DE102012203987A1

DE102012203987A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Visualisierung eines Prozessablaufes in einer hüttentechnischen Anlage

Info

Publication number: DE102012203987A1
Application number: DE201210203987
Authority: DE
Inventors: Axel Weyer; Dieter Heesen
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung eines Prozessablaufes in einer hüttentechnischen Anlage, das folgende Schritte aufweist: – Ermittlung von Prozesswerten in Echtzeit; – Auswerten der aktuell ermittelten Prozesswerte und Feststellen einer eventuell vorliegenden Prozessstörung; und – Automatisches Anzeigen der betroffenen Komponenten in dreidimensionaler grafischer Darstellung. Um eine umfassende Fehlerbetrachtung zu ermöglichen, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: – Speichern der ermittelten Prozesswerte; Im Falle einer festgestellten Prozessstörung: – Selektieren einer ersten Teilmenge aus den gespeicherten Prozesswerten; – Analysieren der selektierten Prozesswerte zwecks Ermittlung einer Ursache für die festgestellte Prozessstörung; und wenn die Ursache im zuletzt analysierten Zeitintervall nicht gefunden wurde, dann: – Sukzessive Wiederholung der Verfahrensschritte Selektieren und Analysieren, solange bis die Ursache für die Prozessstörung festgestellt wurde; wenn die Ursache für die Prozessstörung gefunden ist, dann – Beseitigung der Prozessstörung einleiten. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Visualisierung eines Prozessablaufes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Visualisierung eines Prozessablaufes in einer hüttentechnischen Anlage, wobei Komponenten der Anlage in dreidimensionaler grafischer Darstellung in einer ersten Datenbank bereitgestellt werden. Die Prozesswerte, die während des Betriebs der Anlage anfallen, werden in Echtzeit ermittelt. Anschließend werden die aktuell ermittelten Prozesswerte ausgewertet und eine eventuell vorliegende Prozessstörung zum Zeitpunkt t₀ automatisch festgestellt, wenn die aktuell ermittelten Prozesswerte außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegen. Hierauf erfolgt ein automatisches Anzeigen der festgestellten Prozessstörung und der von der festgestellten Prozessstörung betroffenen Komponenten der Anlage aus der ersten Datenbank auf einer Bildanzeigeeinheit in dreidimensionaler grafischer Darstellung.
Die wachsende Komplexität der Stahlwerke und Gießanlagen, die aufgrund der zunehmenden Automatisierung der technischen Prozesse erfolgt, erfordert eine größtmögliche Unterstützung des Bedienpersonals bei der Kontrolle der Anlagen. Die Anzeige- und Bedienelemente in dem Leitstandsystem, die das Bedienpersonal permanent visuell kontrolliert, enthalten Informationen aus dem Prozessgeschehen der Anlage. Diese Informationen müssen bestmöglich aufbereitet sein, damit das Bedienpersonal bei Änderungen in den Produktionsvorgaben oder bei Prozessstörungen schnellstmöglich reagieren kann.
Aus der Zeitschrift [SPS, „Materialflussautomation erfordert Flexibilität", Ausgabe 5 + 6, 2003, Seite 114] ist bekannt, zur Prozessvisualisierung eine dreidimensionale Darstellung der Anlage an der Schnittstelle zwischen Automatisierungsebene und Prozessleitebene einzubinden. Gerade bei großen und komplexen Anlagen kann der Benutzer dann, insbesondere im Störungsfall, mit Hilfe der dreidimensionalen Darstellung virtuell zu dem Ort der Anlage geführt werden, an dem die Störung aufgetreten ist. Durch Anklicken des entsprechenden Punktes im Abbild der Anlage kann der Benutzer dann weitere mit diesem Punkt des Abbildes verlinkte Informationen, wie beispielsweise den aktuellen Anlagezustand an diesem Punkt, abrufen. Somit erhält der Benutzer zwar einen raschen Überblick über die aktuelle Anlagensituation, allerdings ist eine Ermittlung der Ursache für die Störung nur bedingt möglich.
In der Druckschrift DE 103 45 886 wird ein Verfahren diskutiert, mit dem eine webbasierte Darstellung eines dreidimensionalen Abbildes einer Anlage möglich ist. Dadurch, dass auf einem Web-Browser eine webbasierte Darstellung als dreidimensionales Abbild der Anlage aufrufbar ist und an zuvor projektierten Punkten des dreidimensionalen Abbildes Prozessdaten der Anlage eingebunden sind, erhält ein Benutzer der Anlage gerade bei räumlich komplexen Anlagen die Möglichkeit, sich rasch einen Überblick über den Prozesszustand zu machen. Das Bedienpersonal bekommt somit ein geeignetes Mittel zur Verfügung gestellt, die komplexen großtechnischen Anlagen im dreidimensionalen Abbild zu überschauen, ohne sich in räumlicher Nähe zu der Anlage befinden zu müssen. Dadurch, dass die Projektierung der Anlage im Vorfeld stattgefunden hat, werden aktuelle Anlagenänderungen allerdings nicht berücksichtigt.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, zur Übersicht und zur Prozessvisualisierung das Prozessgeschehen in einer semi- oder vollgrafischen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Darstellung abzubilden. Die Grafik ist in der Darstellung sowohl statisch fixiert, d.h. Bewegungsabläufe oder Attribut-Änderungen von Objekten werden in der Grafik als Farbänderungen oder in Form von fixen grafischen Elementen, die teilweise auch in einfacher Form bewegt werden können, dargestellt als auch animiert, d.h. Bewegung und Drehung der Objekte sind interaktiv oder ereignisgesteuert möglich. Informationen aus dem Prozessgeschehen werden in einer tabellarisch strukturierten Form (Zeilen/Spalten – Darstellung) gemäß einer funktionalen Zugehörigkeit angezeigt oder zeilenweise bzw. auch als Pop-up-Fenster eingeblendet ggf. seltener auch an den dreidimensionalen Objekten an vordefinierter Positionen. Bedienungen oder Eingaben erfolgen an diesen Tabellen. Bedingt durch diese Form der Eingabe (fixe grafische Abbildung/tabellarische Struktur) ist eine direkte lokale Zuordnung der Information für das Bedienpersonal nicht erkennbar. Notwendige Beschreibungen bzw. Wartungshinweise müssen separat auf Papier oder am Bildschirm ermittelt werden.
Aus der Druckschrift EP 1 085 390 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prozessvisualisierung bekannt, bei dem das Bedienpersonal einen besseren Überblick über die Anlage erhält, um schneller Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung einleiten zu können. Die bessere Übersichtlichkeit wird dadurch erreicht, dass auf einer Bildanzeigeeinheit eine automatische dreidimensionale Anzeige von den Anlagenteilen erfolgt, die für eine aufgetretene Störung verantwortlich sein können. Dafür macht der Prozessrechner von einer Bibliothek Gebrauch, in der manche Anlagenteile in 3D-Darstellung abgespeichert sind. Das Bedienpersonal kann die dreidimensional dargestellten Anlagenteile in seinen einzelnen Eigenschaften, wie Rotation, Größe, Farbe und Skalierung gezielt verändern, damit die Übersichtlichkeit der Darstellung optimiert wird. Neben den für die vorliegende Störung relevanten Anlagenteilen werden dem Bedienpersonal gleichzeitig auch die jeweils aktuellen Prozesswerte und Betriebszustände angezeigt. Die dreidimensionale grafische Darstellung ermöglicht es dem Bedienpersonal, das vorliegende Problem schnell und effektiv zu lokalisieren und dessen Beseitigung zu veranlassen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass dem Bedienpersonal nur eine definierte Auswahl an Maschinenteilen in dreidimensionaler Darstellung zur Verfügung gestellt wird und dass keine Rückschau auf die Fehlerhistorie ermöglicht wird.
Ein weiterer Nachteil bisheriger Praxis besteht darin, dass die dreidimensionalen Komponenten der Anlage als grafisches Abbild während der Projektierungsphase erstellt werden und dem Bedienpersonal anschließend während des Betriebs der Anlage zur Verfügung gestellt werden. Damit liegt keine permanente und automatische Aktualisierung der benötigten Komponenten der Anlage in dreidimensionaler Darstellung vor.
Nachteilig ist weiterhin, dass im Stand der Technik bei einer Betriebs- oder Störmeldung keine weiteren Zusatzinformationen zu der von der Störung betroffenen Komponente bereitgestellt werden. Das Bedienpersonal muss sich aus einer Vielzahl von Unterlagen die benötigten Informationen zusammen suchen und der dadurch entstandene Zeitverlust bedingt einen unnötigen Stillstand der Anlage.
Ebenfalls von Nachteil ist die nur begrenzte Aussage, die das Bedienpersonal der grafischen Darstellung der von dem Störprozess betroffenen Komponente über die Ursache der festgestellten Störung entnehmen kann. Eine weiterführende Analyse in Bezug auf die Ursache einer Prozessstörung erfolgt nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Visualisierung einer Prozessstörung anzugeben, das neben dem automatischen Anzeigen der von der festgestellten Prozessstörung betroffenen Anlagenkomponenten eine umfassende Fehlerbetrachtung zwecks Ermittlung der Ursache der festgestellten Prozessstörung ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch:

– Speichern der in Echtzeit ermittelten Prozesswerte in einer dritten Datenbank unabhängig davon, ob eine Prozessstörung festgestellt wird oder nicht;

Im Falle einer festgestellten Prozessstörung:

– Selektieren und Anzeigen einer ersten Teilmenge aus den gespeicherten Prozesswerten, die in ein erstes Zeitintervall T_i (mit i = –1) vor dem Zeitpunkt t₀ fallen;
– Analysieren der selektierten Prozesswerte zwecks Ermittlung einer Ursache für die festgestellte Prozessstörung; und

wenn die Ursache im zuletzt analysierten Zeitintervall T_i nicht gefunden wurde, dann:

– Sukzessive Wiederholung der Verfahrensschritte Selektieren und Analysieren für i = i – 1, solange bis die Ursache für die Prozessstörung festgestellt wurde; und wenn die Ursache für die Prozessstörung gefunden ist, dann
– Beseitigung der Prozessstörung einleiten.

Der Beschreibung der Erfindung liegen folgende Begrifflichkeiten zugrunde:
Backtracking-Algorithmus
Dieser Algorithmus, nachfolgend durch den Verfahrensschritt Selektieren und Anzeigen repräsentiert, erlaubt eine Rückschau auf Prozesswerte, wie zum Beispiel Messwerte und Parameter von Anlagenkomponenten, die im Wirkzusammenhang mit einem aufgetretenen Ereigniss, beispielsweise einer Prozessstörung, stehen. Mit dem Backtracking-Algorithmus ist es insbesondere für das Bedienpersonal der Anlage möglich, Abnormitäten zu finden, die zu der Prozessstörung geführt haben. Der Algorithmus sieht eine schrittweise zeitliche Rückschau in vorgegebenen Zeitintervallen T_i (mit: i = i – 1) auf den Verlauf von Prozesswerten, vorzugsweise Messwerten und ggf. weiteren aufgetretenen Ereignissen vor, die zu der Prozessstörung geführt haben.
Hüttentechnische Anlage
Unter diesem Sammelbegriff werden komplexe Anlagensysteme, wie Hochöfen, Stahlwerksanlagen, Stranggießanlagen, Walzwerke und CSP (Compact Strip Production) Anlagen mit CSP Stranggießanlage, CSP Tunnelofen und CSP Walzwerk als Einzelanlage oder als Anlagenlinie in verschiedenen Kombinationen etc. verstanden.
Prozessstörung
Unter diesem Begriff sind alle Störungen, die während eines Prozessgeschehens auftreten können, zu verstehen. Eine Prozessstörung wird dem Bediener automatisch mit einer Prozessmeldung auf einer Bildanzeigeeinheit angezeigt. Diese Prozessmeldung kann neben einer Störmeldung beispielsweise eine Betriebsmeldung sein.
Dass gemäß Anspruch 1 ein Speichern der in Echtzeit ermittelten Prozesswerte in einer dritten Datenbank erfolgt, unabhängig davon, ob eine Prozessstörung festgestellt wird oder nicht, bietet den Vorteil, dass im Bedarfsfalle die gesamten Prozesswerte der kompletten Anlage aus der Vergangenheit für eine Fehlerbetrachtung zur Verfügung stehen.
Dadurch, dass im Falle einer festgestellten Prozessstörung aus den gespeicherten Prozesswerten eine erste Teilmenge an Prozesswerten, die in ein erstes Zeitintervall T_i (mit i = –1) vor dem Zeitpunkt t₀ fallen, selektiert und angezeigt wird, ergibt sich der Vorteil, dass in einem ersten Durchlauf von dem Bedienpersonal nur diejenigen Prozesswerte betrachtet werden, die zeitlich nahe an dem Zeitpunkt der Prozessstörung lagen und mit einer höheren Wahrscheinlichkeit zu der Prozessstörung geführt haben. Außerdem sind die Menge an auszuwertenden Prozesswerten und der für deren Auswertung erforderliche Zeitaufwand zunächst vorteilhafterweise begrenzt.
Vorteilhafterweise werden die selektierten Prozesswerte durch das Bedienpersonal zwecks Ermittlung einer Ursache für die festgestellte Prozessstörung analysiert. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Fehlerursache besser eingegrenzt werden kann und somit besser ermittelt werden kann. Nur wenn die Fehlerursache im zuletzt analysierten Zeitintervall T_i nicht gefunden wurde, werden durch das Bedienpersonal weitere Schritte eingeleitet.
Vorteilhafterweise erfolgt eine sukzessive Wiederholung der Verfahrensschritte Selektieren und Analysieren für i = i – 1 solange bis die Ursache für die Prozessstörung festgestellt wurde. Somit werden jeweils nur begrenzte kurze Zeitintervalle von dem Bedienpersonal betrachtet und die Ursache für die Prozessstörung kann schneller gefunden werden.
Ein weiterer Vorteil, der sich durch die sukzessive Wiederholung der Verfahrensschritte Selektieren und Analysieren (Backtracking-Algorithmus) ergibt, ist, dass die Ereignisse, Zustände und/oder Messwerte schrittweise rückwärts verfolgt werden. Die jeweiligen zugehörigen Informationen werden abgerufen bis die Informationen für eine Diagnose ausreichen, um die Fehlerursache festzustellen und die Beseitigung der Prozessstörung durch das Bedienpersonal einzuleiten. Vorteilhafterweise werden Abnormitäten, die zu der Prozessstörung geführt haben könnten, schneller gefunden. Bei einer reinen 3D-Darstellung der von der Prozessstörung betroffenen Komponenten der Anlage auf der Bildanzeigeeinheit, ohne Backtracking-Algorithmus tritt oftmals eine Fehlinterpretation der angezeigten Informationen auf. Dies liegt an der reinen grafischen Darstellung der von der Prozessstörung betroffenen Komponente. Der Bediener muss alleine aus der grafischen Darstellung eine Ermittlung einer Ursache für die festgestellte Prozessstörung vornehmen. Das ist zeitaufwändig und zieht eine langwierige Fehlerbehebung nach sich. Ein entsprechender wirtschaftlicher Schaden entsteht.
Vorteilhafterweise werden die ermittelten Prozesswerte in der dritten Datenbank einer Komponente der Anlage zugeordnet abgespeichert, damit eine Eingrenzung des Bereichs, in dem der Fehler aufgetreten ist, schneller erfolgen kann.
Vorteilhafterweise sind die Zeitintervalle T_i vorzugsweise gleich lang. Dadurch kann das Bedienpersonal effektiver arbeiten.
Vorteilhafterweise werden für die Ermittlung der Ursache für die Prozessstörung die ermittelten Prozesswerte für die Zeitintervalle T_i und die von der Prozessstörung betroffenen Komponenten auf der Bildanzeigeeinheit angezeigt. Dadurch erhält das Bedienpersonal die Möglichkeit, Informationen aus der dreidimensionalen grafischen Darstellung der Komponente lokal dem Ort der Prozessstörung zuzuordnen. Die dazugehörigen Prozesswerte können vorteilhafterweise dem Bedienpersonal einen Hinweis auf die Ursache der Prozessstörung geben. Vorteilhafterweise bietet diese Anzeige eine produktionsorientierte Darstellung des Prozesses mit allen materiallogistisch und technologisch relevanten Informationen in Kombination mit den Komponenten der Anlage in grafischer dreidimensionaler Darstellung für zielgerichtete manuelle Eingriffe zur Behebung einer Prozessstörung.
Vorteilhafterweise werden zusätzlich die zu den betroffenen Komponenten der zugehörigen Material- und Dokumentennummern auf der Bildanzeigeeinheit angezeigt. Bei Bedarf kann das Bedienpersonal über diese Material- und Dokumentennummern weitere Zusatzinformationen abrufen, falls dies für eine Analyse der Fehlerbetrachtung gewünscht wird. Mit diesen Zusatzinformationen wird es dem Bedienpersonal ermöglicht, einen Zusammenhang zwischen Prozesswerten und Komponente der Anlage herzustellen, um in Bezug auf die Ursache der Prozessstörung weitere Rückschlüsse ziehen zu können.
Ein Pop-up-Fenster zeigt diese Material- und Dokumentennummern an und das Bedienpersonal kann bei Bedarf über ein einfaches Anklicken weitere verlinkte Zusatzinformationen abrufen. Diese zusätzliche Bereitstellung von Bedienungsanleitung, Beschreibungen und / oder Wartungsanweisungen für die dargestellte Komponente ermöglichen eine verbesserte Ursachenermittlung und Fehlerdiagnose.
Vorteilhafterweise sind die Material- und Dokumentennummern in einer zweiten Datenbank gespeichert, damit eine Verlinkung zu weiteren Zusatzinformationen, die über diese Nummern abzurufen sind, schnellstmöglich und in aktueller Form erfolgen kann.
Vorteilhafterweise werden in der zweiten Datenbank weiterführende Informationen wie Bedienungsanleitung und/oder Wartungsanweisungen, Datenblätter und oder Software-Beschreibungen zu jeder Komponente der Anlage abgespeichert und von dem Bedienpersonal abgerufen. Damit kann das Bedienpersonal auf diese aktualisierten Unterlagen bei Bedarf über ein einfaches Anklicken mit der Maus oder einem Track-Ball in einem Pop-up-Fenster, das sich automatisch auf der Bildanzeigeeinheit mit der Darstellung der von der Prozessstörung betroffenen Komponente öffnet und die entsprechende Material- und Dokumentennummer enthält, zugreifen.
Vorteilhafterweise ist die Bildanzeigeeinheit in Form eines 3D-fähigen Displays ausgebildet, damit dem Bedienpersonal leistungsfähige 3D-Grafikunterstützung und eine hochauflösende Darstellung der Komponenten zur Verfügung stehen und Fehlinterpretationen minimiert werden. Das Erkennen von Abweichungen im Prozessablauf oder die Reaktion auf Störungen sind für das Bedienpersonal leichter zu erfassen und zu behandeln, da die Realität der Anlage und die Darstellung der Anlage auf dem 3D-fähigen Display konform sind.
Vorteilhafterweise werden die betroffenen Komponenten der Anlage durch Bedienpersonal mit einer Passivbrille auf dem 3D-fähigen Display zur genauen Fehlerlokalisierung betrachtet. Eine derartige Passivstereo-Darstellung ermöglicht dem Bedienpersonal in Verbindung mit den angezeigten Prozesswerten die genaue Lokalisierung der aufgetretenen Prozessstörung. Damit verbunden ergibt sich der Vorteil, dass die Informationsqualität im Hinblick auf die Prozessstörung wesentlich verbessert wird. Vorteilhafterweise ist die Belastung für die Augen des Bedienpersonals auch geringer als bei der direkten Betrachtung eines einfachen Anzeigedisplays einer Bildanzeigeeinheit und Ermüdungserscheinung treten wesentlich später auf.
Vorteilhafterweise wird die 3D-Darstellung der betroffenen Komponenten der Anlage durch das Bedienpersonal mittels Zoomen und/oder Drehen auf dem 3D-fähigen Display dynamisiert und animiert. Dies geschieht vorzugsweise mit einer Maus oder einem Trackball, damit die Bedienung schnell und einfach erfolgen kann. Durch die Einfachheit der Bedienung ergibt sich eine Minimierung der Einarbeitungszeit des Bedienpersonals und Kosten werden eingespart.
Vorteilhafterweise werden die Daten, die Komponenten der Anlage repräsentieren, aus der ersten Datenbank in einem vereinbarten, standardisierten Ausgabeformat übermittelt. Damit ergibt sich eine schnelle und problemlose Übernahme und Einbindung der 3D-CAD-Daten über die erste Datenbank für die Prozessvisualisierung.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch die beanspruchte Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 12–16 und das beanspruchte Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 17 gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen entsprechen den oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteilen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Beschreibung sind insgesamt drei Figuren beigefügt, wobei
1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein Beispiel für eine Anzeige einer Prozessstörung und
3 einen zeitlichen Ablauf vor Auftreten einer Prozessstörung zeigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
In 1 ist in Form eines Blockschaltbilds die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 mit den zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Vorrichtungs-Einheiten dargestellt. In einer hüttentechnischen Anlage 200, die aus einzelnen Komponenten 210 besteht, sind Sensoren/Detektoren 220 zum Erfassen von Prozesswerten angeordnet. An die Sensoren/Detektoren 220 ist eine Auswerteeinrichtung 300 angeschlossen, die die ermittelten Prozesswerte in Echtzeit weiterverarbeitet. Weiterhin werden der Auswerteeinrichtung 300 Daten aus verschiedenen Datenbanken 310 bis 330 zur Verfügung gestellt, wobei eine erste Datenbank 310 an ein CAD – System 350 angeschlossen ist. An die Auswerteeinrichtung 300 ist als Verbindung zwischen Anlage und Bediener zur Überwachung der hüttentechnischen Anlage 200 eine Bildanzeigeeinheit 400 angeschlossen.
Das Verfahren zur Visualisierung eines Prozessablaufs in der hüttentechnischen Anlage 200 wird mit einer Bereitstellung von Daten aus einem CAD-System 350 eingeleitet. Bei diesen Daten handelt es sich um eine dreidimensionale grafische Darstellung aus entsprechenden Konstruktionszeichnungen beispielsweise von:
Anlagengruppen, zum Beispiel ein Stahlwerk;
Anlagen, zum Beispiel Elektroofen oder Gießmaschine;
Aggregat oder Maschine;
Komponenten, zum Beispiel Gießsegment, Verteiler etc. und
integrierten Maschinenteilen, zum Beispiel Spindel.
Diese dreidimensionalen Darstellungen vorzugsweise aller Teile der Anlage werden von dem CAD-System 350 in einem vereinbarten Standard-Datenformat, vorzugsweise *.IGS erstellt, gepflegt und laufend aktualisiert in der ersten Datenbank 310 abgelegt. Das heißt sobald eine Komponente, auch Maschinenteil genannt, eine bauliche Änderung erfährt, wird dessen grafische Darstellung umgehend geändert und automatisch in der ersten Datenbank gespeichert; die Daten sind damit aktuell. Die Kommunikation zwischen dem CAD-System und der ersten Datenbank erfolgt über eine standardisierte Schnittstelle.
Zu jedem Datensatz, also zu jeder grafischen Darstellung eines Maschinenteils, gibt es eine zugehörige Kennung, beispielsweise eine Material- und Dokumentennummer 610, die auf weiterführende Informationen verweist. Diese weiterführenden Informationen, wie beispielsweise eine zugehörige Bedienungsanleitung, aktuelle Betriebsanleitung, Wartungsanweisungen, Einstellungshinweise für Maschinen und Maschinenteile, Anleitungen zur Fehlerdiagnose und/oder Fehlerbeseitigung, Beschreibungsanleitung, Datenblätter o.ä. sind in einer zweiten Datenbank 320, hinterlegt. Die zweite Datenbank 320 wird ebenfalls laufend aktualisiert, sobald sich Änderungen in der Anlage 200 und somit Änderungen in den Dokumentationsunterlagen ergeben.
In einer dritten Datenbank 330 werden alle Prozesswerte abgespeichert, die dauerhaft während des Betriebs der hüttentechnischen Anlage 200 von Detektoren/Sensoren 220 an den Komponenten 210 in Echtzeit erfasst werden.
Alle Daten und Werte, die in den verschiedenen Datenbanken 310–330 abgelegt sind, werden von einer Auswerteeinrichtung 300 verwaltet. Die Auswerteeinrichtung 300, bei der es sich vorzugsweise um einen Prozessrechner handelt, steuert die Weiterverarbeitung der Prozesswerte und Daten, die an dem Verfahren beteiligt sind, dahingehend, dass dem Bedienpersonal der Anlage auf einer Bildanzeigeeinheit eine entsprechende Darstellung der Anlage gezeigt wird. Im normalen Prozessgeschehen wird eine Default-Anzeige der Anlage 200 angezeigt. Aus dieser Grundeinstellung kann das Bedienpersonal zur Überwachung der Anlage 200 mit einem entsprechenden 3D-Dialog auf die Daten aus dem CAD-System 350 zugreifen und die Daten für eine Prozessvisualisierung aufbereiten. Somit steht für eine erste Übersicht die dreidimensionale grafische Darstellung, also ein Abbild der Realität, einer ganzen Anlagengruppe zur Verfügung. Diese Darstellung lässt sich weiter verfeinern, indem die verschiedenen Komponenten 210 der Anlage 200 mit mehr Details heraus gezoomt werden können.
Weiterhin wertet die Auswerteeinrichtung 300 die aktuell ermittelten Prozesswerte automatisch aus. Wenn ein Prozesswert außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegt, dann wird eine Prozessstörung zum Zeitpunkt t₀ festgestellt. Die Auswerteeinrichtung 300 steuert daraufhin die Ausgabe der festgestellten Prozessstörung in Form einer Betriebs- oder Störmeldung vorzugsweise zusammen mit der von der festgestellten Prozessstörung betroffenen Komponente 210 aus der ersten Datenbank 310 in dreidimensionaler grafischer Darstellung auf die Bildanzeigeeinheit 400 des Bedienpersonals. Zusätzlich wird dem Bedienpersonal, vorzugsweise in einem Pop-up-Fenster 600, die zugehörige Material- und Dokumentennummer 610 angezeigt. Über diese Nummer kann sich das Bedienpersonal Zusatzinformationen, wie beispielsweise eine zugehörige Bedienungsanleitung, Beschreibung und/oder Wartungsanweisungen durch einfaches Anklicken für diese Komponente 210 anzeigen lassen. Das Bedienpersonal kann nun aufgrund der vorgegebenen Werte aus den Zusatzinformationen durch Vergleich mit den erfassten Prozesswerten erste Rückschlüsse auf die Ursache der Prozessstörung ziehen.
Das Bedienpersonal hat die Möglichkeit, die Prozessstörung auf Grundlage der dargestellten Komponente 210 zu lokalisieren, sich aus der Darstellung weitere Anlagenteile vergrößert und/oder dynamisiert anzeigen zu lassen, wenn dies zur Fehlererkennung notwendig ist und für die Ermittlung der Ursache der festgestellten Prozessstörung einen Backtracking – Algorithmus, der in einer Filtereinrichtung 340 der Auswerteeinrichtung 300 angeordnet ist, zu starten. Weitere Details zu diesem Mittel der Fehlererkennung werden anhand 3 erläutert.
Die Detektoren/Sensoren 220 sind an den einzelnen Teilen der Komponenten 210 der Anlage 200 derart angebracht, dass ein Bediener den laufenden Prozess in der hüttentechnischen Anlage 200 auf Grundlage der in Echtzeit ermittelten Prozesswerte beobachten und die Anlage 200 entsprechend führen kann. Der Bediener bekommt auf einer Bildanzeigeeinheit 400 für die Kontrolle der Anlage 200 im laufenden Prozess neben den aktuell ermittelten Prozesswerten auch die grafische dreidimensionale Darstellung der Anlage 200 angezeigt. Vorzugsweise erfolgt diese Anzeige auf einem 3D-fähigen Display. Zur weiteren, noch verbesserten Auswertung der dreidimensionalen grafischen Darstellung der von der Prozessstörung betroffenen Komponente wird dem Bedienpersonal vorzugsweise eine 3D-Passivbrille zur Verfügung gestellt.
2 zeigt als Beispiel eine dreidimensionale Darstellung einer Spindel 500 zum Übertragen einer Drehbewegung von einer Antriebseinheit auf eine Walze (hier nicht gezeigt). Die Spindel 500 ist Teil einer Komponente 210 in Form der Antriebseinheit, die an einem Prozessablauf in einer hüttentechnischen Anlage 200 beteiligt ist. Die Spindel 500, die vergrößert in den Vordergrund der 2 heraus gezoomt ist, wird als Verursacher einer Prozessstörung in der Anlage 200 beispielhaft dargestellt. So wie in 2 gezeigt, bekommt ein Bediener auf der Bildanzeigeeinheit 400, siehe in 1, eine Prozessstörung und in einer Meldezeile die Prozesswerte angezeigt. Das Bedienpersonal kann die dreidimensionale grafische Darstellung der Spindel 500 animieren und in ihren Eigenschaften wie Größe, Farbe, Skalierung etc. gezielt verändern. Weiterhin kann das Bedienpersonal die Spindel 500 bezüglich ihrer Ansicht so drehen, dass die Stelle an der die Ursache für die Prozessstörung vermutet wird, deutlicher erkennbar wird. Jetzt kann das Bedienpersonal über die automatisch in einem Pop-up-Fenster 600 angezeigte Material- und Dokumentennummer 610 weiterführende Informationen, wie z.B. Wartungsanweisungen, abrufen. Diese Zusatzinformationen bekommt das Bedienpersonal dann ebenfalls auf der Bildanzeigeeinheit 400 angezeigt, kann sie direkt studieren und für eine Problemlösung auswerten. Neben diesen aktuellen Zusatzinformationen nutz das Bedienpersonal die Möglichkeit, auf die Prozesswerte aus der dritten Datenbank zuzugreifen. Das Bedienpersonal leitet den Backtracking-Algorithmus ein, der eine Selektion der gespeicherten Prozesswerte aus der Vergangenheit im Hinblick auf die Ursache der Prozessstörung vornimmt und auf der Bildanzeigeeinheit für das Bedienpersonal anzeigt. Das Bedienpersonal analysiert diese erste Teilmenge der gespeicherten Prozesswerte zwecks Ermittlung einer Ursache für die festgestellte Prozessstörung und wiederholt den Algorithmus solange bis die Ursache für die Prozessstörung gefunden ist. Anschließend veranlasst das Bedienpersonal die Beseitigung der Störung.
3 zeigt eine Zeitachse für den Backtracking-Algorithmus. Der Algorithmus läuft derart ab, dass für ein erstes Zeitintervall T_i (mit i = –1) eine erste Teilmenge der gespeicherten Prozesswerte der Anlage (200) selektiert wird. Das Zeitintervall T_–1 liegt unmittelbar vor dem Zeitpunkt t₀ zu dem die Prozessstörung aufgetreten ist. Diese erste Teilmenge der Prozesswerte wird dem Bedienpersonal auf der Bildanzeigeeinheit (400) angezeigt und das Bedienpersonal analysiert die Prozesswerte, um die Ursache für die Prozessstörung zu ermitteln. Diese Verfahrensschritte werden sukzessive mit den Prozesswerten aus den Zeitintervallen T_–1 bis T_–i, die alle vor der Prozessstörung zum Zeitpunkt t₀ liegen, solange wiederholt, bis die Ursache festgestellt werden kann. Dann wird die Beseitigung der Prozessstörung von dem Bedienpersonal eingeleitet.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
200: hüttentechnische Anlage
210: Komponenten der Anlage
220: Detektoren/Sensoren
300: Auswerteeinrichtung
310: erste Datenbank
320: zweite Datenbank
330: dritte Datenbank
340: Filtereinrichtung
350: CAD-System
400: Bildanzeigeeinheit
500: Spindel
600: Pop-up-Fenster
610: Material- und Dokumentennummer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10345886 [0004]
EP 1085390 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SPS, „Materialflussautomation erfordert Flexibilität“, Ausgabe 5 + 6, 2003, Seite 114 [0003]

Claims

Verfahren zur Visualisierung eines Prozessablaufes in einer hüttentechnischen Anlage (200), aufweisend folgende Schritte: – Bereitstellen von Komponenten (210) der Anlage (200) in dreidimensionaler grafischer Darstellung in einer ersten Datenbank (310); – Ermittlung von Prozesswerten in Echtzeit, die während des Betriebs der Anlage (200) anfallen; – Auswerten der aktuell ermittelten Prozesswerte und automatisches Feststellen einer eventuell vorliegenden Prozessstörung zu einem Zeitpunkt t₀, wenn die aktuell ermittelten Prozesswerte außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegen; – Automatisches Anzeigen einer festgestellten Prozessstörung und der von der festgestellten Prozessstörung betroffenen Komponenten (210) der Anlage (200) aus der ersten Datenbank (310) auf einer Bildanzeigeeinheit (400) in dreidimensionaler grafischer Darstellung, gekennzeichnet durch – Speichern der in Echtzeit ermittelten Prozesswerte in einer dritten Datenbank (330) unabhängig davon, ob eine Prozessstörung festgestellt wird oder nicht; Im Falle einer festgestellten Prozessstörung: – Selektieren und Anzeigen einer ersten Teilmenge aus den gespeicherten Prozesswerten, die in ein erstes Zeitintervall T_i (mit i = –1) vor dem Zeitpunkt t₀ fallen; – Analysieren der selektierten Prozesswerte zwecks Ermittlung einer Ursache für die festgestellte Prozessstörung; und wenn die Ursache im zuletzt analysierten Zeitintervall T_i nicht gefunden wurde, dann: – Sukzessive Wiederholung der Verfahrensschritte Selektieren und Analysieren für i = i – 1, solange bis die Ursache für die Prozessstörung festgestellt wurde; und wenn die Ursache für die Prozessstörung gefunden ist, dann – Beseitigung der Prozessstörung einleiten.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Prozesswerte in der dritten Datenbank (330) zusammen mit der sie betreffenden Komponente (210) der Anlage (200) abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitintervalle T_i vorzugsweise gleichlang sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Ursache für die festgestellte Prozessstörung die ermittelten Prozesswerte für die Zeitintervalle T_i und die von der Prozessstörung betroffenen Komponenten (210) auf der Bildanzeigeeinheit (400) angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die zu den betroffenen Komponenten (210) zugehörige Material- und Dokumentennummern (610) auf der Bildanzeigeeinheit (400) angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Material- und Dokumentennummern (610) in einer zweiten Datenbank (320) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Datenbank (320) weiterführende Informationen wie Bedienungsanleitung und/oder Wartungsanweisung zu jeder Komponente (210) der Anlage (200) abgespeichert werden und von dem Bedienpersonal abgerufen werden können.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildanzeigeeinheit (400) in Form eines 3D-fähigen Displays ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten, angezeigten Prozesswerte und die angezeigten von der Prozessstörung betroffenen Komponenten (210) der Anlage (200) durch Bedienpersonal mit einer Passivbrille auf dem 3D-fähigen Display zur genauen Ursachenforschung betrachtet werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Darstellung der betroffenen Komponenten (210) der Anlage (200) durch das Bedienpersonal mittels Zoomen und/oder Drehen auf dem 3D-fähigen Display dynamisiert und animiert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Komponenten (210) der Anlage (200) repräsentierenden Daten aus der ersten Datenbank (310) in einem vereinbarten, standardisierten Ausgabeformat übermittelt werden.
Vorrichtung (100) zur Visualisierung eines Prozessablaufs in einer hüttentechnischen Anlage (200), umfassend: – eine erste Datenbank (310) zum Abspeichern von Komponenten (210) der Anlage in dreidimensionaler grafischer Darstellung aus einem CAD-System (350); – Detektoren und/oder Sensoren (220) zum Ermitteln von Prozesswerten in Echtzeit, die während des Betriebs der Anlage (200) anfallen; – eine Auswerteeinrichtung (300) zum automatischen Auswerten der aktuell ermittelten Prozesswerte und zum Feststellen einer eventuell vorliegenden Prozessstörung zum Zeitpunkt t₀, wenn die aktuell ermittelten Prozesswerte außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegen; – Bildanzeigeeinheit (400) zum automatischen Anzeigen einer festgestellten Prozessstörung und der von der festgestellten Prozessstörung betroffenen Komponenten (210) der Anlage (200) in dreidimensionaler grafischer Darstellung aus der ersten Datenbank (310), gekennzeichnet durch – eine dritte Datenbank (330) zum Speichern der in Echtzeit ermittelten Prozesswerte; und – eine Filtereinrichtung (340) zum selektiven Bereitstellen der Prozesswerte aus der dritten Datenbank (330) aus einem vorgegebenen Zeitintervall T_i als Filterkriterium.
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein CAD-System (350) in Verbindung mit der ersten Datenbank (310) zum Bereitstellen und Aktualisieren von Komponenten (210) der Anlage (200) in dreidimensionaler grafischer Darstellung.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildanzeigeeinheit (400) ein 3-D fähiges Display ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Passivbrille zum Betrachten der Anlagen (200) und/oder der Komponenten (210) der Anlage (200) durch Bedienpersonal in Verbindung mit dem 3D-fähigen Display zur Ermittlung der genauen Ursache für die Prozessstörung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine zweite Datenbank (320) zum Abspeichern von Zusatzinformationen zu den jeweiligen Komponenten (210) der Anlage (200).
Computerprogrammprodukt mit einem Datenträger und einem auf dem Datenträger gespeicherten Computerprogramm, welches geeignet ist, auf einem Computer/Mikroprozessor abzulaufen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.