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