. aussortiert werden oder in den nachfolgenden Herstellungsstufen gesondert überwacht und/oder behandelt werden. Des Weiteren werden u. a. mittels Prozessrestriktionen (Grenzwerte für bestimmte Prozessparameter während des Herstellungsprozesses) die Wechselwirkung zwischen bspw. der Maschine und des in der Maschine ablaufenden Produktionsprozesses abgebildet und berücksichtigt.
Die vorliegende Erfindung kann ferner zur Optimierung von Messvorgängen und/oder Messverfahren eingesetzt werden. Dazu können auch Tätigkeiten einer Messperson gehören. Insbesondere ermöglich die vorliegende Erfindung eine gezieltere messtechnische Erfassung von Produktfehlern (Qualitätsfehlern) von nachgelagerten Inspektionstätigkeiten (Prüfungen). Die gezieltere messtechnische Erfassung erfolgt beispielsweise mittels Tuning/Feinabstimmung von Hardware- Komponenten und/oder Software eines Messsystems, oder durch Angabe/Vorhersage des Fehlerortes und/oder Fehlerbildes, beispielsweise als Kalibriermodul für Zeilenkameras. Die Angabe eines Fehlers kann beispielsweise lauten „Rattermarken im Abstand von x mm auf der Bandober- und/oder - Unterseite“. Dabei werden beispielsweise zeitbasierte Daten aufgenommen und in längenbezogene Daten umgerechnet. Wie andere Messsysteme benötigen automatische
Oberflächeninspektionssysteme eine Wartung: Detektions- und
Klassifikationsparameter müssen gepflegt und an sich ändernde Anforderungen (z.B. neue Anforderungen durch die Automobilindustrie als Stahlverarbeiter) angepasst werden, damit sie kontinuierlich gute Ergebnisse erzielen. So sind z. B. Verbesserungen von 30 % der Inspektionsleistung nach einem Tuning von nur drei Wochen an vielen OIS Systemen realistisch. Ein Tuning bzw. Eine Feinabstimmung von Hardware-Komponenten und/oder Software eines Messsystems mittels der vorliegenden Erfindung ist somit vorteilhaft. Weiterhin kann mittels der vorliegenden Erfindung die Genauigkeit eines Condition Monitoring Systems der Produktionsanlage erhöht werden, insbesondere durch Schärfen von Schwellwerten von Zustandsvariablen der Produktionsanlage. Das Schärfen der Schwellwerte erfolgt (a) durch Trainieren Kl-Algorithmen zur Diagnose oder Prognose des CM-Systems in der frühen Lernphase (es liegen noch keine historischen Daten vor) mittels physikalisch-mathematischen
Simulationsmodellen, (b) durch den oben genannten Wirkungskreislauf
(Wirkzusammenhang, Wirkungszusammenhang) der vorliegenden Erfindung. Ermöglicht wird dies durch die Feedback-Möglichkeit des Wirkkreises zwischen CM-System und Prüfvorgängen. Es wird beispielsweise erfasst welche Fehler tatsächlich aufgetreten sind, bei der Überschreitung bestimmter Schwellenwerte oder auch bei Nicht-Überschreitung (= Feedbackschleife zur Verifikation und Optimierung der Analyse-, Diagnose- und Prognosegüte des CM-Systems).
Eine Variante der Erfindung ermöglicht ein automatisches Wiedererkennen von Prozesssituationen bzw. Maschinenzuständen. Ziel: Aufzeigen, welche bereits fertighergesteilten Produkte (z.B. Bunde) ebenfalls betroffen sein könnten.
Nachträgliche Prüfung von Produkten im Lager (z.B. Bunden in Bundlager). Reklamationen sollen reduziert werden, ggf. Reklamationsvorhersagen abgeleitet werden. Dabei wird die Online-Zustandsüberwachung zusätzlich anhand der historischen Daten mit bekannter und überprüfter Klassifikation weiter trainiert. Durch diesen Ansatz einer „nicht-statischen Trainingsphase“ des Condition Monitoring Systems ist die vorliegende Erfindung in der Lage sich auf geänderte Rahmenbedingungen zu adaptieren. Geänderte Rahmenbedingungen sind bspw. der Austausch von Werkzeugen (Walzen, Kokillen, ...) oder anderen Maschinenkomponenten sowie die Produktion unterschiedlichster Walzerzeugnissen (Stahlsorten und deren Abmessungsbereichen), welche ein verändertes Verhalten (z. B. Verschleißverhalten beim Werkzeug oder Umformverhalten bei dem Walzerzeugnis) aufweisen. Dies ist gleichbedeutend mit einem großen Parameterraum und großer Variabilität der Daten, welcher abgedeckt werden muss. Die vorliegende Erfindung bietet zusätzlich den Vorteil der Verkürzung von Fehlerstrecken, wie beispielsweise Bandbereiche mit schadhafter Oberfläche. Dies ist insbesondere bei der Fertigung mit endlosem Band bzw. beim kontinuierlichen Betrieb ein wesentlicher Vorteil. Ein Beispiel ist das Auftreten, Entdecken und Beseitigen von Verunreinigungen am ln-line Dressiergerüst einer Verzinkungsanlage.
Die Länge der Fehlerstrecke hängt dabei ab von:
(A) der Zeitspanne zwischen Auftreten und erstmaligen Entdeckung des Fehlers (z.B. zur Zeit t = t* für Coil-Nr N, am Bandmeter x* wird der Fehler festgestellt). Darin enthalten ist der zeitliche und örtliche Abstand zwischen dem Entstehungsort und dem Ort der Erfassung/Prüfung. Ferner die Mess- bzw. Prüfgenauigkeit sowie die Detektionsfähigkeit des Prüfverfahrens oder des Prüfers für die Fehlerarten, um eine sichere und rechtzeitige Fehlerdetektion zu gewährleisten (Zeitspanne zwischen Messung und Wahrnehmung „das ist ein Fehler“). (B) der Reaktionszeit für eine Korrektur: Zeit für die Analyse (Ursache ?),
Erkennung der erforderlichen Maßnahme und Durchführung der Maßnahme.
Die Verkürzung der Fehlerstrecke wird erfindungsgemäß erreicht durch 1. sichere und frühzeitigere Entdeckung mittels frühzeitig vorliegenden, verifizierten Informationen; betrifft Anteil (A) aufgrund einer Prognose, und
2. Verkürzung der Reaktionszeit; Anteil (B) kann aufgrund einer Ursachenanalyse der Erfindung verkürzt werden Über den oben beschriebenen Wirkungskreislauf hinaus, können eine Vernetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Systems oder Computerprogramms mit weiteren Arbeitsbereichen verschiedener betrieblicher Organisationsbereiche und bzw. deren Informationssystemen (z. B. der Instandhaltung, der
Produktionsplanung, ...) oder weiterer Verfahrensstufen innerhalb der Metallherstellung und -Weiterverarbeitung bis zur Nutzung beim Metallanwender (horizontale Integration) erfolgen. Beispiele hierzu sind:
• Der Informationsfluss und Maßnahmenvorschläge an den Bereich Instandhaltung. Diese Möglichkeit soll nur der Vollständigkeit halber genannt werden, da Condition Monitoring Systeme traditionell in den Instandhaltungsbereichen eingesetzt werden.
• Die Information an die operative Produktion, z. B. an die Prozessführung, Level 2 (Bereich Produktion) und sowie Maßnahmenvorschläge zur Beseitigung des Fehlers.
• Die Warnmeldung oder die verifizierte Warnmeldung über einen Qualitätsfehler sowie über den korrespondierenden Analgenzustand erhält ebenfalls die
Produktionsplanung (Bereich Produktion) und / oder die Qualitätsplanung (Bereich Qualitätssicherung). Diese werten diese Information in Hinblick auf die geplante Fertigung von Bändern aus. So können beispielsweise aufgrund der Kenntnisse über Qualitätsfehler und/ oder Schädigungsgrad von Bauteilen (Gelenkwellen, etc.) die Belastung durch die geplante Produktionsfolge entsprechend angepasst werden.
• Bei einer Vernetzung des erfindungsgemäßen Systems, Verfahrens oder Computerprogramms mit einer Weiterverarbeitungsstufe (horizontale Integration) könnte bspw. abhängig vom prognostizierten und beim Prüfvorgang ermittelten Qualitätsfehler mittels eines Assistenzsystems analysiert werden, ob durch entsprechende Anpassung der Prozessparameter in den nachfolgenden Prozessschritten die Qualitätsmerkmale dahingehend beeinflusst werden können, dass die geforderten Spezifikationen eingehalten werden können. Dieses Prognosetool kann - da keine Umplanung der Produktion erforderlich ist - innerhalb eines Level 2 Systems oder eines „Level 2,5“ selbstständig arbeiten.
Ebenfalls kann der erfindungsgemäße Wirkungskreislauf für langperiodische Aufgaben innerhalb der zuvor genannten betrieblichen Organisationsbereiche angewendet werden.
Beispiele für solche Aufgaben sind: Leistungsanalysen und -Überwachung der Produktionsanlage im Bereich Produktion; Störfallstatistiken und Schwachstellenanalysen im Bereich Instandhaltung, sowie langfristige Prüfdatenverarbeitung im Bereich Qualitätssicherung. Dabei können im Rahmen von Offline-Analysen (mittel- und langfristige Betrachtungen) weitere Ursachenanalyse von Qualitätsfehlern durchgeführt werden, oder Auswertungen und Analysen wie bspw.:
- häufen sich bestimmte Defekte auf Antriebs- oder Bedienseite? - wie ist das Verhältnis von schweren zu leichten Fehlern?
- konnte die Produktqualität verbessert werden?
Durch diese Offline-Analysen in Kombination mit der vorliegenden Erfindung kann eine verbesserte Prozessoptimierung des Produktionssystems durch die verbesserte Korrelation von Prozess- und Qualitätsdaten erfolgen. Des Weiteren können durch diese Offline-Analysen in Kombination mit den entsprechenden langfristigen Maschinenzuständen, wie z. B. den jährlichen Schädigungsfortschritt von Antriebselementen, die Prozessführung sowie die Produktionsplanung optimiert werden. Erreichbare Ziele dabei sind: langfristige Vermeidung von unzulässigen Betriebszuständen, Reduzierung von Instandhaltungs- und Materialkosten sowie Erhöhung der Lebensdauer von Bauteilen und Maschinen, bei Einbehaltung der geforderten Qualität.
Das erfindungsgemäße System, Verfahren oder Computerprogramm bieten dazu die informationstechnische Basis, bei gleichzeitiger Erhöhung der Aussagegenauigkeit aufgrund der nun frühzeitig vorliegenden, verifizierten Informationen aus dem Wirkungskreislauf. Dadurch lässt sich die Diagnosesicherheit wesentlich erhöhen und die Prognosequalität steigern, für die zuvor genannten Anwendungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen und weiteren Beispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Optimierung eines
Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder
Fertigerzeugnissen, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Optimierung eines
Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder
Fertigerzeugnissen, und
Fig. 3 eine Detailsicht einer Ausgestaltung eines Produktionsüberwachungssystems in Verbindung mit einem Automatisierungssystem einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Optimierung eines Produktionsprozesses 2 in einer Produktionsanlage 3 der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen- Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen. Das System 1 aus Fig. 1 umfasst Sensoren 4 zum Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3. Ferner umfasst das System 1 aus Fig. 1 eine Schnittstelle zu einem Produktionsüberwachungssystems 5, auch als Condition Monitoring System bezeichnet, zum Senden/Empfangen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3. Das Produktionsüberwachungssystem 5 kooperiert mit einem Automatisierungssystem 9 zur Steuerung des Produktionsprozesses 2 in der Produktionsanlage 3. Die Sensoren 4 können Teil der Produktionsanlage 3 sein oder in unmittelbarer Nähe zur Produktionsanlage 3 zur Erfassung der Zustandsvariablen der
Produktionsanlage 3. Die von den Sensoren 4 erfassten Zustandsvariable werden beispielsweise über die Schnittstelle zum Produktionsüberwachungssystem 5 zur weiteren Verarbeitung übermittelt.
Das System 1 aus Fig. 1 umfasst ferner eine Qualitätsprüfung 6 zum Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte und eine Schnittstelle zu einem Qualitätsprüfungssystem 7 zum Empfangen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bedient sich die Qualitätsprüfung über eine Schnittstelle dem Qualitätsprüfungssystem 7 und empfängt über die Schnittstelle die von dem Qualitätsprüfungssystem 7 erfassten Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte. Das Qualitätsprüfungssystem 7 kann ein Prüfsystem 10 zur Steuerung, Durchführung und/oder Auswertung der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Qualitätsprüfungssystem 7 auf Tätigkeiten einer Messperson 11 basieren.
Das erfindungsgemäße System 1 umfasst ferner eine Recheneinrichtung 8, welche die von den Sensoren 4 und/oder dem Produktionsüberwachungssystem 5 erfassten Zustandsvariablen und die von der Qualitätsprüfung 6 und/oder Qualitätsprüfungssystem 7 erfassten Produktfehler empfängt und oder abfragt. Die Recheneinrichtung 8 ist zumindest mit diesen vorgenannten Komponenten des System 1 zum Austausch von Daten verbunden, beispielsweise über ein drahtgebundenes oder drahtloses Kommunikationsnetzwerk (nicht dargestellt).
Die Recheneinrichtung 8 ist zum Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 ausgebildet.
Das erfindungsgemäße System 1 überwacht bei der zukünftigen Herstellung von Produkten die Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 mittels der Sensoren 4 und/oder über die Schnittstelle zum Produktionsüberwachungssystem 5. Diese bei der Überwachung der zukünftigen Herstellung von Produkten ermittelten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 werden mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 mittels der
Recheneinrichtung 8 verglichen.
Wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 eine hinreichende
Übereinstimmung liefert wird die Qualitätsprüfung 6 zur Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 zukünftig hergestellten Produkte angepasst. Das System 1 gemäß dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ausgebildet zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung eines Produktionsprozesses 2 in einer Produktionsanlage 3 der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen. Das Verfahren umfasst insbesondere die folgenden Schritte:
Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3,
Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte, und
Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3,
Überwachen der Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 bei der zukünftigen Herstellung von Produkten und Vergleichen mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3, und
Anpassen der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 zukünftig hergestellten Produkte wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 eine hinreichende Übereinstimmung liefert. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt des Anpassens des Herstellungsverfahrens in der Produktionsanlage 3 zur Vermeidung von Zuständen mit Zustandsvariablen die einen Zusammenhang zu erfassten Produktfehlern aufweisen. So werden wiederholte Produktfehler, die durch dieselben Zustandsvariablen erzeugt werden, vermieden.
In einer weiteren Variante umfasst das Verfahren den Schritt des Instandhaltens der Produktionsanlage 3 zur Vermeidung von Zuständen mit Zustandsvariablen die einen Zusammenhang zu erfassten Produktfehlern aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Schritt des Verbesserns eines Modells zur Vorgabe von Parametern für das Herstellungsverfahren in der Produktionsanlage 4 auf Basis der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3.
Das Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 umfasst insbesondere einen oder mehrere der folgenden Parameter: Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Kräfte, Drehmomente, Beschädigungen, Vibrationen, Funktionsbeeinträchtigungen, Kühlleistung, Walzparameter, Geräte- und/oder Bauteilabnutzung, Verschmutzungen, Anhaftungen, oder dergleichen. Das
Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 erfolgt insbesondere mittels geeigneter Sensoren 4, automatischer oder manueller Prüfverfahren 6, manueller Prüfungen durch einen Bediener 11 , oder dergleichen erfolgt.
Das Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte umfasst beispielsweise einen oder mehrere der folgenden
Fehlerparameter: Art des Fehlers, Ort des Fehlers, Größe des Fehlers, oder dergleichen. Das Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte erfolgt insbesondere mittels Oberflächeninspektionen, chemischer Analysen, Probenentnahmen, Handmessgeräten, Sichtprüfungen, Messeinrichtungen, Prüfeinrichtungen oder dergleichen.
Das erfindungsgemäße Anpassen der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 zukünftig hergestellten Produkte dadurch erfolgt, dass gezielt nach Produktfehlern gesucht wird, die im Zusammenhang stehen mit den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 bei der zukünftigen Herstellung von Produkten. Die Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) zukünftig hergestellten Produkte wird beispielsweise dadurch angepasst, dass die Erfassung auf bestimmte Fehlerparameter fokussiert wird. In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte:
Speichern der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 über die Laufzeit der Produktionsanlage 3, und
Vergleichen der gespeicherten Zustandsvariablen mit einem neu erfassten Produktfehler zugeordneten Zustandsvariablen.
Dazu umfasst das System 1 eine Speichereinrichtung 12, welche mit anderen Komponenten des Systems 1 zum Datenaustausch verbunden ist, insbesondere mit der Recheneinrichtung 8, dem Produktionsüberwachungssystem 5, den Sensoren 4 und/oder dem Qualitätsprüfungssystem 7. Neben den Zustandsvariablen werden vorzugsweise weitere Informationen zu dem hergestellten Produkt gespeichert, wie Produkt-Identifikatoren, Produktempfänger, Lagerort, Lieferinformationen, geforderte Produktqualität, oder dergleichen.
Wenn der Vergleich der gespeicherten Zustandsvariablen mit einem neu erfassten Produktfehler zugeordneten Zustandsvariablen einen oder mehrere Treffer geliefert hat kann ein hergestelltes Produkt nachträglich identifiziert werden. Das Identifizierte, bereits hergestellte, Produkt kann nachfolgend auf den neu erfassten Produktfehler überprüft werden.
Nach einer zweckmäßigen Variante erfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Art und/oder Produkteigenschaften des in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkts. Die Art des hergestellten Produkts unterscheidet beispielsweise zwischen Walzerzeugnissen, wie Flachprodukte (Bänder, Bleche) und Langprodukten (Rohre, Profile/Träger, Draht). Produkteigenschaften sind beispielsweise Geometrie, Werkstofflegierung, mechanische Eigenschaften, Oberfläche, oder dergleichen.
Die erfasste Art und/oder die erfassten Produkteigenschaften des in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkts können bei der Ermittlung der Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 berücksichtigt werden. Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante erfolgt die Erfassung von Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 und die Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte räumlich getrennt. Die Produktionsanlage 3 und die Qualitätsprüfung 6 sind also räumlich getrennt.
Durch die räumliche Trennung erfolgt die Ermittlung von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 zeitlich verzögert.
In einer erfindungsgemäßen Variante tauschen die mehreren Anlagenteile Informationen zu den erfassten und/oder ermittelten Daten untereinander und/oder mit der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 8 aus. Nach einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Ausgebens einer Warnmeldung, eines Maßnahme-Vorschlags, einer Handlungsanweisung oder dergleichen an einen Bediener, ein Teilsystem der Produktionsanlage (3) oder eine Weiterverarbeitungseinrichtung bei Erfassen eines Produktfehlers. Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zusätzlich den Schritt des Anpassens der Weiterverarbeitung zur Einhaltung von Produktqualitäten nach der Weiterverarbeitung. Ferner können erfindungsgemäß zulässige Bereiche für die Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 definiert werden und eine Warnmeldung wird ausgegeben, wenn Zustandsvariablen außerhalb der definierten Bereiche erfasst werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Optimierung eines Produktionsprozesses 2 in einer Produktionsanlage 3 der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen- Industrie oder der Stahlindustrie zur Fierstellung von Flalbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen. Die zweite Ausführungsform aus Fig. 2 unterscheidet sich von ersten Ausführungsform aus Fig. 1 dadurch, dass von der Qualitätsprüfung ermittelte Qualitätsdaten an ein Qualitätsmanagementsystem 13 und/oder eine Produktionsplanung/ -Steuerung übermittelt werden.
Ferner werden die ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3, in dieser erfindungsgemäßen Variante von der Recheneinrichtung 8, an das Produktionsplanungssystem 14 der Produktionsanlage 3, das Produktionssteuerungssystem 14 der Produktionsanlage 3 und/oder das Qualitätsmanagementsystem 13 der Produktionsanlage 3 übermittelt. Die ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 können von diesen Systemen ausgewertet und/oder verwertet werden, zur Optimierung des Produktionsprozesses in Produktionsanlage 3 der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Fierstellung von Flalbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen.
Fig. 3 zeigt eine Detailsicht einer Ausgestaltung eines Produktionsüberwachungssystems 5 in Verbindung mit einem Automatisierungssystem 9 einer Produktionsanlage 3 der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass das integrative Produktionsüberwachungssystem 5 (Condition Monitoring (CM) System) die Sollwerte und/oder Steuergrößen für das Automatisierungssystem 5 bestimmt, mittels welcher das Automatisierungssystem 9 den Produktionsprozess 2 in der Produktionsanlage 3 steuert. Das Produktionsüberwachungssystem 5 nutzt dazu beispielsweise Simulationen, Modelle und/oder Expertenwissen. Die Bestimmung der Sollwerte und/oder Steuergrößen kann dabei entweder aus dem (i) Condition Monitoring System selbst und/oder aus (ii) dem Automatisierungssystem und/oder mit Hilfe von (iii) zusätzlichen Simulationen und Modellen sowie Expertenwissen erfolgen.
Das Produktionsüberwachungssystem 5 empfängt die Zustandsvariablen (Anlagen- und Prozesssignale von den Sensoren 4 und die Qualitätsdaten (erfasste Produktfehler) von der Qualitätsprüfung 6. Das Produktionsüberwachungssystem 5 wertet die empfangenen
Zustandsvariablen und Qualitätsdaten aus. In Verbindung mit der Recheneinrichtung 8 werden in einer Trainingsphase die Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 ermittelt bzw. im Regelbetrieb werden die Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 bei der (zukünftigen) Herstellung von Produkten überwacht und mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 verglichen.
Wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 eine hinreichende Übereinstimmung liefert, wird gemäß Fig. 3 eine Diagnose durchgeführt, also eine Suche nach möglichen Fehlern. Ferner können eine kurzfriste und/oder langfristige Prognose (Voraussage) und eine kurzfristige und/oder langfristige Therapie (Maßnahmenvorschlag) erstellt werden.
Die Therapievorschläge können dabei Empfehlungen sein, dass Prozessparameter geändert werden sollte, z.B. mit dem aktuellen Zustand der Walzen (der Lager, der Antriebsspindel, etc.) ist die gewünschte bzw. geforderte Qualität nicht erreichbar, bitte den Arbeitspunkt der Regelung ändern“, bis zur konkreten Vorgabe der Sollwerte und/oder Steuergrößen.
Die Prognose und/oder Therapievorschläge können auf Basis spezieller Simulationen und/oder durch Nutzung spezieller Modelle, wie z. B. Restlebenszeitmodelle sowie auf Expertenwissen erfolgen. Beispielsweise können mittels einer simulationsgestützten Prognose ausgehend von den beobachteten vergangenen Laständerungen die Werte zukünftiger Laständerung für den Produktionsprozess Vorhersagen (Simulation in die Zukunft).
Wird festgestellt, dass die geforderte Produktqualität mit den aktuellen Prozessparametern nicht erzielt werden kann, kann (A) die Produktion in der Produktionsanlage 3 umgeplant werden, (B) die Prozessparameter neu berechnet werden, oder (C) die Qualität auf die bestmöglich erzielbare Qualität herabgestuft werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand konkreter Betriebsbeispiele näher erläutert. Allgemein gibt es in den betrachteten Produktionsanlagen prinzipiell zwei Ansätze zur Erfassung von Qualitätsmerkmalen:
1. eine kontinuierliche Erfassung mittels einem Online-Messverfahren (dies entspricht einer 100% Prüfung), möglichst im Prozessablauf (häufig auch als Inline-Prüfung bezeichnet) 2. eine stichprobenartige Erfassung zur (Stichprobenprüfung)
Beispiel 1 - kontinuierliche Prüfung Nachfolgend wird der Ablauf am Beispiel einer kontinuierlichen Prüfung mittels einem automatischen Oberflächeninspektionssystems (OIS) innerhalb einer Verzinkungslinie in einem Kaltwalzwerk beschrieben, als Beispiel für die Anwendung der Erfindung für eine kontinuierliche Erfassung (100% Prüfung des Merkmals Oberfläche):
IA) Es wird eine Grenzüberschreitung, z. B. für die Schwingung im Walzgerüst, erstmalig festgestellt. Beispielsweise tritt zur Zeit t* erstmalig ein Überschreiter im Condition Monitoring System auf. Die Information über die Bund- bzw. Coil-Nr. , sowie der entsprechende Bandabschnitt (Bandmeter) ist im Condition Monitoring System vorhanden.
I B) Es erfolgt eine Warnmeldung über die Prozessfähigkeit für die gewünschte Qualität, d. h. es liegt ein auffälliges Band bzw. ein auffälliger Bandabschnitt vor mit einem möglichen Qualitätsproblem.
Diese Warnmeldung wird an das relevante Prüfsystem (in diesem Beispiel die automatische Oberflächeninspektion) an dem entsprechenden Prüfort
(Inspektionsstand im Auslaufbereich der Verzinkungsanlage) übergeben. Diese Meldung kann bspw. in der nachfolgenden Form erfolgen:
Angabe des zu erwartenden Fehlers, z. B. Ratterschwingung, Rattermarken im Abstand von x mm auf der Bandober- oder - Unterseite am Coil-Nr. X und Bandmeter Y.
Dazu wurden die aufgenommen zeitbasierten Daten in längenbezogene Daten umgerechnet (ggf. muss eine Längenänderung der Bandabschnitte aufgrund der Dickenänderung in nachfolgenden Walzgerüsten durch das Condition Monitoring System berücksichtigt werden).
Ferner kann diese Information an weitere Informationssysteme übergeben werden, z. B. an das Automatisierungssystem, d. h. der Bediener im Leitstand erhält diese Warnmeldung, sowie an übergeordnete Systeme, wie bspw. einem Prozessstufen übergreifenden Qualitätssicherungssystem und Qualitätsanalysesystem.
IC) Diese Information wird von dem relevanten Prüfsystem (dem automatische Oberflächeninspektionssystem) derart genutzt, dass die Software zur Steuerung des Messsystems (hier die Kamera) den Fehlerort und die
Fehlerart bei der Qualitätsprüfung gezielter messtechnisch erfasst und die Auswertesoftware bei der Bildverarbeitungskette, z. B. bei der Detektion („Da ist etwas"), der Merkmalsextraktion und / oder der Klassifikation („Es ist ein ...“) verbessert wird, um optimierte Qualitätszuordnung zu erreichen Dies kann bspw. mittels übergebenen Parametern, wie speziellen
Einstellparametern des Messsystems zur Detektion des Fehlers oder durch die Angabe des betreffenden Bereichs auf der Bandoberfläche geschehen.
ID) Durch eine Rückkopplung vom Prüfsystem bzw. Prüfvorgang und der Information über das tatsächlich gemessene Prüfergebnis zum integrativen Condition Monitoring System, wird der Wirkungskreislauf des erfindungsgemäßen System sA/erfahrens geschlossen. Durch diese
Feedbackschleife erhält man automatisch eine Verbesserung der Analyse-, Diagnose- und Prognosegüte des Condition Monitoring Systems, z. B. durch Optimierung der Schwellwerte (automatisches Training und Feintuning in definierten Abständen).
Unabhängig ob eine Warnmeldung vom Condition Monitoring System gegeben und ein Fehler beim Prüfen entdeckt wurde, erfolgte diese Rückkopplung immer, d. h. trainiert wird das Condition Monitoring System mit allen Daten zu Bändern, bei denen eine Qualitätsprüfung stattgefunden hat.
IE) Ein weiterer Verfahrensschritt bildet die nachträgliche Prüfung historischer Daten z. B. für Bänder, die sich in weiteren Bearbeitungsstufen oder im Coillager befinden. Der Ablauf für die Condition Monitoring Suche in der Historie ist wie folgt: Falls das Prüfergebnis ein Qualitätsfehler-bzw. eine Qualitätsabweichung zeigt, erfolgt automatische durch das Condition Monitoring System (oder durch ein anderes übergeordnetes System) eine Suche in der Historie der bereits gefertigten Bändern mit ähnlichen, für die Fehlererkennung relevanten Merkmalen (Symptomen), wie z. B. dem Schwingungsprofil.
Der Ablauf an einer konkreten Betriebssituation ist bspw.: (Ausgangspunkt) es liegt der Qualitätsfehler „Rattermarken im Abstand von 20mm bei X Bandmetern“ vor -> Condition Monitoring System sucht das entsprechende Spektrum und die Auslaufgeschwindigkeit -> Auffinden der relevanten
Amplitude bei Frequenz Y (= Auslaufgeschwindigkeit durch
Markenabstand); (Ziel) Welche Bänder hatten ähnliche Schwingungen bei ähnlichen Prozessbedingungen (Geschwindigkeit, Walzendurchmesser / -ID, Bandmaterial, -dicke und breite). Bei diesem automatischen Wiedererkennen von Prozesssituationen und
Maschinenzuständen werden die vom Condition Monitoring System identifizierten, „auffälligen Bänder“, mit Angabe von Bundnummer, betreffender Bandmeter, Fehlerkategorie und weiteren Merkmalen des Fehlers der Qualitätssicherungsabteilung mitgeteilt. Diese Fehlermerkmale können sein: von dem Condition Monitoring System wird erwartet und prognostiziert, Rattermarken im Abstand von x mm.
Diese „auffälligen Bänder bzw. Bunde“ müssen dann gesondert durch Experten auf die Warnmeldung hinsichtlich eines Qualitätsfehlers durch das Condition Monitoring System geprüft werden (gesonderte Prüfung). Bei massiven entdeckten Qualitätsmängeln bei Bunden, welche schon zum
Kunden geliefert wurden, besteht ebenfalls die Möglichkeit einer detaillierten Qualitäts-Warnmeldung (Bund-Nr., betroffener Bandbereich, Fehlerart) um spätere Reklamationen und insbesondere Fertigungskosten, durch bereits erfolgte Bearbeitungsschritte beim Kunden an einem fehlerhaften Vormaterial zu vermeiden.
Die Ergebnisse diese Verfahrensschrittes wird ebenfalls zur Verbesserung der Analyse-, Diagnose- und Prognosegüte des Condition Monitoring Systems verwendet und stellt eine weitere Feedbackschleife des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens dar.
Beispiel 2 - Stichprobenprüfung
Nachfolgend wird der Ablauf am Beispiel einer Stichprobenprüfung der Oberflächenkontrolle durch einen Inspekteur an einem Dressierwalzgerüst in einem Kaltwalzwerk dargestellt, als Beispiel für die Anwendung der Erfindung für eine diskontinuierliche Erfassung (Stichprobenprüfung des Merkmals Oberfläche):
Ziel der regelmäßigen Inspektion am Dressierwalzgerüst ist es,
Unregelmäßigkeiten auf dem Band oder auf den Werkzeugen zu erkennen, die sich unter Umständen über eine längere Zeitdauer hinweg auf die komplette Charge auswirken würden. Hierzu werden in definierten Abständen manuelle Inspektionen an dem stehenden Dressierwalzgerüst (der Fertigungsprozess wird dazu unterbrochen) durchgeführt und das Band an diskreten Bandabschnitten geprüft. Dabei werden zunächst einige Meter des Bandes auf den Haspeldorn gewickelt. Anschließend wird das unter Zug stehende Band bzw. der betrachtete Bandabschnitt auf einer Länge von rund einem Meter über die komplette Breite leicht angeschliffen. Nach dem Abziehen werden Auffälligkeiten deutlich, die vom Inspekteur beurteilt und klassifiziert werden. Das Anschleifen mit einem Abziehstein erfolgt in der Regel manuell, in der Entwicklung und in der ersten Betriebsphase befindet sich der Einsatz von Schleifrobotern. Darüber hinaus gibt es bereits erste Überlegungen, eine automatisierte Oberflächeninspektion einzusetzen, was bisher jedoch aufgrund der Komplexität der Fehlererkennung technisch noch nicht zuverlässig möglich ist.
Bei der manuellen Inspektion übt der Mensch nicht nur irgendeine Tätigkeit innerhalb des Messverfahrens aus. Eine optische Prüfung erfordert die Einbeziehung der Messperson in den Messlösungsprozess, d.h. der Mensch ist unmittelbarer Bestandteil einer Messkette - ohne ihn kommt kein verwertbares Ergebnis zustande.
2A) Schritt: „Sortierkriterien für "auffällige Bänder" - Auffinden dieser Bänder“: Dieser Schritt erfolgt in Analogie zum Betriebsbeispiel 1 - kontinuierliche
Prüfung, Punkt 1A)
2B) Schritt: „Informationsfluss/ -Weitergabe - Warnmeldung: Dieser Schritt erfolgt in Analogie zum Betriebsbeispiel 1 - kontinuierliche Prüfung, Punkt 1B). Die Warnmeldung kann der Inspektor z. B. im Leitstand mittels einer
Coil-Report-Anwendung erhalten.
2C) Schritt: „Durchführung der Prüfung“: Mit Hilfe der Angaben (Coil-Nr. , betroffener Bandmeter, Fehlerart, ...) kann der Inspekteur gezielt den Fehler suchen (konfirmative Analyse), da sowohl die Information über die
Fehlerart („was soll gesucht bzw. entdeckt werden“) als auch der Fehlerort („wo soll gesucht werden“) vorliegen. Die Prüfung erfolgt bspw. in einem Inspektionsstand außerhalb der Fertigungslinie (offline) oder innerhalb der Fertigungslinie, bei Stillstand der Linie. Bei Verwendung von Robotern zum Anschleifen und zur
Oberflächenprüfung kann dieser Schritt analog zu Schritt (1C) erfolgen.
2D) bis 2E): Diese Schritte erfolgen in Analogie zum Betriebsbeispiel 1 - kontinuierliche Prüfung, Punkt (1D) bis (1E)
Beispiel 3 - Prozessübergreifende Betrachtung Eine Besonderheit in der Stahlindustrie ist, dass Qualitätsmerkmale in mehreren Verarbeitungsstufen beeinflusst werden. So wird beispielsweise die Festigkeit und die Oberflächenausführung durch fast alle Verarbeitungsstufen (wenn auch unterschiedlich) beeinflusst bzw. erzeugt. Zudem gibt es Prozessstufen (z. B. die "Flüssigphase" der Stahlherstellung) in der das Qualitätsmerkmal gar nicht erzeugt, bzw. ausgebildet wird, jedoch der jeweilige Prozess wesentlich für die zukünftige Ausbildung dieser Qualitätsmerkmale verantwortlich ist und das noch nicht ausgebildete Merkmal wesentlich beeinflusst.
Diese Qualitätsmerkmale können letztendlich nur durch eine die Verarbeitungsstufen überspannende Qualitätsprüfung sicher eingestellt werden.
Der Verfahrensablauf des Patents für eine prozessstufenübergreifende Betrachtung wird nachfolgend beschrieben am Beispiel einer durchgängigen Oberflächeninspektion vom Stranggießen bis zum fertigen, kaltgewalzten und beschichteten Band (Endprodukt).
3A) Schritt: „Sortierkriterien für "auffällige Bänder" - Auffinden dieser Bänder“: Dieser Schritt erfolgt in Analogie zu den Betriebsbeispielen 1 und 2, Punkt (1A) bzw. (2A)
Beispielsweise wurde vom Condition Monitoring System eine Auffälligkeit „Servo-Ventile hängen“ (Ursache: Membranspeicher undicht, Leckage) an den Oszilierzylindern für die Kokillenoszillation festgestellt. Dieser Auffälligkeit wird in unserem Beispiel an 5 Brammen festgestellt.
3B) Schritt: „Informationsfluss/ -Weitergabe - Warnmeldung: Entsprechend der vorherigen Betriebsbeispiele gibt es zwei Möglichkeiten: es erfolgt eine automatische Oberflächeninspektion (OIS) der Brammen: dieser Schritt erfolgt dann in Analogie zum Betriebsbeispiel 1 - kontinuierliche Prüfung, Punkt (1B) es erfolgt eine manuelle Oberflächeninspektion (beispielsweise visuelle Prüfung durch Flämmkontrollstrichen) an den Brammen: dieser Schritt erfolgt dann in Analogie zum Betriebsbeispiel 2 - Stichprobenprüfung, Punkt 2B) 3C) Schritt: „Durchführung der Prüfung“: s. Schritt (1C) bzw. (2C) entsprechend der in Schritt (3B) genannten Möglichkeiten.
Nun sind zwei Szenarien möglich:
I. es wird beim Prüfvorgang entsprechend der Warnmeldung ein Fehler gefunden
II. es wird beim Prüfvorgang kein Fehler gefunden, d. h. (i) es liegen keine Oberflächenfehler vor oder (ii) es liegen zur Zeit noch keine Oberflächenfehler vor, weil die Ausbildung in der betrachteten Prozessstufe noch nicht stattgefunden hat. Beispielsweise liegen metallische Einschlüsse in Zeilenform unterhalb der Brammenoberfläche vor (bei geminderter Qualität hinsichtlich oberflächennaher Reinheitsgrade), welche durch nachfolgende Umformung beim Walzen stark gestreckt werden und aufreißen.
Die weiteren Schritte des Verfahrensablaufs für Szenario I sind dann: 3D/ Szenario I) bis 3E/ Szenario I): Diese Schritte erfolgen in Analogie zu den
Betriebsbeispielen 1 und 2, Punkt (1D) bis (1E) bzw. Punkt (2D) bis (2E)
Die weiteren Verfahrensschritte für Szenario II sind zunächst:
3D/ Szenario II) bis 3E/ Szenario II): Diese Schritte erfolgen in Analogie zu den
Betriebsbeispielen 1 und 2, Punkt (1D) bis (1E) bzw. Punkt (2D) bis (2E) für die aktuell betrachtete Prozessstufe. Weiterhin werden die Schritte unter Punkt (3A) bis (3C) für jede Prüfung an den Prüfstellen der jeweiligen nachfolgenden Produktionsstufe durchlaufen. Dabei liegt die Warnmeldung aus der vorgelagerten Prozessstufe (hier: die Stranggießanlage im Stahlwerk) vor und wird vom Condition Monitoring System entsprechend berücksichtigt. Im Fall (ii) von Szenario II) werden diese Schritte solange durchlaufen, bis in einer Prozessstufe (z. B. nach dem Kaltwalzen) ein Oberflächenfehler entsprechend der Warnmeldung (bei der Angabe des Fehlerorts wird die Längung des Bandes durch das Walzen berücksichtigt) vorliegt.
Nach dem erstmaligen Auffinden des Oberflächendefekts entsprechend der Warnmeldung gibt es nach dem Verfahren folgende Rückkopplung (ähnliche den Schritt unter Punkt (1D) bzw. (2D) jedoch nun prozessstufenübergreifend (prozessstufen-übergreifende Rückkopplung).
Das erfindungsgemäße SystemA/erfahren führt die nachträgliche Prüfung historischer Daten von vorgelagerten Prozessstufen durch. In unserem Beispiel trat die Auffälligkeit „Servo-Ventile hängen“ (Oszilierzylinder, Kokillenoszillation) an 5 Brammen auf. Das System/Verfahren gibt aufgrund der verifizierten Prognose des Condition Monitoring Systems „Oberflächendefekt“ für die bereits gefertigte, auffällige Bramme, Handlungsempfehlungen für die noch nicht gefertigten Brammen. Diese könnte bspw. sein „Bramme mit Warnmeldung ...“ an der Stelle (Brammenmeter) auf Einschlüsse prüfen“. Hierzu würde eine Probenentnahme an der auffälligen Bramme erfolgen, welche mit unterschiedlichen Prüfverfahren, z. B. mittels Ultraschall oder Ätzverfahren (Baumann-Abzüge von Probescheiben) den inneren und oberflächennahen Reinheitsgrad ermitteln. Das bedeutet, aufgrund des erwarteten Fehlers wird für den Nachfolgeprozess „Walzen“ eine spezielle Eingangskontrolle eines Qualitätsmerkmals durchgeführt. Durch diese Feedbackschleife erreicht man sogar eine proaktive Qualitätskontrolle: bezogen auf den Nachfolgeprozess findet eine präventive Fehlererkennung bereits vor Beginn des Produktionsprozesses statt, die verhindern soll, dass in der Produktion fehlerhafte Bänder überhaupt erst hergestellt werden.
Des Weiteren kann eine nachträgliche Prüfung historischer Daten entsprechend den Schritten unter Punkt (1 E) bzw. (2E) erfolgen.
Weitere Beispiele für das Auffinden bzw. Vermeiden von Qualitätsfehlern bzw. ungewollte Abweichungen von Qualitätsmerkmalen mit Hilfe der Erfindung sind:
• Bereich Kaltwalzen: „Hitzekratzer“ (Oberflächenfehler) sowie die Erzeugung von ungeeigneter Oberflächenrauhigkeiten des Bandes (Oberflächenstruktur) beim Walzen beispielsweise durch die Überwachung des Zustands der Walzspaltschmierung (z.B. der Viskosität der Walzemulsion) und der Prozessgrößen (z.B. Walzkraft) ggf. kombiniert mit Vergleichen mit tribologischen Modellrechnungen · Bereich Strangguss: Zu große Badspiegelschwankungen können zum
Einspülen von Gießpulverschlacke führen, dies kann zu Nichtmetallischen Einschlüssen unter der Brammenoberfläche kommen. Die Folgen sind sogenannten Schalenfehlern auf dem Band, welche beim späteren Walzprozess auftreten. · Bereich Walzen von Langprodukten: Innenfehler (Längs- und Querrisse) von z. B. Rundmaterial wie Rohre, Stangen und Drähte können mittels der Erfindung in Kombination mit Wirbelstrom Prüfungen (Inline- oder Offline Prüfung) optimiert aufgefunden bzw. vermieden werden.
In den oben aufgeführten konkreten Betriebsbeispielen wurden bisher nur die Condition Monitoring Funktionen „Überwachung“ (Monitoring) und „Diagnose“ des Maschinen- und Prozesszustands betrachtet.
Wie bereits zuvor beschrieben, können in weiteren Ausführungsformen der Erfindung die Funktionen des Condition Monitoring Systems des oben beschriebenen Gesamtsystems erweitert werden (siehe Fig. 3). Die Prognose-Funktionalität eines Condition Monitoring Systems hinsichtlich eines Qualitätsfehlers bzw. Qualitätsmerkmals aufgrund des vorliegenden Maschinen- und Prozesszustands soll ebenfalls durch die Erfindung genutzt werden. Dazu soll nun die Condition Monitoring Funktionen „Prognose“ (Predictive) sowie „Handlungsempfehlungen“ (Prescriptive) des zu erwartenden Maschinenverschleißes aufgrund zukünftiger Produktionsereignisse (z. B. prognostizierter Abnutzungsgrad für die geplanten Produktionslose) mit einbezogen werden. Damit kann nun eine Prognose über bspw. qualitätsoptimalen, zustandsorientierten Austausch von Wechselteilen (z. B. Werkzeuge wie Arbeitswalzen) durchgeführt werden. Dabei ist ein Vergleich zwischen der zukünftig erreichbaren Produktqualität in Bezug zur geplanten Produktqualität möglich.
Nachfolgend mögliche Szenarien für die Online-Anwendung des erfindungsgemäßen Systems und Verfahren.
Unter den Randbedingungen:
• Phase „trainiertes System“: ein Zusammenhang zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage wurde erlernt.
• geplante Auftragsreihenfolge für die Produkte: Coil-Nr. N, Coil-Nr N+1 , etc.
• zur Zeit t = t* für Coil-Nr N, Bandmeter x* tritt erstmalig ein Überschreiter auf, es erfolgt eine Warnmeldung „Qualitätsfehler“ durch das System. ergeben sich für t > t* die Szenarien aus den möglichen Kombinationen nachfolgender Faktoren:
• Faktor A - „betroffenes Produkt“: Die Warnmeldung „Qualitätsfehler aufgrund des Maschinen-/ Prozesszustands“ betrifft: i. das aktuell hergestellte Walzprodukt (Coil-Nr. N) oder ii. das nachfolgende Walzprodukt (Coil-Nr. N+1)
• Faktor B - „Fehlerquelle des Qualitätsfehlers kann innerhalb der aktuellen Prozessstufe abgestellt werden“ i. ja ii. nein
• Faktor C - „Qualitätsfehler kann innerhalb der aktuellen Prozessstufe korrigiert werden“ i. ja nein Beispiele für die Anwendungsszenarien sind:
Szenario A(i) und B(i): Für das aktuelle hergestellte Walzprodukt (Coil-Nr. N) wird die Fehlerquelle beseitigt und damit der Qualitätsfehler (nach t > tkorr, mit tkorr = t* + entsprechendem Bandmeter x(t>tkorr) abgestellt. Mit dem erfindungsgemäßen SystemA/erfahren kann die Fehlerstrecke (Dc = x(t=tkorr) - x*) deutlich verkürzt werden, die verbleibende Fehlerstrecke wird dann rausgeschnitten. Bsp. Vorwarnung und bestätigte Rückmeldung von Dressiermarkierungen durch das Oberflächeninspektionssystem, mittels der Aktivierung einer automatischen Flochdruckreinigung an den Walzen können die entsprechenden Stellen gezielt gereinigt werden.
Szenario A(i) und C(i): Nach t > t* werden für das aktuell hergestellte Walzprodukt (Coil-Nr. N) neue Prozessparameter oder neue dynamische Führungsgrößenverläufe ermittelt, mit welchen der Qualitätsfehler abgestellt werden kann. Beispiele für Szenario A(ii) und C(i) (aktuellen Prozessstufe) sowie für Szenario A(ii) und C(ii) (prozessstufenübergreifende Anwendungen) betreffen die Ebene der Produktionsplanung und der Prozessführung. So kann bspw. die Warnmeldung „Qualitätsfehler“ zu einer Überprüfung führen, ob die geplante Qualität mit den geplanten Prozessparametern erreicht werden kann. Erfolgt die Vorhersage: geplante Produktion (z. B. eine Gießsequenz mit rißanfälligen Güten) ist mit dem aktuellen Maschinenzustand (z. B. fehlerhaftem Segment 7) ist nicht möglich bzw. die geplante Qualität kann nicht erreicht werden mit den geplanten Prozessparametern (Gießgeschw., Spritzplan, ...), können folgende Maßnahmen aufgrund des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens frühzeitig vorgeschlagen werden:
Variante A: Absenden eines Frühwarnsignals: „die Produktionspläne müssen geändert werden“, z. B. im Level 3 (Produktionsplanung)
Variante B: Optimierung (Neuberechnung der Prozessparameter), z. B. im Level 2 (Prozessführung), mit der Ziel “wie kann trotzdem die Qualität erreicht werden?“. Dabei kann ebenfalls der Prognosefehler (mit 80 %iger Wahrscheinlichkeit, mit 90 %iger, Wahrscheinlichkeit, etc.) angegeben werden sowie die Angabe „zu welchen Betriebskosten“ erfolgen. Ein Absenken der Gießgeschwindigkeit führt z. B. zu einer Senkung der Produktionsleistung, mittels der Verbindung mit einem Kostenmodul kann die angegebene Optimierungsmaßnahme auch betriebswirtschaftlich bewertet werden.
Variante C: mit welcher Qualitätsabstufung kann mit dem geplanten Produktionsplan produziert werden.
Diese Varianten sind in Fig. 3 zusammenfassend dargestellt.
Beispiele zur Beseitigung der Fehlerquelle des Qualitätsfehlers:
Im Fall von Ratterschwingungen beim Walzen: dem Leitstand wird die Fehlermeldung (= nun verifizierte Warnmeldung) mitgeteilt, sowie die Fehlerursache. ggf. gibt es eine entsprechende Regelung zum Ausgleich des entdeckten Qualitätsdefekts, z.B. Regelung für das Schwingungsproblem 3te Oktav Chatter Vibration (Ratterschwingung mit einer harmonischen Schwingung dritter Ordnung) ansonsten Maßnahmevorschlag: Empfehlung - Änderung von Prozessparametern (z. B. Absenken der Walzgeschwindigkeit, Abbremsen) um den Qualitätsfehler bei dem aktuellen Maschinen- /Prozesszustand abzustellen.
Aufgrund der Kenntnisse über Qualitätsfehler und/oder Schädigungsgrad von Bauteilen (Gelenkwellen, etc.), kann des Weiteren die Beanspruchung der Bauteile durch die geplante Prozessführung entsprechend optimiert angepasst werden, in dem nun unzulässige Betriebszuständen vermieden werden. Beispielsweise durch eine Nivellierung der Stichpläne können die Spitzenbelastungen bei den ersten Stichen soweit abgesenkt werden (Reduzierung der Bauteilbeanspruchung), um den vorliegenden Schädigungsgrad nicht zur erhöhen und die Lebensdauer derart zu verlängern, dass ein nicht geplanter Anlagenstillstand vermieden wird Beispiele zur Beseitigung des Qualitätsfehlers:
Nach Feststellung eines, mit dem trainierten CM-System prognostizierten Qualitätsfehlers werden die Prozessparameter derart geändert, dass die Qualitätsabweichungen korrigiert werden können. Beispielsweise wird mit dem Condition Monitoring System eine reduzierte Düsenleistung innerhalb einer Heiz- oder Kühlstrecke entdeckt, welche eine Abweichung der Sollwerte verursacht und zu Qualitätsabweichungen führt. Innerhalb der Prozessführung oder einer Regelung würde nun die entsprechende Heiz- oder Kühlleistung verändert werden, um das gewünschte Qualitätsergebnis zu erreichen.
Bezugszeichenliste
1 System
2 Produktionsprozess
3 Produktionsanlage 4 Sensor
5 Produktionsüberwachungssystem (Condition Monitoring System)
6 Qualitätsprüfung
7 Qualitätsprüfungssystem
8 Recheneinrichtung 9 Automatisierungssystem
10 Prüfsystem
11 Messperson
12 Speichereinrichtung
13 Qualitätsmanagementsystem 14 Produktionsplanung/-steuerung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Optimierung eines Produktionsprozesses (2) in einer Produktionsanlage (3) der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen- Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen, umfassend die Schritte:
Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3),
Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkte, und
Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3),
Überwachen der Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) bei der zukünftigen Herstellung von Produkten und Vergleichen mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3), und
Anpassen der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) zukünftig hergestellten Produkte wenn der Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) eine hinreichende Übereinstimmung liefert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , weiterhin umfassend den Schritt:
Anpassen des Herstellungsverfahrens in der Produktionsanlage (3) zur Vermeidung von Zuständen mit Zustandsvariablen die einen Zusammenhang zu erfassten Produktfehlern aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiterhin umfassend den Schritt:
Instandhalten der Produktionsanlage (3) zur Vermeidung von Zuständen mit Zustandsvariablen die einen Zusammenhang zu erfassten Produktfehlern aufweisen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend den Schritt:
Verbessern eines Modells zur Vorgabe von Parametern für das Herstellungsverfahren in der Produktionsanlage (3) auf Basis der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend den Schritt: wobei das Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) einen oder mehrere der folgenden Parameter umfasst: Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Kräfte, Drehmomente, Beschädigungen, Vibrationen, Funktionsbeeinträchtigungen, Kühlleistung, Walzparameter, Geräte- und/oder Bauteilabnutzung, Verschmutzungen, Anhaftungen, oder dergleichen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) mittels geeigneter Sensoren (4), automatischer oder manueller Prüfverfahren (6), manueller Prüfungen durch einen Bediener (11), oder dergleichen erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkte einen oder mehrere der folgenden Fehlerparameter umfasst: Art des Fehlers, Ort des Fehlers, Größe des Fehlers, oder dergleichen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkte mittels Oberflächeninspektionen, chemischer Analysen, Probenentnahmen, Flandmessgeräten, Sichtprüfungen, Messeinrichtungen, Prüfeinrichtungen oder dergleichen erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Anpassen der Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) zukünftig hergestellten Produkte dadurch erfolgt, dass gezielt nach Produktfehlern gesucht wird, die im Zusammenhang stehen mit den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) bei der zukünftigen Fierstellung von Produkten.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) zukünftig hergestellten Produkte dadurch angepasst wird, dass die Erfassung auf bestimmte Fehlerparameter fokussiert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin umfassend die Schritte:
Speichern der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) über die Laufzeit der Produktionsanlage (3), und
Vergleichen der gespeicherten Zustandsvariablen mit einem neu erfassten Produktfehler zugeordneten Zustandsvariablen.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei neben den Zustandsvariablen weitere Informationen zu dem hergestellten Produkt gespeichert werden, wie Produkt-Identifikatoren, Produktempfänger, Lagerort, Lieferinformationen, geforderte Produktqualität, oder dergleichen.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, weiterhin umfassend den
Schritt:
Identifizieren eines bereits hergestellten Produkts wenn der Vergleich der gespeicherten Zustandsvariablen mit einem neu erfassten Produktfehler zugeordneten Zustandsvariablen einen oder mehrere Treffer geliefert hat.
14. Verfahren nach Anspruch 13, umfassend den Schritt:
Überprüfen des bereits hergestellten Produkts auf den neu erfassten Produktfehler.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin umfassend den
Schritt:
Erfassen der Art und/oder von Produkteigenschaften des in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkts.
16. Verfahren nach Anspruch 15, umfassend den Schritt:
Berücksichtigen der erfassten Art und/oder Produkteigenschaften des in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkts bei der Ermittlung der Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Erfassung von Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) und die Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkte räumlich getrennt erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Ermittlung von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) zeitlich verzögert erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Produktion in der Produktionsanlage (3) in mehreren
Anlagenteilen erfolgt, wobei das erfindungsgemäße Verfahren in jedem Anlagenteil und/oder für die gesamte Produktionsanlage (3) ausgeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei mehrere Anlagenteile Informationen zu den erfassten und/oder ermittelten Daten untereinander und/oder mit einer zentralen
Datenverarbeitungseinrichtung (8) austauschen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, weiterhin umfassen den Schritt: Übermitteln der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten
Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) an ein Produktionsplanungssystem (14) der Produktionsanlage (3), ein Produktionssteuerungssystem (14) der Produktionsanlage (3) oder anderen Systemen der Produktionsanlage (3) die die ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten
Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) auswerten und/oder verwerten können.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, weiterhin umfassen den Schritt: Ausgeben einer Warnmeldung, eines Maßnahme-Vorschlags, einer Handlungsanweisung oder dergleichen an einen Bediener, ein Teilsystem der Produktionsanlage (3) oder eine Weiterverarbeitungseinrichtung bei Erfassen eines Produktfehlers.
23. Verfahren nach Anspruch 22, weiterhin umfassen den Schritt:
Anpassen der Weiterverarbeitung zur Einhaltung von Produktqualitäten nach der Weiterverarbeitung.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, weiterhin umfassen den Schritt:
Definieren von zulässigen Bereichen für die Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) und Ausgeben einer Warnmeldung wenn Zustandsvariablen außerhalb der definierten Bereiche erfasst werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die definierten zulässigen Bereiche angepasst werden, insbesondere kontinuierlich, auf Basis der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage.
26. System (1) zur Optimierung eines Produktionsprozesses (2) in einer Produktionsanlage (3) der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen- Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen, umfassend: Sensoren (4) zum Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) und/oder Schnittstelle zu einem Produktionsüberwachungssystem (5) der Produktionsanlage (3) zum Senden/Empfangen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3), Qualitätsprüfung (6) zum Erfassen von Produktfehlern der in der
Produktionsanlage (3) hergestellten Produkte und/oder Schnittstelle zu einem Qualitätsprüfungssystem (7) zum Empfangen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) hergestellten Produkte, und
Recheneinrichtung (8) zum Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der
Produktionsanlage (3),
Überwachen der Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) mittels der Sensoren (4) und/oder über die Schnittstelle zum Produktionsüberwachungssystem (5) bei der zukünftigen Herstellung von Produkten und Vergleichen mit den Zustandsvariablen der ermittelten
Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) mittels der Recheneinrichtung (8), und
Anpassen der Qualitätsprüfung (6) zur Erfassung von Produktfehlern der in der Produktionsanlage (3) zukünftig hergestellten Produkte wenn der
Vergleich der überwachten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) bei der zukünftigen Herstellung von Produkten mit den Zustandsvariablen der ermittelten Zusammenhänge zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage (3) eine hinreichende Übereinstimmung liefert.
27. System (1) nach Anspruch 26, wobei das System (1) ausgebildet ist zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 25.
28. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25 auszuführen, insbesondere umfassend Befehle, die bewirken, dass das System nach Anspruch 26 oder Anspruch 27 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25 ausführt.
EP20807677.8A 2019-11-14 2020-11-10 Verfahren und system zur ermittlung von zusammenhängen zwischen erfassten produktfehlern und erfassten zustandsvariablen einer produktionsanlage Pending EP4058858A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019217571 2019-11-14
DE102020210967.2A DE102020210967A1 (de) 2019-11-14 2020-08-31 Verfahren und System zur Optimierung eines Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen
PCT/EP2020/081555 WO2021094272A1 (de) 2019-11-14 2020-11-10 Verfahren und system zur ermittlung von zusammenhängen zwischen erfassten produktfehlern und erfassten zustandsvariablen einer produktionsanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4058858A1 true EP4058858A1 (de) 2022-09-21

Family

ID=75683935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20807677.8A Pending EP4058858A1 (de) 2019-11-14 2020-11-10 Verfahren und system zur ermittlung von zusammenhängen zwischen erfassten produktfehlern und erfassten zustandsvariablen einer produktionsanlage

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4058858A1 (de)
DE (1) DE102020210967A1 (de)
WO (1) WO2021094272A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117649152A (zh) * 2024-01-26 2024-03-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池制造的产品检测方法和设备

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022190798A (ja) * 2021-06-15 2022-12-27 トヨタ自動車株式会社 予測システム、予測方法及びプログラム
DE102021209333A1 (de) * 2021-08-25 2023-03-02 Sms Group Gmbh Verfahren zur Detektion von Oberflächendefekten an der Oberfläche von metallischen Erzeugnissen
EP4170441A1 (de) * 2021-10-21 2023-04-26 Tata Consultancy Services Limited Verfahren und system zur optimierung einer eisenherstellungsanlage
CN114154896B (zh) * 2021-12-09 2022-08-26 苏州捷布森智能科技有限公司 基于mes的智能工厂产品质量监控方法及系统
DE102022203934A1 (de) 2022-04-22 2023-10-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Diagnoseverfahren zum Erkennen eines Defekts an einem Werkzeug

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19930173A1 (de) * 1999-06-30 2001-01-04 Parsytec Comp Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur prozeßoptimierenden Einstellung von Parametern eines Produktionsprozesses
WO2002014967A2 (de) * 2000-08-17 2002-02-21 Teccon S.R.L. Verfahren zur durchführung eines automatisierten produktionsprozesses
DE10241746B8 (de) * 2002-09-10 2007-09-20 Haag, Günter, Prof.Dr. Verfahren zur zyklischen Qualitätsbewertung und Prozessüberwachung bei periodischen Produktionsprozessen
WO2013048274A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Method for verifying process parameters of a manufacturing process
JP2018116545A (ja) * 2017-01-19 2018-07-26 オムロン株式会社 予測モデル作成装置、生産設備監視システム、及び生産設備監視方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117649152A (zh) * 2024-01-26 2024-03-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池制造的产品检测方法和设备

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020210967A1 (de) 2021-05-20
WO2021094272A1 (de) 2021-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4058858A1 (de) Verfahren und system zur ermittlung von zusammenhängen zwischen erfassten produktfehlern und erfassten zustandsvariablen einer produktionsanlage
EP3358431A1 (de) Ganzheitliche planung von produktions- und/oder wartungsplänen
WO2001002840A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur prozessoptimierenden einstellung von parametern eines produktionsprozesses
EP3724119B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum überwachen eines zustands einer personentransportanlage durch verwenden eines digitalen doppelgängers
Thawkar et al. A reliability centred maintenance approach for assessing the impact of maintenance for availability improvement of carding machine
WO2017036615A1 (de) Verfahren zur computerunterstützten prognose zukünftiger betriebszustände von maschinenkomponenten
Traub et al. A framework illustrating decision-making in operator assistance systems and its application to a roll forming process
EP1488863B1 (de) System und Verfahren zur optimierenden Regelung der Dickenqualität in einem Walzprozess
EP1986795B2 (de) Verfahren zur unterdrückung des einflusses von walzenexzentrizitäten
DE112016007068B4 (de) Einrichtungszustands-schätzvorrichtung, einrichtungszustands-schätzverfahren und einrichtungszustands-beaufsichtigungssystem
CN116157214A (zh) 轧机的振动预测方法、轧机的异常振动判定方法、金属带的轧制方法及轧机的振动预测模型的生成方法
DE102016222223A1 (de) Anlage der Hütten-, Walzwerks-, Schmiede- oder Rohrindustrie sowie Verfahren zu deren Betrieb
EP4210898A1 (de) Verfahren zur zustandsüberwachung eines laserbearbeitungskopfes und laserbearbeitungssystem zum durchführen desselben
EP3823921B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum überwachen eines zustands einer personentransportanlage unter verwendung eines digitalen doppelgängers
WO2011029806A2 (de) Verfahren zum überwachen einer walze in einer anlage zum walzen von metall
EP2258492A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Walzguts mittels einer Walzstraße, Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Walzstraße, Walzanlage zur Herstellung von gewalztem Walzgut, Maschinenlesbarer Programmcode und Speichermedium
JPH049214A (ja) 圧延ラインの総合診断システム
EP4139065B1 (de) Verfahren zum betreiben einer metallbandbearbeitungsanlage sowie metallbandbearbeitungsanlage
DE102018213280A1 (de) Qualitätsoptimierter Zuschnitt von Metallbändern
Ohlert et al. Digitalization in hot and cold rolling mills
WO2011004454A1 (ja) 操業支援装置、操業支援方法及びプログラム
DE102014007381A1 (de) Verfahren zum Messen und Regeln der Ebenheit eines durch Bandwalzen erzeugten Bandes
JP2020119194A (ja) ドライブ応答監視装置
JP2934178B2 (ja) 熱間圧延における板厚精度予測方法
WO2019086160A1 (de) Verfahren zur zustandsüberwachung einer fertigungsanlage

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220614

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230707

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20231212