WO2016050599A1 - Method for determining the energy requirement of a production machine or of a production system comprising a plurality of production machines, and measuring device suitable for performing the method - Google Patents

Method for determining the energy requirement of a production machine or of a production system comprising a plurality of production machines, and measuring device suitable for performing the method Download PDF

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WO2016050599A1
WO2016050599A1 PCT/EP2015/071977 EP2015071977W WO2016050599A1 WO 2016050599 A1 WO2016050599 A1 WO 2016050599A1 EP 2015071977 W EP2015071977 W EP 2015071977W WO 2016050599 A1 WO2016050599 A1 WO 2016050599A1
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energy
production
computer
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measuring device
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Christian Mose
Nils Weinert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G05B2219/31414—Calculate amount of production energy, waste and toxic release

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the energy requirement of a production machine.
  • a measured load profile of the energy consumption of the production machine during a production process is used.
  • the production process is part of a production process.
  • This can be understood as a production process in a broader sense, any sub-process that is relevant for the production of a product.
  • the load profile is examined for characteristic patterns of specific energy consumption. This assumes that the energy intake (for example, electrical, thermal or pneumatic) has certain characteristics that can be recognized as a pattern.
  • the patterns correspond to a mathematical description of this energy curve to be found.
  • the found characteristic pattern is then defined as an energy block.
  • the energy blocks are described by the time course of the energy consumption E in a relevant time interval I of the sample. Within the energy block, in other words, the energy intake E can be represented as a function of time, the time limits being defined by the time interval I.
  • the method can also be used within a production system consisting of several production machines. Here, the production machines are examined individually.
  • the invention also relates to a measuring device with which an energy requirement of a production machine in the specified manner can be determined.
  • the measuring device has a measuring device with a measuring interface, with which a measuring connection to the respective production machine can be generated, whose energy consumption is to be measured.
  • the meter has a measured value output at which the measured energy requirement can be output as a load profile.
  • a measuring device of the above-mentioned type is used to identify with an algorithm different operating conditions such as run-up, warm-up, waiting state, processing state or shutdown after the respective energy needs of these process conditions has been determined.
  • the measured load profile After analyzing the measured load profile, it can be divided into individual sections, which are defined as energy blocks, based on characteristic patterns.
  • energy blocks Within a power block, there is then a typical operating state of the production machine under consideration, wherein the energy block contains a mathematical model of the known pattern of the temporal course of the energy absorption within a certain interval I.
  • the absorption behavior of the energy E within each block can be mathematically modeled, for example, with power series.
  • a specific sequence of operating states of a defined production task can be created by means of the energy blocks.
  • energy blocks that have already been created, so that the measurement of the Load profile for the relevant production task is not required. Rather, the anticipated energy demand for this production task can be predicted relatively accurately by means of the energy blocks.
  • the detection of different operating states of a production machine can therefore take place once.
  • the associated expense is justified by the fact that the energy blocks determined can be used for later product planning processes in order to be able to plan capacity for the required energy requirement and also to be able to determine aspects of the environmental compatibility of the relevant production process.
  • the object of the invention is to rationalize the process of Er-position of energy blocks, so that this process can be carried out even during ongoing production and the associated effort is reduced. Moreover, it is an object of the invention to propose a measuring device for carrying out the method given above, with the more efficient creation of energy blocks is possible even during production.
  • This object is achieved according to the invention with the method specified at the outset by using a computer having a first data interface and a second data interface.
  • the load profile which is determined automatically with the aid of a measuring device during the real production process, can then be forwarded to the computer via the first data interface.
  • control commands of the production machine are also automatically passed on to the second data interface during the real production process.
  • the time intervals I for delimiting the energy blocks with each other are then determined automatically taking into account the control commands by the computer.
  • the time course of the energy intake E within the relevant time intervals I in the energy blocks can then be automated taking into account the load profile by the computer as a characteristic pattern be determined.
  • the already mentioned mathematical description models for the load profile for example, by series development such as Taylor series or power series are used.
  • control commands in parallel to the measured load profile advantageously makes it possible to determine the time intervals I simply and, above all, reliably. Even if the measured load profile can not be unambiguously assigned to specific operating states, for example due to operating conditions with strongly similar load profiles, no interpretation is possible a user of the measuring device necessary when the control commands are evaluated. In this case, the meaning of the respective control command must be determined as well as the time when the control command was implemented recorded. If the control commands are transmitted in a language that can be read by the production machine, then it is necessary for the computer that is used in the method according to the invention to generate the energy blocks to be able to decode the control commands. Otherwise, it may be necessary to transform the control commands into a computer-readable language. Alternatively, the above object is also achieved by a
  • Method for determining the energy requirement of a production system consisting of several production machines.
  • the measuring device is connected to one of these production machines.
  • the method may be performed in the manner described above to determine energy blocks for that production machine.
  • the measuring device can be connected to another production machine of the production system. This makes it possible to create energy blocks of this machine. In this way, the entire production system can be described by energy blocks, so that even complex production tasks of this production system can be estimated in terms of the required energy requirements. If there is a if the production task was to be solved, it would be advantageous to search for a favorable route for the production. Synergy effects can be used to save energy.
  • Peak loads can also be avoided, for example, by ensuring that process steps with high energy requirements do not take place simultaneously or that the number of parallel processes is reduced overall.
  • degrees of freedom available for the production process must be taken into account. This knowledge can be derived from the requirement profile for the product as well as for certain process steps.
  • the measuring device By using the measuring device for a plurality of production machines, it is possible to advantageously keep the component expenditure for creating the energy blocks small.
  • energy blocks Once energy blocks have been created for all production machines of the production system, they can be stored in a database, for example, and are available for later assessments of new production processes.
  • the measuring device can continue to be used for quality assurance in order to randomly check the individual production machines at regular intervals. For example, the energy requirement may increase due to wear during the lifetime of a specific production machine, so that the energy blocks must be corrected.
  • new production processes can be added that were not previously represented by energy blocks. These can be analyzed in the current production and described by new energy blocks.
  • the following improvements apply both to the method for determining the energy demand of a production machine and in production systems, since the assessment of production systems is carried out in a modular manner by examining individual production machines.
  • the production process of the production product is automatically passed on to the second data interface.
  • the computer then automatically performs an assignment of the energy blocks to the associated production parameters.
  • the advantage of this supplement of the invention is that even product-dependent production parameters can be taken into account when creating energy blocks.
  • a product-related energy optimization is possible by evaluating the energy blocks.
  • the energy consumption in a lathe can be variably determined depending on product parameters, which diameter and which height has a component to be machined. From this, the required processing time can be derived.
  • a prediction can be made as to how a variation of the production parameters would affect energy consumption.
  • the data may be stored in a database and appropriately linked for new production tasks.
  • the energy blocks are automatically assigned by the computer taking into account the control commands operating conditions of the production machine, which have caused the associated characteristic pattern of specific energy consumption. This advantageously simplifies planning of the anticipated energy requirement in subsequent production processes, since the energy blocks can be easily found and retrieved by selecting the operating states associated with the production process to be evaluated. Also, certain operating states of the production machine can be assigned several energy blocks that differ from each other in certain production parameters. Advantageously, it can also be provided that it is detected in each case when assigning the energy blocks to operating states, whether the length of the time interval I of the associated pattern is fixed or variable. Fixed Time intervals are z. For example, in plant-typical operating states, which must be run through in all production processes.
  • variable time intervals I occur because these energy blocks are dependent on the processing time of the component in question. These can, as described above for the example of turned components, be different for each production task.
  • the assignment of variable time intervals I advantageously makes it possible for once stored energy blocks of such production steps to be easily scaled to subsequent production tasks.
  • either the length of the time interval of the energy block is automatically set to variable if the time profile of the energy consumption of the associated characteristic pattern is constant. If the time profile of the energy consumption of the associated pattern is not constant, the length of the time interval I of the energy block is set equal to the measured length of the time interval I. Behind this assignment hides the realization that the energy consumption of the production machine is usually constant during a manufacturing step. On the other hand, these manufacturing steps may take shorter or longer depending on the component to be machined. Therefore, the assumption of a variable time interval I is more realistic. On the other hand, there are operating states of the production machine, such as switching on, starting up or shutting down, which always have the same time requirement and are associated with non-constant patterns of energy absorption. Here, for example, linear ramps are traversed. The respective time required for these operating states can therefore be recorded as fixed time intervals I.
  • Another possibility for deciding whether a time interval I of an energy block is to be varied by the computer. is to be set is that automatically set the time interval to variable by the computer, taking into account the control commands, if the time triggering of at least one control command of the relevant energy block is dependent on an incoming event.
  • This event can, for. B. the completion of a particular production step in a particular component. In the already given example of a rotating part, this event could be the end of the turning process. This could have already been determined in advance for a specific production step.
  • Another possibility is that a significant change in the forces on the turning tool is a triggering event for the completion of a particular production step.
  • Another possibility is, for example, the evaluation of a CAD data set, as used for example for additive manufacturing methods. Control commands are derived from these, which can also mean the end of a specific production step.
  • the object is achieved with the measuring device mentioned in the introduction according to the invention in that on the one hand this measuring device has a measuring device with a measuring interface, with which a measuring connection to the production machine can be generated.
  • This measuring device is used in the method specified in the implementation of the required measurement.
  • the measuring device also has a measured value output at which the measured energy requirement can be output as a load profile.
  • the measuring device additionally includes a computer which is coupled to the measured value output via a first data interface.
  • a program is installed on the computer, during the course of which the process steps of the method according to the invention which have already been described in detail above are run through.
  • the measuring device and the computer a Form building unit.
  • the measuring device and the computer are mounted together in a housing.
  • the summary of the measuring device and the computer in a structural unit advantageously facilitates the handling of the measuring device when carrying out the method according to the invention.
  • the measuring device can be used successively on different production machines of a production system. It is particularly advantageous if the assembly can be placed for this purpose at suitable interfaces of the individual production machines.
  • the handling is particularly simple if the unit is protected by a common housing. In this case, it can be advantageously avoided that malfunctions or contact problems occur during the contacting between computer and measuring device.
  • the assembly in the environment of the production system is optimally protected against negative influences.
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention
  • FIGS. 2 to 4 show selected method steps of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a production system 11 which consists of two production machines 12, 12 '. These production machines 12, 12 'are intended to indicate by way of example that a production system consists of different components, all of which are required, for example, for the production of a specific product.
  • To control the production system 11 are there controls 13.
  • the controls 13 are connected via signal lines 14a to the production machines 12, 12 '.
  • a power supply 15 is provided which supplies the production machines 12, 12 'with electrical energy via supply lines 16.
  • a database 17 with production parameters for the product to be produced is provided.
  • the database 17 is connected via signal lines 14b to the controllers 13 for the
  • Production machines 12, 12 ' connected, so that the controllers via the signal lines 14a depending on the receiving via the signal lines 14b production parameters control commands to the production machines 12, 12' can conduct.
  • a measuring device 18 whose system boundaries are indicated by a dot-dash line is used.
  • the measuring device 18 has a computer 19 which is connected to a measuring device 21 via a first data interface 20.
  • the measuring device 21 has a measuring interface 22 only indicated in FIG. 1, with which the energy intake via the supply lines 16 can be measured.
  • the measured values are processed in the computer 19.
  • production parameters which contribute to the control of the production machines 12 are also supplied to the second interface 23 of the computer 19 via a signal line 14d.
  • the computer 19 can thus correlate the load profile of the machine 12 determined by means of the measuring device 21 in time with the control commands of the controller 13 and, in addition, also take into account production parameters from the database 17.
  • the computer runs a program that allows the creation of energy blocks (more on this in the following).
  • the calculated energy blocks can be sent via data lines 40 in a memory 25 stored or energy blocks stored there can be retrieved from the memory by the computer again.
  • the results found can be output via a display 26 connected to a data line 41.
  • the meter 18 may also be used in the production system 11 to generate energy blocks for another production machine 12. Dashed lines show how the measuring interface 22 is connected to another supply line 16. In the same way, a signal line 14e (also shown in dashed lines) must ensure that the control signals from the controller 13 of the production machine 12 'to be measured can be evaluated by the computer 19. Here, the already described second data interface 23 is used.
  • FIG. 2 shows a load profile 27 which results directly from the measuring signal which generates the measuring device 21 from FIG. It thus shows the power consumption of the production machine 12 as a function of time.
  • arrows indicate control commands 28, which are made available to the computer via the second data interface 23. The time sequence of these control commands 28 is also known.
  • the production machine is an apparatus for laser melting, with which components can be produced by means of an additive manufacturing process.
  • the control commands are designated by the letters a to h and contribute to the process flow in the production machine 12 as follows. a) System startup
  • control commands 28 are used to divide the load profile 27 into individual sections 29, since the evaluation of the control commands 28 defines unambiguous phases of the process sequence.
  • sections 29 certain patterns 30 of energy consumption can be identified, wherein FIG. 3 shows that certain patterns are repeated.
  • the patterns A to H with the following meanings.
  • FIG. 4 shows how a mathematical description of the energy consumption E of the production machine 12 results from the sections 29. This is derived directly from the patterns 30. This results in the energy blocks 1 to 6, resulting in the following relationship between the sections of Figure 3 and the energy blocks of Figure 4.
  • time intervals I are defined, which over the possible duration of the energy blocks Give information.
  • production parameters P are evaluated, which show which interval lengths had to be selected on the basis of product-specific requirements. These interval lengths are set to variable in the energy blocks 2, 3 and 5, so that these energy blocks can also be used for other products with different production parameters.
  • production planning by evaluating the production parameters, a probable interval length can then be taken into account for the application in question.
  • the variable interval lengths are indicated in Figure 4 with a dotted double arrow.
  • interval lengths that are fixed because they are machine specific. This includes, for example, the system start 1 or the production start 4 or the end of production 6 of the laser treatment. These intervals remain the same regardless of the product produced, so that the associated energy blocks can be assigned a fixed interval length for the time interval I.

Abstract

The invention relates to a method for determining the energy requirement of a production machine (12) or of a production system (11) that comprises a plurality of production machines (12, 12'). The invention further relates to a measuring device (18) for determining the energy requirement of production machines. According to the invention, not only does the measuring device (18) evaluate measured values of a measuring apparatus (21), but also control commands for the production machine (12) are evaluated in a computer (19), which control commands are delivered by a controller (13). In addition, production parameters can be transmitted from a database (17), which production parameters likewise are evaluated. In this way, an automated calculation of energy blocks can advantageously be performed, which energy blocks can be stored in a database (25). The energy blocks, which describe the energy draw of the production machine (12) in certain time intervals, are used to be able to reliably estimate the energy consumption of the production machine (12), wherein production planning is also made possible by means of the energy blocks. The automation of the creation of the energy blocks advantageously makes it possible to embed the method in the running production.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Ermitteln des Energiebedarfs einer Produktionsmaschine oder eines aus mehreren Produktionsmaschinen beste- henden Produktionssystems sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Messgerät Method for determining the energy requirement of a production machine or of a production system consisting of several production machines, as well as a measuring device suitable for carrying out the method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Energiebedarfs einer Produktionsmaschine. Bei diesem Verfahren wird ein gemessenes Lastprofil der Energieaufnahme der Produktionsmaschine während eines Produktionsablaufs zugrundegelegt. Als Produktionsablauf ist ein Teil eines Produktionsprozesses zu verstehen. Damit kann als Produktionsablauf im weiteren Sinne jeder Teilprozess verstanden werden, der für die Produktion eines Produkts relevant ist. Gemäß dem Verfahren wird das Lastprofil auf charakteristische Muster einer spezifischen Energieaufnahme untersucht. Dies setzt voraus, dass die Energieaufnahme (beispielsweise elektrisch, thermisch oder pneumatisch) bestimmte Charakteristika aufweist, die als Muster erkannt werden können. Die Muster entsprechen dann einer aufzufindenden mathematischen Beschreibung dieses Energieverlaufs. Das aufgefundene charakteristische Muster wird anschließend als Energieblock definiert. Die Energieblöcke werden dabei durch den zeitlichen Verlauf der Energieauf- nähme E in einem betreffenden Zeitintervall I des Musters beschrieben. Innerhalb des Energieblocks lässt sich die Energieaufnahme E mit anderen Worten als Funktion der Zeit darstellen, wobei die zeitlichen Grenzen durch das Zeitintervall I definiert werden. Das Muster selbst stellt dabei eine Funk- tion f (t) = E dar. The invention relates to a method for determining the energy requirement of a production machine. In this method, a measured load profile of the energy consumption of the production machine during a production process is used. The production process is part of a production process. This can be understood as a production process in a broader sense, any sub-process that is relevant for the production of a product. According to the method, the load profile is examined for characteristic patterns of specific energy consumption. This assumes that the energy intake (for example, electrical, thermal or pneumatic) has certain characteristics that can be recognized as a pattern. The patterns then correspond to a mathematical description of this energy curve to be found. The found characteristic pattern is then defined as an energy block. The energy blocks are described by the time course of the energy consumption E in a relevant time interval I of the sample. Within the energy block, in other words, the energy intake E can be represented as a function of time, the time limits being defined by the time interval I. The pattern itself represents a function f (t) = E.
Das Verfahren kann innerhalb eines Produktionssystems, welches aus mehreren Produktionsmaschinen besteht, ebenfalls angewendet werden. Hierbei werden die Produktionsmaschinen ein- zeln betrachtet. The method can also be used within a production system consisting of several production machines. Here, the production machines are examined individually.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf ein Messgerät, mit dem ein Energiebedarf einer Produktionsmaschine in der angegebenen Weise ermittelt werden kann. Hierfür weist das Messgerät eine Messvorrichtung mit einer Messschnittstelle auf, mit der eine MessVerbindung zu der jeweiligen Produktionsmaschine erzeugbar ist, deren Energieaufnahme gemessen werden soll. Außerdem weist das Messgerät einen Messwertausgang auf, an dem der gemessene Energiebedarf als Lastprofil ausgebbar ist. Furthermore, the invention also relates to a measuring device with which an energy requirement of a production machine in the specified manner can be determined. For this purpose, the measuring device has a measuring device with a measuring interface, with which a measuring connection to the respective production machine can be generated, whose energy consumption is to be measured. In addition, the meter has a measured value output at which the measured energy requirement can be output as a load profile.
Das eingangs angegebene Verfahren sowie die Messgeräte, die bei dem genannten Verfahren zum Einsatz kommen können, sind beispielsweise aus einer Dissertation von N. Weinert, „Vorgehensweise für Planung und Betrieb energieeffizienter Produktionssysteme", Technische Universität Berlin, 2010 und aus C. Mose, N. Weinert, „Evaluation of Process Chains for an Over- all Optimization of Manufacturing Energy, Efficiency", The method mentioned above and the measuring devices that can be used in the mentioned method are, for example, from a dissertation by N. Weinert, "Approach for planning and operation of energy-efficient production systems", Technical University of Berlin, 2010 and C. Mose, N Weinert, "Evaluation of Process Chains for an Over-Optimization of Manufacturing Energy, Efficiency",
Advances in Sustainable and Competitive Manufacturing Systems, Lecture Notes in Mechanical Engineering Springer International Publishing, 2013, Seiten 1639 - 1651 bekannt. Danach wird eine Messeinrichtung der oben angegebenen Art verwendet, um mit einem Algorithmus unterschiedliche Betriebszustände wie Hochlaufen, Warmlaufen, Wartezustand, Bearbeitungszustand oder Abschaltvorgang zu identifizieren, nachdem der jeweilige Energiebedarf dieser Prozesszustände ermittelt wurde. Nach Analyse des gemessenen Lastprofils lässt sich dieses aufgrund charakteristischer Muster in einzelne Abschnitte teilen, die als Energieblöcke definiert werden. Innerhalb eines Energieblocks liegt dann ein typischer Betriebszustand der betrachteten Produktionsmaschine vor, wobei der Energieblock ein mathematisches Modell des bekannten Musters des zeitlichen Ver- laufs der Energieaufnahme innerhalb eines bestimmten Intervalls I enthält. Das Aufnahmeverhalten der Energie E innerhalb jedes Blocks kann mathematisch beispielsweise mit Potenzreihen modelliert werden. Anschließend kann mittels der Energieblöcke eine spezifische Abfolge von Betriebszuständen einer definierten Produktionsaufgabe erstellt werden. Hierbei kann auf bereits erstellte Energieblöcke zurückgegriffen werden, so dass die Messung des Lastprofils für die betreffende Produktionsaufgabe nicht erforderlich ist. Vielmehr kann der voraussichtliche Energiebedarf für diese Produktionsaufgabe mittels der Energieblöcke relativ genau vorausgesagt werden. Die Erfassung unterschied- licher Betriebszustände einer Produktionsmaschine kann daher einmalig erfolgen. Der hiermit verbundene Aufwand ist dadurch gerechtfertigt, dass für spätere Produktplanungsprozesse die ermittelten Energieblöcke verwendet werden können, um einerseits eine Kapazitätsplanung für den erforderlichen Energie- bedarf machen zu können und andererseits Aspekte der Umweltverträglichkeit des betreffenden Produktionsprozesses ermitteln zu können. Advances in Sustainable and Competitive Manufacturing Systems, Lecture Notes in Mechanical Engineering Springer International Publishing, 2013, pages 1639-1651. Thereafter, a measuring device of the above-mentioned type is used to identify with an algorithm different operating conditions such as run-up, warm-up, waiting state, processing state or shutdown after the respective energy needs of these process conditions has been determined. After analyzing the measured load profile, it can be divided into individual sections, which are defined as energy blocks, based on characteristic patterns. Within a power block, there is then a typical operating state of the production machine under consideration, wherein the energy block contains a mathematical model of the known pattern of the temporal course of the energy absorption within a certain interval I. The absorption behavior of the energy E within each block can be mathematically modeled, for example, with power series. Subsequently, a specific sequence of operating states of a defined production task can be created by means of the energy blocks. In this case, it is possible to resort to energy blocks that have already been created, so that the measurement of the Load profile for the relevant production task is not required. Rather, the anticipated energy demand for this production task can be predicted relatively accurately by means of the energy blocks. The detection of different operating states of a production machine can therefore take place once. The associated expense is justified by the fact that the energy blocks determined can be used for later product planning processes in order to be able to plan capacity for the required energy requirement and also to be able to determine aspects of the environmental compatibility of the relevant production process.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, den Vorgang der Er- Stellung von Energieblöcken zu rationalisieren, damit dieser Vorgang auch bei laufender Produktion durchgeführt werden kann und der damit verbundene Aufwand verringert wird. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Messgerät zur Durchführung des eingangs angegebenen Verfahrens vorzuschlagen, mit dem eine effizientere Erstellung von Energieblöcken auch bei laufender Produktion möglich ist. The object of the invention is to rationalize the process of Er-position of energy blocks, so that this process can be carried out even during ongoing production and the associated effort is reduced. Moreover, it is an object of the invention to propose a measuring device for carrying out the method given above, with the more efficient creation of energy blocks is possible even during production.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Rechner mit einer ers- ten Datenschnittstelle und einer zweiten Datenschnittstelle verwendet wird. Das Lastprofil, das mit Hilfe einer Messvorrichtung während des realen Produktionsablaufs automatisiert ermittelt wird, kann dann über die erste Datenschnittstelle an den Rechner weitergegeben werden. Erfindungsgemäß werden außerdem Steuerbefehle der Produktionsmaschine während des realen Produktionsablaufs automatisiert an die zweite Datenschnittstelle weitergegeben. Die Zeitintervalle I zur Abgrenzung der Energieblöcke untereinander werden dann unter Berücksichtigung der Steuerbefehle automatisiert durch den Rechner festgelegt. Der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme E innerhalb der betreffenden Zeitintervalle I in den Energieblöcken kann dann unter Berücksichtigung des Lastprofils automatisiert durch den Rechner als charakteristisches Muster bestimmt werden. Hierbei kommen die bereits angegebenen mathematischen Beschreibungsmodelle für das Lastprofil (beispielsweise durch Reihenentwicklung wie Taylorreihen oder Potenzreihen) zum Einsatz . This object is achieved according to the invention with the method specified at the outset by using a computer having a first data interface and a second data interface. The load profile, which is determined automatically with the aid of a measuring device during the real production process, can then be forwarded to the computer via the first data interface. According to the invention, control commands of the production machine are also automatically passed on to the second data interface during the real production process. The time intervals I for delimiting the energy blocks with each other are then determined automatically taking into account the control commands by the computer. The time course of the energy intake E within the relevant time intervals I in the energy blocks can then be automated taking into account the load profile by the computer as a characteristic pattern be determined. Here are the already mentioned mathematical description models for the load profile (for example, by series development such as Taylor series or power series) are used.
Die Auswertung der Steuerbefehle parallel zum gemessenen Lastprofil ermöglicht vorteilhaft eine einfache und vor allem zuverlässige Ermittlung der Zeitintervalle I. Selbst wenn das gemessene Lastprofil sich beispielsweise aufgrund von Be- triebszuständen mit sich stark ähnelnden Lastprofilen nicht eindeutig bestimmten Betriebszuständen zugeordnet werden kann, ist keine Interpretation durch einen Benutzer der Messvorrichtung notwendig, wenn die Steuerbefehle ausgewertet werden. Hierbei ist sowohl die Bedeutung des jeweiligen Steu- erbefehls zu ermitteln wie auch der Zeitpunkt, wann der Steuerbefehl umgesetzt wurde, aufzuzeichnen. Werden die Steuerbefehle in einer für die Produktionsmaschine lesbaren Sprache übergeben, so ist es erforderlich, dass auch der Rechner, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Erstellung der Energieblöcke zum Einsatz kommt, die Steuerbefehle entschlüsseln kann. Ansonsten ist eventuell eine Transformation der Steuerbefehle in eine für den Rechner lesbaren Sprache erforderlich . Alternativ wird die oben angegebene Aufgabe auch durch einThe evaluation of the control commands in parallel to the measured load profile advantageously makes it possible to determine the time intervals I simply and, above all, reliably. Even if the measured load profile can not be unambiguously assigned to specific operating states, for example due to operating conditions with strongly similar load profiles, no interpretation is possible a user of the measuring device necessary when the control commands are evaluated. In this case, the meaning of the respective control command must be determined as well as the time when the control command was implemented recorded. If the control commands are transmitted in a language that can be read by the production machine, then it is necessary for the computer that is used in the method according to the invention to generate the energy blocks to be able to decode the control commands. Otherwise, it may be necessary to transform the control commands into a computer-readable language. Alternatively, the above object is also achieved by a
Verfahren zum Ermitteln des Energiebedarfs eines aus mehreren Produktionsmaschinen bestehenden Produktionssystems gelöst. Hierbei ist die Messvorrichtung an eine dieser Produktionsmaschinen angeschlossen. Das Verfahren kann in der oben be- schriebenen Weise durchgeführt werden, um Energieblöcke für diese Produktionsmaschine zu bestimmen. Anschließend kann die Messvorrichtung an eine andere Produktionsmaschine des Produktionssystems angeschlossen werden. Hiermit wird die Erstellung von Energieblöcken dieser Maschine möglich. Auf die- sem Wege kann das ganze Produktionssystem durch Energieblöcke beschrieben werden, so dass auch komplexe Produktionsaufgaben dieses Produktionssystems hinsichtlich des erforderlichen Energiebedarfs eingeschätzt werden können. Steht eine be- stimmte Produktionsaufgabe zur Lösung an, kann vorteilhaft nach einem günstigen Weg für die Produktion gesucht werden. Hierbei können Synergieeffekte genutzt werden, um Energie zu sparen. Auch Spitzenlasten können beispielsweise dadurch ver- mieden werden, dass Prozessschritte mit hohem Energiebedarf nicht gleichzeitig stattfinden oder die Anzahl parallel ablaufender Prozesse insgesamt verringert wird. Hierbei sind die für den Produktionsprozess vorhandenen Freiheitsgrade zu berücksichtigen. Dieses Wissen lässt sich aus dem Anforde- rungsprofil für das Produkt sowie für bestimmte Verfahrensschritte ableiten. Method for determining the energy requirement of a production system consisting of several production machines. Here, the measuring device is connected to one of these production machines. The method may be performed in the manner described above to determine energy blocks for that production machine. Subsequently, the measuring device can be connected to another production machine of the production system. This makes it possible to create energy blocks of this machine. In this way, the entire production system can be described by energy blocks, so that even complex production tasks of this production system can be estimated in terms of the required energy requirements. If there is a if the production task was to be solved, it would be advantageous to search for a favorable route for the production. Synergy effects can be used to save energy. Peak loads can also be avoided, for example, by ensuring that process steps with high energy requirements do not take place simultaneously or that the number of parallel processes is reduced overall. Here, the degrees of freedom available for the production process must be taken into account. This knowledge can be derived from the requirement profile for the product as well as for certain process steps.
Durch Verwendung der Messvorrichtung für mehrere Produktions- maschinen kann der Komponentenaufwand zum Erstellen der Ener- gieblöcke vorteilhaft klein gehalten werden. Nachdem Energieblöcke einmalig für alle Produktionsmaschinen des Produktionssystems erstellt wurden, können diese beispielsweise in einer Datenbank abgelegt werden und stehen für spätere Beurteilungen von neuen Produktionsprozessen zur Verfügung. Die Messvorrichtung kann jedoch zur Qualitätssicherung weiter zum Einsatz kommen, um stichprobenartig die einzelnen Produktionsmaschinen in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. Beispielsweise kann der Energiebedarf verschleißbedingt während der Lebensdauer einer bestimmten Produktionsmaschine anwach- sen, so dass die Energieblöcke korrigiert werden müssen. Auch können neue Produktionsprozesse hinzukommen, die bisher nicht durch Energieblöcke abgebildet waren. Diese können in der laufenden Fertigung analysiert und durch neue Energieblöcke beschrieben werden. By using the measuring device for a plurality of production machines, it is possible to advantageously keep the component expenditure for creating the energy blocks small. Once energy blocks have been created for all production machines of the production system, they can be stored in a database, for example, and are available for later assessments of new production processes. However, the measuring device can continue to be used for quality assurance in order to randomly check the individual production machines at regular intervals. For example, the energy requirement may increase due to wear during the lifetime of a specific production machine, so that the energy blocks must be corrected. Also, new production processes can be added that were not previously represented by energy blocks. These can be analyzed in the current production and described by new energy blocks.
Die folgenden Verbesserungen gelten sowohl für das Verfahren zum Ermitteln des Energiebedarfs einer Produktionsmaschine wie auch in Produktionssystemen, da die Beurteilung von Produktionssystemen modular durch Untersuchung jeweils einzelner Produktionsmaschinen erfolgt. The following improvements apply both to the method for determining the energy demand of a production machine and in production systems, since the assessment of production systems is carried out in a modular manner by examining individual production machines.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auch Produktionsparameter des im realen Pro- duktionsablauf in Herstellung befindlichen Produkts automatisiert an die zweite Datenschnittstelle weitergegeben werden. Der Rechner nimmt dann automatisiert eine Zuordnung der Energieblöcke zu den zugehörigen Produktionsparametern vor. Der Vorteil dieser Ergänzung der Erfindung liegt darin, dass auch produktabhängige Produktionsparameter bei der Erstellung von Energieblöcken berücksichtigt werden können. Hierdurch ist eine produktbezogene Energieoptimierung unter Auswertung der Energieblöcke möglich. Beispielsweise kann der Energiever- brauch bei einer Drehbank variabel abhängig von Produktparametern dadurch bestimmt sein, welchen Durchmesser und welche Höhe ein zu bearbeitendes Bauteil hat. Hiervon kann die erforderliche Bearbeitungszeit abgeleitet werden. Damit kann eine Vorhersage getroffen werden, wie eine Variation der Pro- duktionsparameter sich auf den Energieverbrauch auswirken würde. Die Daten können beispielsweise in einer Datenbank abgelegt und für neue Produktionsaufgaben in geeigneter Weise verknüpft werden. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energieblöcke durch den Rechner automatisiert unter Berücksichtigung der Steuerbefehle Betriebszuständen der Produktionsmaschine zugeordnet werden, die das zugehörige charakteristische Muster der spezifischen Energieaufnahme verursacht haben. Dies vereinfacht vorteilhaft bei nachfolgenden Produktionsprozessen eine Planung des voraussichtlichen Energiebedarfs, da die Energieblöcke durch Auswahl der mit dem zu bewertenden Produktionsprozess verbundenen Be- triebszustände einfach aufgefunden und abgerufen werden kön- nen. Auch können bestimmten Betriebszuständen der Produkti- onsmaschine mehrere Energieblöcke zugeordnet werden, die sich in bestimmten Produktionsparametern voneinander unterscheiden . Vorteilhaft kann auch vorgesehen werden, dass bei der Zuordnung der Energieblöcke zu Betriebszuständen jeweils erfasst wird, ob die Länge des Zeitintervalls I des zugehörigen Musters fest vorgegeben oder variabel ist. Fest vorgegebene Zeitintervalle liegen z. B. bei anlagentypischen Betriebszu- ständen vor, die bei allen Produktionsprozessen durchlaufen werden müssen. Beispiele hierfür sind das Hochfahren einer Produktionsmaschine oder das Herunterfahren derselben. Bei den eigentlichen Produktionsschritten der Produktionsmaschine treten normalerweise variable Zeitintervalle I auf, weil diese Energieblöcke von der Bearbeitungszeit des betreffenden Bauteils abhängig sind. Diese können, wie oben bereits für das Beispiel von gedrehten Bauteilen beschrieben, bei jeder Produktionsaufgabe unterschiedlich ausfallen. Die Zuordnung von variablen Zeitintervallen I ermöglicht es vorteilhaft, dass einmal abgespeicherte Energieblöcke solcher Produktionsschritte leicht auf nachfolgende Produktionsaufgaben skaliert werden können. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that also production parameters of the The production process of the production product is automatically passed on to the second data interface. The computer then automatically performs an assignment of the energy blocks to the associated production parameters. The advantage of this supplement of the invention is that even product-dependent production parameters can be taken into account when creating energy blocks. As a result, a product-related energy optimization is possible by evaluating the energy blocks. For example, the energy consumption in a lathe can be variably determined depending on product parameters, which diameter and which height has a component to be machined. From this, the required processing time can be derived. Thus, a prediction can be made as to how a variation of the production parameters would affect energy consumption. For example, the data may be stored in a database and appropriately linked for new production tasks. According to another embodiment of the invention, it is provided that the energy blocks are automatically assigned by the computer taking into account the control commands operating conditions of the production machine, which have caused the associated characteristic pattern of specific energy consumption. This advantageously simplifies planning of the anticipated energy requirement in subsequent production processes, since the energy blocks can be easily found and retrieved by selecting the operating states associated with the production process to be evaluated. Also, certain operating states of the production machine can be assigned several energy blocks that differ from each other in certain production parameters. Advantageously, it can also be provided that it is detected in each case when assigning the energy blocks to operating states, whether the length of the time interval I of the associated pattern is fixed or variable. Fixed Time intervals are z. For example, in plant-typical operating states, which must be run through in all production processes. Examples include booting up or shutting down a production machine. In the actual production steps of the production machine usually variable time intervals I occur because these energy blocks are dependent on the processing time of the component in question. These can, as described above for the example of turned components, be different for each production task. The assignment of variable time intervals I advantageously makes it possible for once stored energy blocks of such production steps to be easily scaled to subsequent production tasks.
Vorteilhaft kann auch vorgesehen werden, dass automatisiert entweder die Länge des Zeitintervalls des Energieblocks auf variabel gesetzt wird, wenn der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme des zugehörigen charakteristischen Musters kon- stant ist. Wenn der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme des zugehörigen Musters nicht konstant ist, wird die Länge des Zeitintervalls I des Energieblocks gleich der gemessenen Länge des Zeitintervalls I gesetzt. Hinter dieser Zuordnung verbirgt sich die Erkenntnis, dass die Energieaufnahme der Pro- duktionsmaschine während eines Fertigungsschritts gewöhnlich konstant ist. Andererseits können diese Fertigungsschritte abhängig vom zu bearbeitenden Bauteil kürzer oder länger andauern. Daher ist die Annahme eines variablen Zeitintervalls I realistischer. Andererseits gibt es Betriebszustände der Produktionsmaschine , wie Einschalten, Hochfahren oder Herunterfahren, die immer den gleichen Zeitbedarf aufweisen und mit nichtkonstanten Mustern der Energieaufnahme einhergehen. Hier werden beispielsweise lineare Rampen abgefahren. Die jeweils benötigte Zeit für diese Betriebszustände können daher als feste Zeitintervalle I erfasst werden. Advantageously, it can also be provided that either the length of the time interval of the energy block is automatically set to variable if the time profile of the energy consumption of the associated characteristic pattern is constant. If the time profile of the energy consumption of the associated pattern is not constant, the length of the time interval I of the energy block is set equal to the measured length of the time interval I. Behind this assignment hides the realization that the energy consumption of the production machine is usually constant during a manufacturing step. On the other hand, these manufacturing steps may take shorter or longer depending on the component to be machined. Therefore, the assumption of a variable time interval I is more realistic. On the other hand, there are operating states of the production machine, such as switching on, starting up or shutting down, which always have the same time requirement and are associated with non-constant patterns of energy absorption. Here, for example, linear ramps are traversed. The respective time required for these operating states can therefore be recorded as fixed time intervals I.
Eine weitere Möglichkeit zur Entscheidung, ob ein Zeitintervall I eines Energieblocks durch den Rechner auf variabel ge- setzt werden soll, besteht darin, dass durch den Rechner unter Berücksichtigung der Steuerbefehle automatisiert das Zeitintervall auf variabel gesetzt wird, wenn das zeitliche Auslösen mindestens eines Steuerbefehls des betreffenden Energieblocks von einem eintretenden Ereignis abhängig ist. Dieses Ereignis kann z. B. das Abschließen eines bestimmten Produktionsschritts bei einem bestimmten Bauteil sein. Bei dem bereits angegebenen Beispiel eines Drehteils könnte dieses Ereignis das Ende der Drehbearbeitung sein. Dieses könnte im Vorfeld für einen bestimmten Produktionsschritt bereits festgelegt worden sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass eine signifikante Veränderung der Kräfte am Drehmeißel als auslösendes Ereignis für den Abschluss eines bestimmten Produktionsschritts steht. Eine andere Möglichkeit besteht beispielsweise in der Auswertung eines CAD- Datensatzes, wie dieser beispielsweise für Additive Manufac- turing Methoden zum Einsatz kommt. Aus diesen werden Steuerbefehle abgeleitet, die auch das Ende eines bestimmten Produktionsschritts bedeuten können. Another possibility for deciding whether a time interval I of an energy block is to be varied by the computer. is to be set, is that automatically set the time interval to variable by the computer, taking into account the control commands, if the time triggering of at least one control command of the relevant energy block is dependent on an incoming event. This event can, for. B. the completion of a particular production step in a particular component. In the already given example of a rotating part, this event could be the end of the turning process. This could have already been determined in advance for a specific production step. Another possibility is that a significant change in the forces on the turning tool is a triggering event for the completion of a particular production step. Another possibility is, for example, the evaluation of a CAD data set, as used for example for additive manufacturing methods. Control commands are derived from these, which can also mean the end of a specific production step.
Weiterhin wird die Aufgabe mit dem eingangs angegebenen Messgerät erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dieses Messgerät einerseits eine Messvorrichtung mit einer Messschnittstelle aufweist, mit der eine MessVerbindung zu der Produktionsma- schine erzeugbar ist. Diese Messvorrichtung kommt bei dem eingangs angegebenen Verfahren bei der Durchführung der erforderlichen Messung zum Einsatz. Die Messvorrichtung weist außerdem einen Messwertausgang auf, an dem der gemessene Energiebedarf als Lastprofil ausgebbar ist. Erfindungsgemäß gehört zu dem Messgerät außerdem ein Rechner, der über eine erste Datenschnittstelle mit dem Messwertausgang gekoppelt ist. Auf dem Rechner ist ein Programm installiert, bei dessen Ablauf die oben bereits ausführlich beschriebenen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen werden. Hiermit werden die bereits erläuterten Vorteile erreicht. Furthermore, the object is achieved with the measuring device mentioned in the introduction according to the invention in that on the one hand this measuring device has a measuring device with a measuring interface, with which a measuring connection to the production machine can be generated. This measuring device is used in the method specified in the implementation of the required measurement. The measuring device also has a measured value output at which the measured energy requirement can be output as a load profile. According to the invention, the measuring device additionally includes a computer which is coupled to the measured value output via a first data interface. A program is installed on the computer, during the course of which the process steps of the method according to the invention which have already been described in detail above are run through. Hereby, the already explained advantages are achieved.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Messgeräts ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung und der Rechner eine Baueinheit bilden. Insbesondere sind die Messvorrichtung und der Rechner gemeinsam in einem Gehäuse montiert. Die Zusammenfassung der Messvorrichtung und des Rechners in einer Baueinheit erleichtert vorteilhaft die Handhabung des Messgeräts bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie bereits erläutert wurde, ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung nacheinander an unterschiedlichen Produktionsmaschi - nen eines Produktionssystems zum Einsatz kommen kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Baueinheit zu diesem Zweck an geeigneten Schnittstellen der einzelnen Produktionsmaschinen platziert werden kann. Die Handhabung ist dabei besonders einfach, wenn die Baueinheit durch ein gemeinsames Gehäuse geschützt wird. Hierbei kann vorteilhaft vermieden werden, dass es bei der Kontaktierung zwischen Rechner und Messvorrichtung zu Fehlschaltungen oder Kontaktproblemen kommt. Außerdem ist die Baueinheit in der Umgebung des Produktionssystems optimal vor negativen Einflüssen geschützt. According to an advantageous embodiment of the measuring device is provided that the measuring device and the computer a Form building unit. In particular, the measuring device and the computer are mounted together in a housing. The summary of the measuring device and the computer in a structural unit advantageously facilitates the handling of the measuring device when carrying out the method according to the invention. As already explained, it is provided that the measuring device can be used successively on different production machines of a production system. It is particularly advantageous if the assembly can be placed for this purpose at suitable interfaces of the individual production machines. The handling is particularly simple if the unit is protected by a common housing. In this case, it can be advantageously avoided that malfunctions or contact problems occur during the contacting between computer and measuring device. In addition, the assembly in the environment of the production system is optimally protected against negative influences.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechendeFurther details of the invention are described below with reference to the drawing. Same or appropriate
Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen: Drawing elements are each provided with the same reference numerals in the individual figures and will only be explained several times to the extent that differences arise between the individual figures. Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Figure 1 shows an embodiment of the invention
Messgeräts in einem Blockschaltbild und  Measuring device in a block diagram and
Figur 2 bis 4 ausgewählte Verfahrensschritte eines Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens . FIGS. 2 to 4 show selected method steps of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
In Figur 1 ist eine Produktionssystem 11 dargestellt, das aus zwei Produktionsmaschinen 12, 12' besteht. Diese Produktionsmaschinen 12, 12' sollen exemplarisch andeuten, dass ein Produktionssystem aus unterschiedlichen Komponenten besteht, die alle beispielsweise zur Erzeugung eines bestimmten Produkts erforderlich sind. Zur Steuerung des Produktionssystems 11 gibt es Steuerungen 13. Die Steuerungen 13 sind über Signal - leitungen 14a mit den Produktionsmaschinen 12, 12' verbunden. Außerdem wird eine Energieversorgung 15 zur Verfügung gestellt, welche die Produktionsmaschinen 12, 12' über Versor- gungsleitungen 16 mit elektrischer Energie versorgt. FIG. 1 shows a production system 11 which consists of two production machines 12, 12 '. These production machines 12, 12 'are intended to indicate by way of example that a production system consists of different components, all of which are required, for example, for the production of a specific product. To control the production system 11 Are there controls 13. The controls 13 are connected via signal lines 14a to the production machines 12, 12 '. In addition, a power supply 15 is provided which supplies the production machines 12, 12 'with electrical energy via supply lines 16.
Um ein Produkt in dem Produktionssystem 11 herstellen zu können, ist eine Datenbank 17 mit Produktionsparametern für das herzustellende Produkt vorgesehen. Die Datenbank 17 ist über Signalleitungen 14b jeweils mit den Steuerungen 13 für dieIn order to be able to produce a product in the production system 11, a database 17 with production parameters for the product to be produced is provided. The database 17 is connected via signal lines 14b to the controllers 13 for the
Produktionsmaschinen 12, 12' verbunden, so dass die Steuerungen über die Signalleitungen 14a abhängig von den über die Signalleitungen 14b empfangenden Produktionsparametern Steuerbefehle an die Produktionsmaschinen 12, 12' leiten können. Production machines 12, 12 'connected, so that the controllers via the signal lines 14a depending on the receiving via the signal lines 14b production parameters control commands to the production machines 12, 12' can conduct.
Während des Produktionsprozesses kommt ein Messgerät 18, dessen Systemgrenzen durch eine strichpunktierte Linie angedeutet sind, zum Einsatz. Das Messgerät 18 weist einen Rechner 19 auf, der über eine erste Datenschnittstelle 20 mit einer Messvorrichtung 21 verbunden ist. Die Messvorrichtung 21 weist eine in Figur 1 nur angedeutete Messschnittstelle 22 auf, mit dem die Energieaufnahme über die Versorgungsleitungen 16 gemessen werden kann. Die Messwerte werden in dem Rechner 19 verarbeitet. During the production process, a measuring device 18 whose system boundaries are indicated by a dot-dash line is used. The measuring device 18 has a computer 19 which is connected to a measuring device 21 via a first data interface 20. The measuring device 21 has a measuring interface 22 only indicated in FIG. 1, with which the energy intake via the supply lines 16 can be measured. The measured values are processed in the computer 19.
Zusätzlich werden über eine zweite Datenschnittstelle 23, an die eine Signalleitung 14c der Steuerungen 13 angeschlossen ist, in den Rechner eingespeist. Zusätzlich werden Produktionsparameter, die zur Steuerung der Produktionsmaschinen 12 beitragen, über eine Signalleitung 14d ebenfalls der zweiten Schnittstelle 23 des Rechners 19 zugeleitet. Der Rechner 19 kann somit das mittels der Messvorrichtung 21 ermittelte Lastprofil der Maschine 12 zeitlich mit den Steuerbefehlen der Steuerung 13 korrelieren und überdies auch Produktionspa- rameter aus der Datenbank 17 berücksichtigen. In dem Rechner läuft ein Programm ab, welches die Erstellung von Energieblöcken erlaubt (hierzu im Folgenden noch mehr) . Die berechneten Energieblöcke können über Datenleitungen 40 in einem Speicher 25 abgelegt werden bzw. dort gespeicherte Energieblöcke können aus dem Speicher durch den Rechner wieder abgerufen werden. Die gefundenen Ergebnisse können über ein mit einer Datenleitung 41 angeschlossenes Display 26 ausgegeben werden. In addition, a second data interface 23, to which a signal line 14c of the controllers 13 is connected, is fed into the computer. In addition, production parameters which contribute to the control of the production machines 12 are also supplied to the second interface 23 of the computer 19 via a signal line 14d. The computer 19 can thus correlate the load profile of the machine 12 determined by means of the measuring device 21 in time with the control commands of the controller 13 and, in addition, also take into account production parameters from the database 17. In the computer runs a program that allows the creation of energy blocks (more on this in the following). The calculated energy blocks can be sent via data lines 40 in a memory 25 stored or energy blocks stored there can be retrieved from the memory by the computer again. The results found can be output via a display 26 connected to a data line 41.
Wie in Figur 1 weiter dargestellt ist, kann das Messgerät 18 in dem Produktionssystem 11 auch verwendet werden, um Energieblöcke für eine andere Produktionsmaschine 12 zu erstellen. Gestrichelt ist dargestellt, wie die Messschnittstelle 22 an eine andere Versorgungsleitung 16 angeschlossen wird. Genauso muss über eine Signalleitung 14e (ebenfalls gestrichelt dargestellt) gewährleistet werden, dass die Steuersignale aus der Steuerung 13 der nun zu messenden Produktionsmaschine 12' durch den Rechner 19 ausgewertet werden können. Hierbei wird die bereits beschriebene zweite Datenschnittstelle 23 verwendet. As further illustrated in FIG. 1, the meter 18 may also be used in the production system 11 to generate energy blocks for another production machine 12. Dashed lines show how the measuring interface 22 is connected to another supply line 16. In the same way, a signal line 14e (also shown in dashed lines) must ensure that the control signals from the controller 13 of the production machine 12 'to be measured can be evaluated by the computer 19. Here, the already described second data interface 23 is used.
Die einzelnen Verfahrensschritte, die in dem Rechner 19 durchgeführt werden, lassen sich den Figuren 2 bis 4 entneh- men. In Figur 2 ist ein Lastprofil 27 dargestellt, welches sich direkt aus dem Messsignal ergibt, welches die Messvorrichtung 21 aus Figur 1 generiert. Es zeigt somit die Leistungsaufnahme der Produktionsmaschine 12 in Abhängigkeit von der Zeit. Außerdem sind mit Pfeilen Steuerbefehle 28 angedeu- tet, welche über die zweite Datenschnittstelle 23 dem Rechner zur Verfügung gestellt werden. Die zeitliche Abfolge dieser Steuerbefehle 28 ist ebenfalls bekannt. Bei der Produktionsmaschine handelt es sich beispielhaft um eine Anlage zum Laserschmelzen, mit der Bauteile über ein additives Fertigungs- verfahren hergestellt werden können. Die Steuerbefehle sind mit den Buchstaben a bis h bezeichnet und tragen folgendermaßen zum Prozessablauf in der Produktionsmaschine 12 bei . a) Systemstart The individual method steps which are carried out in the computer 19 can be taken from FIGS. 2 to 4. FIG. 2 shows a load profile 27 which results directly from the measuring signal which generates the measuring device 21 from FIG. It thus shows the power consumption of the production machine 12 as a function of time. In addition, arrows indicate control commands 28, which are made available to the computer via the second data interface 23. The time sequence of these control commands 28 is also known. By way of example, the production machine is an apparatus for laser melting, with which components can be produced by means of an additive manufacturing process. The control commands are designated by the letters a to h and contribute to the process flow in the production machine 12 as follows. a) System startup
b) Systembereitschaft b) System readiness
c) Anschalten der motorischen Antriebe c) switching on the motorized drives
d) Anschalten des Produktionslasers d) switching on the production laser
e) Durchführung des Laserschmelzens f) Abschalten des Produktionslasers e) performing the laser melting f) switching off the production laser
g) Abschalten der motorischen Antriebe g) switching off the motorized drives
h) Herunterfahren des Systems Wie sich Figur 3 entnehmen lässt, werden die Steuerbefehle 28 dazu genutzt, das Lastprofil 27 in einzelne Abschnitte 29 aufzuteilen, da die Auswertung der Steuerbefehle 28 eindeutige Phasen des Prozessablaufs definieren. In den Abschnitten 29 sind bestimmte Muster 30 des Energieverbrauchs identifi- zierbar, wobei sich in Figur 3 zeigt, dass sich bestimmte Muster wiederholen. So ergeben sich die Muster A bis H mit folgenden Bedeutungen. h) Shutdown of the system As can be seen from FIG. 3, the control commands 28 are used to divide the load profile 27 into individual sections 29, since the evaluation of the control commands 28 defines unambiguous phases of the process sequence. In sections 29, certain patterns 30 of energy consumption can be identified, wherein FIG. 3 shows that certain patterns are repeated. Thus, the patterns A to H with the following meanings.
A) Systemstart A) System startup
B) Standby-Betrieb B) Standby mode
C) Aktorenbetrieb  C) Actuator operation
D) Produktionsstart des Lasers  D) Production start of the laser
E) Laserschmelzen  E) laser melting
F) Produktionsende  F) End of production
G) Aktorenbetrieb G) Actuator operation
H) Standby-Betrieb  H) Standby mode
Figur 4 lässt sich entnehmen, wie aus den Abschnitten 29 eine mathematische Beschreibung der Energieaufnahme E der Produktionsmaschine 12 entsteht. Diese wird direkt aus den Mustern 30 abgeleitet. Dabei entstehen die Energieblöcke 1 bis 6, wobei sich folgender Zusammenhang zwischen den Abschnitten gemäß Figur 3 und den Energieblöcken gemäß Figur 4 ergibt . FIG. 4 shows how a mathematical description of the energy consumption E of the production machine 12 results from the sections 29. This is derived directly from the patterns 30. This results in the energy blocks 1 to 6, resulting in the following relationship between the sections of Figure 3 and the energy blocks of Figure 4.
B = H B = H
C = G  C = G
D E  D E
Außerdem werden für die Energieblöcke 1 bis 6 Zeitintervalle I definiert, die über die mögliche Dauer der Energieblöcke Aufschluss geben. Hierzu werden Produktionsparameter P ausgewertet, aus denen hervorgeht, welche Intervalllängen aufgrund produktspezifischer Anforderungen gewählt werden mussten. Diese Intervalllängen werden in den Energieblöcken 2, 3 und 5 auf variabel gesetzt, damit diese Energieblöcke auch für andere Produkte mit anderen Produktionsparametern Verwendung finden können. Bei einer Fertigungsplanung kann durch Auswertung der Produktionsparameter dann eine voraussichtliche Intervalllänge für den betrachteten Anwendungsfall berücksichtigt werden. Die variablen Intervalllängen sind in Figur 4 mit einem gepunkteten Doppelpfeil angedeutet. In addition, for the energy blocks 1 to 6 time intervals I are defined, which over the possible duration of the energy blocks Give information. For this purpose, production parameters P are evaluated, which show which interval lengths had to be selected on the basis of product-specific requirements. These interval lengths are set to variable in the energy blocks 2, 3 and 5, so that these energy blocks can also be used for other products with different production parameters. In production planning, by evaluating the production parameters, a probable interval length can then be taken into account for the application in question. The variable interval lengths are indicated in Figure 4 with a dotted double arrow.
Andererseits gibt es Intervalllängen, die festgelegt sind, weil diese maschinenspezifisch sind. Hierzu gehört beispielsweise der Systemstart 1 oder der Produktionsstart 4 bzw. das Produktionsende 6 der Laserbehandlung. Diese Intervalle bleiben unabhängig von dem hergestellten Produkt gleich, so dass den zugehörigen Energieblöcken eine feste Intervalllänge für das Zeitintervall I zugeordnet werden kann. On the other hand, there are interval lengths that are fixed because they are machine specific. This includes, for example, the system start 1 or the production start 4 or the end of production 6 of the laser treatment. These intervals remain the same regardless of the product produced, so that the associated energy blocks can be assigned a fixed interval length for the time interval I.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Ermitteln des Energiebedarfs einer Produkti - onsmaschine (12) bei dem Method for determining the energy requirement of a production machine (12) in the
- ein gemessenes Lastprofil (27) der Energieaufnahme der Produktionsmaschine (12) während eines Produktionsablaufes zugrundegelegt wird,  a measured load profile (27) of the energy consumption of the production machine (12) is used during a production process,
- das Lastprofil (27) auf charakteristische Muster (30) einer spezifischen Energieaufnahme untersucht wird, the load profile (27) is examined for characteristic patterns (30) of a specific energy intake,
- aufgefundene charakteristische Muster (30) als Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) definiert werden, wobei die Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) jeweils durch den zeitlichen Verlauf der Energieaufnahme E in einem betreffenden Zeitintervall I des Musters (30) beschrieben werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - Found characteristic patterns (30) are defined as energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6), wherein the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) in each case by the time course of the energy absorption E in a respective time interval I of the pattern (30) are described, characterized
dass that
- ein Rechner (19) mit einer ersten Datenschnittstelle  - A computer (19) with a first data interface
(20) und einer zweiten Datenschnittstelle (23) verwendet wird,  (20) and a second data interface (23) is used,
- das Lastprofil (27) mit Hilfe einer Messvorrichtung (21) während des realen Produktionsablaufes automatisiert ermittelt und an die erste Datenschnittstelle (20) an den Rechner (19) weitergegeben wird,  the load profile (27) is automatically determined with the aid of a measuring device (21) during the real production process and forwarded to the first data interface (20) to the computer (19),
- Steuerbefehle (28) der Produktionsmaschine (28) während des realen Produktionsablaufes automatisiert an die zweite Datenschnittstelle (23) weitergegeben werden, - Control commands (28) of the production machine (28) during the real production process are automatically passed to the second data interface (23),
- die Zeitintervalle I unter Berücksichtigung der Steuerbefehle (28) automatisiert durch den Rechner festgelegt werden, the time intervals I are automatically determined by the computer taking into account the control commands (28),
- der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme E innerhalb der betreffenden Zeitintervalle I in den Energieblöcken (1, 2, 3, 4, 5, 6) unter Berücksichtigung des Lastprofils (27) automatisiert durch den Rechner (19) als charakteristisches Muster (30) bestimmt wird.  - The time course of the energy consumption E within the relevant time intervals I in the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) taking into account the load profile (27) automatically determined by the computer (19) as a characteristic pattern (30) ,
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass - auch Produktionsparameter (P) des im realen Produktionsablauf in Herstellung befindlichen Produktes automatisiert an die zweite Datenschnittstelle (23) weitergegeben werden und that - Also production parameters (P) of the real production process in production product are automatically passed to the second data interface (23) and
- der Rechner (19) automatisiert eine Zuordnung der Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) zu den zugehörigen Produktionsparametern (P) vornimmt.  - The computer (19) automatically makes an assignment of the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) to the associated production parameters (P) performs.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
dass die Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) durch den Rechner (19) automatisiert unter Berücksichtigung der Steuerbefehle (28) Betriebszuständen der Produktionsmaschine (12) zugeordnet werden, die das zugehörige charakteristische Muster (30) der spezifischen Energieaufnahme verursacht haben. that the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) are automatically assigned by the computer (19) taking into account the control commands (28) operating conditions of the production machine (12), the associated characteristic pattern (30) of the specific energy consumption have caused.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , 4. The method according to claim 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass bei der Zuordnung der Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) zu Betriebszuständen jeweils erfasst wird, ob die Länge desthat in the allocation of the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) to operating states is detected in each case whether the length of
Zeitintervalls I des zugehörigen Musters (30) fest vorgegeben oder variabel ist. Time interval I of the associated pattern (30) is fixed or variable.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , 5. The method according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass automatisiert that automated
- entweder die Länge des Zeitintervalls I des Energieblocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) auf variabel gesetzt wird, wenn der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme des zuge- hörigen charakteristischen Musters (30) konstant ist, either the length of the time interval I of the energy block (1, 2, 3, 4, 5, 6) is set to variable if the time profile of the energy consumption of the associated characteristic pattern (30) is constant,
- oder die Länge des Zeitintervalls I des Energieblocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) gleich der gemessenen Länge des Zeitintervalls I gesetzt wird, wenn der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme des zugehörigen Musters (30) nicht konstant ist. - Or the length of the time interval I of the energy block (1, 2, 3, 4, 5, 6) is set equal to the measured length of the time interval I, if the time course of the energy consumption of the associated pattern (30) is not constant.
6. Verfahren nach Anspruch 4 , 6. The method according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Länge des Zeitintervalls I eines Energieblocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) durch den Rechner (19) unter Berücksichtigung der Steuerbefehle (28) automatisiert auf variabel gesetzt wird, wenn das zeitliche Auslösen mindestens eines Steuerbe- fehls (28) des betreffenden Energieblocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) von einem eintretenden Ereignis abhängig ist. characterized, the length of the time interval I of an energy block (1, 2, 3, 4, 5, 6) is automatically set to variable by the computer (19), taking into account the control commands (28), if the time triggering of at least one control command ( 28) of the relevant energy block (1, 2, 3, 4, 5, 6) is dependent on an incoming event.
7. Verfahren zum Ermitteln des Energiebedarfs eines aus mehreren Produktionsmaschinen bestehenden Produktionssystems, bei dem 7. A method for determining the energy demand of a multi-production machine production system, in which
- ein gemessenes Lastprofil (27) der Energieaufnahme der Produktionsmaschine (12) während eines Produktionsablaufes zugrundegelegt wird,  a measured load profile (27) of the energy consumption of the production machine (12) is used during a production process,
- das Lastprofil (27) auf charakteristische Muster (30) einer spezifischen Energieaufnahme untersucht wird, the load profile (27) is examined for characteristic patterns (30) of a specific energy intake,
- aufgefundene charakteristische Muster (30) als Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) definiert werden, wobei die Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) jeweils durch den zeitlichen Verlauf der Energieaufnahme E in einem betreffenden Zeitintervall I des Musters (30) beschrieben werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - Found characteristic patterns (30) are defined as energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6), wherein the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) in each case by the time course of the energy absorption E in a respective time interval I of the pattern (30) are described, characterized
dass that
- ein Rechner mit einer ersten Datenschnittstelle (20) und einer zweiten Datenschnittstelle (23) verwendet wird, a computer having a first data interface (20) and a second data interface (23) is used,
- das Lastprofil (27) mit Hilfe einer Messvorrichtung (21) während des realen Produktionsablaufes nacheinander an einzelnen Produktionsmaschinen (12) des Produktionssystems automatisiert ermittelt und an die erste Datenschnittstelle (20) weitergegeben wird, the load profile (27) is automatically determined successively at individual production machines (12) of the production system during the real production process by means of a measuring device (21) and forwarded to the first data interface (20),
- Steuerbefehle (28) der jeweiligen Produktionsmaschine (28) während des realen Produktionsablaufes automatisiert an die zweite Datenschnittstelle (23) weitergegeben werden,  - Control commands (28) of the respective production machine (28) during the real production process are automatically passed to the second data interface (23),
- die Zeitintervalle I unter Berücksichtigung der Steuerbefehle (28) für die jeweilige Produktionsmaschine (28) automatisiert durch den Rechner festgelegt werden,  the time intervals I are automatically determined by the computer taking into account the control commands (28) for the respective production machine (28),
- der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme E innerhalb der betreffenden Zeitintervalle I in den Energieblöcken (1, 2, 3, 4, 5, 6) der jeweiligen Produktionsmaschine (28) unter Berücksichtigung des Lastprofils (27) automatisiert durch den Rechner (19) als charakteristisches Muster (30) bestimmt wird, - The time course of the energy consumption E within the relevant time intervals I in the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) of the respective production machine (28) taking into account the load profile (27) is automatically determined by the computer (19) as a characteristic pattern (30),
wobei die Messvorrichtung (21) mit einer Messschnittstellewherein the measuring device (21) with a measuring interface
(22) ausgestattet ist, mit der eine Mess erbindung zu jeweils einer einzelnen der Produktionsmaschinen aufgebaut werden kann . (22) with which a measuring connection can be established to a single one of the production machines.
8. Messgerät zum Ermitteln des Energiebedarfs einer Produktionsmaschine (12), aufweisend 8. Measuring device for determining the energy requirement of a production machine (12), comprising
- eine Messvorrichtung (21) mit einer Messschnittstelle (22), mit der eine MessVerbindung zu der Produktionsmaschine (12) erzeugbar ist, und  - A measuring device (21) with a measuring interface (22), with a MessVerbindung to the production machine (12) can be generated, and
- ein Messwertausgang (24), an dem der gemessene Energiebedarf als Lastprofil (27) ausgebbar ist,  a measured value output (24) at which the measured energy requirement can be output as a load profile (27),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass an dem Messwertausgang (24) eine erste Datenschnittstelle (20) eines Rechners (19) angeschlossen ist, wobei auf dem Rechner ein Programm installiert ist, bei dessen Ablauf in that a first data interface (20) of a computer (19) is connected to the measured value output (24), a program being installed on the computer during the course of which
- das gemessene Lastprofil (27) der Energieaufnahme der Produktionsmaschine (12) während eines Produktionsablaufes zugrundegelegt wird,  the measured load profile (27) is based on the energy consumption of the production machine (12) during a production process,
- das Lastprofil (27) auf charakteristische Muster (30) einer spezifischen Energieaufnahme untersucht wird, the load profile (27) is examined for characteristic patterns (30) of a specific energy intake,
- aufgefundene charakteristische Muster (30) als Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) definiert werden, wobei die Energieblöcke (1, 2, 3, 4, 5, 6) jeweils durch den zeitlichen Verlauf der Energieaufnahme E in einem betreffen- den Zeitintervall I des Musters (30) beschrieben werden,- Found characteristic patterns (30) are defined as energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6), wherein the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) in each case by the time course of the energy absorption E in a relevant time interval I of the pattern (30) are described,
- Steuerbefehle (28) der Produktionsmaschine (28) während des realen Produktionsablaufes automatisiert über eine zweite Datenschnittstelle (23) des Rechners eingelesen werden, - Control commands (28) of the production machine (28) are automatically read during a real production process via a second data interface (23) of the computer,
- die Zeitintervalle I unter Berücksichtigung der Steuerbefehle (28) automatisiert durch den Rechner festgelegt werden, - der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme E innerhalb der betreffenden Zeitintervalle I in den Energieblöcken (1, 2, 3, 4, 5, 6) unter Berücksichtigung des Lastprofils (27) automatisiert durch den Rechner (19) als charakteristisches Muster (30) bestimmt wird. the time intervals I are automatically determined by the computer taking into account the control commands (28), - The time course of the energy consumption E within the relevant time intervals I in the energy blocks (1, 2, 3, 4, 5, 6) taking into account the load profile (27) automatically determined by the computer (19) as a characteristic pattern (30) ,
9. Messgerät nach Anspruch 8, 9. Measuring device according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass die Messvorrichtung (21) und der Rechner (19) eine Baueinheit bilden. the measuring device (21) and the computer (19) form a structural unit.
PCT/EP2015/071977 2014-09-30 2015-09-24 Method for determining the energy requirement of a production machine or of a production system comprising a plurality of production machines, and measuring device suitable for performing the method WO2016050599A1 (en)

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