VERFAHREN UND SYSTEM ZUR ERMITTLUNG VON ZUSAMMENHÄNGEN ZWISCHEN ERFASSTEN PRODUKTFEHLERN UND ERFASSTEN ZUSTANDSVARIABLEN EINER PRODUKTIONSANLAGE PROCESS AND SYSTEM FOR DETERMINING RELATIONSHIPS BETWEEN DETECTED PRODUCT DEFECTS AND DETECTED STATE VARIABLES OF A PRODUCTION PLANT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Optimierung eines Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugendenThe invention relates to a method and a system for optimizing a production process in a metal-producing production plant
Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oder Fertigerzeugnissen, insbesondere zur Überwachung von Produktqualitäten von gewalzten oder geschmiedeten Metallerzeugnissen. Industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products, in particular for monitoring the product quality of rolled or forged metal products.
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 nachgelagertenThe invention generally relates to a plant in the iron and steel industry, such as a plant in the metal-producing industry, the non-ferrous (non-ferrous) or steel industry, or master alloy production. Examples of such industrial systems are blast furnaces, direct reduction systems, electric arc furnaces, converters or systems for ladle processes, systems for primary or forming of metals such as continuous or billet casting systems and hot and / or cold rolling systems, or upstream or downstream of these systems
Anlagen wie beispielsweise Öfen, z. B. Wiedererwärmungs- oder Halteöfen, Adjustageeinrichtungen, Beschichtungslinien, Kühlstrecken, Beizen oder Glühen. Systems such as ovens, e.g. B. reheating or holding furnaces, finishing facilities, coating lines, cooling sections, pickling or annealing.
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. The products manufactured in the production plant are subject to certain quality fluctuations, for example caused by external influences, quality differences in the raw material, wear and tear of individual components of the production plant or similar impairments of the production process in the production plant. For the further processing of the manufactured product, however, compliance with the specified product qualities is imperative, since otherwise the manufactured product is not suitable for the intended use. In order to ensure a given product quality of the products manufactured in the production plant, it is known to monitor the state variables of the production plant and to intervene in the production process if the state variables deviate from given areas in order to ensure the given product quality. State variables of the production plant include, for example, the following process parameters: pressure, temperature, speed, forces, torques, damage, vibrations, functional impairments, cooling performance, rolling parameters, device and / or component wear, contamination, buildup, or the like. The aim is to avoid state variables, that have a negative impact on product quality. For this purpose, models of the production process running in the production plant are often used in order to determine the specified ranges of state variables.
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. It is also known from the prior art to monitor the product quality of the products manufactured in the production facility. Depending on the type of product quality to be monitored and the production and / or testing process, monitoring takes place continuously or randomly. The surface of a manufactured product can often be checked by means of continuous monitoring using camera systems, while checking for inclusions regularly includes taking a sample and checking the sample manually or automatically. The aim is to identify products that do not meet the specified product quality so that they can be sorted out.
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; However, automatic monitoring of product quality in a production plant in the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of flat products or finished products is difficult to implement for the following reasons: Different error groups must be used for different product surfaces (glossy, matt, smooth, rough, etc.) can be recognized can, which requires differentiated device settings and costly additional equipment;
Detektions- und Klassifikationsparameter müssen kontinuierlich gepflegt und an sich ändernde Anforderungen (z.B. neue Kundenanforderungen) angepasst werden; Detection and classification parameters must be continuously maintained and adapted to changing requirements (e.g. new customer requirements);
Vibrationen in der Produktionsanlage (z.B. Bandschwingungen) oder Unplanheiten können nur bedingt verkraftet werden; Vibrations in the production system (e.g. belt vibrations) or unevenness can only be tolerated to a limited extent;
Öl- und Emulsionsnebel beeinträchtigen optische Systeme; undOil and emulsion mist affect optical systems; and
Kontrastarme Fehler können nur bedingt automatisch erfasst werden, so werden beispielsweise Kaltwalzabdrücke von Sendzimir-Walzgerüsten aktuell noch durch einen Kontrolleur manuell erfasst. Low-contrast errors can only be recorded automatically to a limited extent; for example, cold roll marks from Sendzimir roll stands are currently still recorded manually by an inspector.
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; Limits and disadvantages of manual control by an inspector in the context of a continuous or random check are, for example: 100% surface control of all manufactured products, such as belts, in high-performance production systems with coupled inspection and production is due to the high process speeds of e.g. up to 130 m / min not possible; the entire defect classification is based on a subjective defect classification without reproducible parameters; decreased control performance on textured surfaces;
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. Risk of changeable quality standards in the assessment due to fatigue; in the case of random checks at discrete points, errors can be overlooked; and when measurements are taken by a person being measured, their personal characteristics are added, in particular specialist knowledge, manual skills, experience, current physical / psychological state.
Alle vorgenannten Einflussgrößen können Fehlerursachen sein, wodurch systematische oder zufällige Messfehler entstehen können. All of the aforementioned influencing variables can be causes of errors, which can result in systematic or random measurement errors.
Im Folgenden wird der technologische Flintergrund anhand einer Oberflächenprüfung von Flachprodukten beispielhaft aufgezeigt. In the following, the technological background is shown as an example using a surface test of flat products.
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. An essential quality feature of rolled and forged products is the surface quality. The surface structure is set and influenced at numerous process stages in steel production. The surface is therefore tested in numerous process stages - from slab and hot strip to processes in the cold rolling mill such as pickling, rolling, annealing and coating.
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. The test task is to check the surfaces of steel belts for damage, soiling and other irregularities. This check can take the form of a random check on the belt, e.g. B. every umpteenth band per melt or production lot as well as in further, differently defined intervals. This test can be carried out seamlessly from the beginning of the strip to the end of the strip (100 percent control of the random sample) or at discrete points, such as the control of the beginning and end of the strip after cold strip scratching.
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 KontrolleSince in the area of the cold rolling mill even the smallest changes in the surface structure can lead to reworking and rejects, and such deviations can often not or only very poorly be recognized with the naked eye under normal ambient conditions, various methods and systems are used to deal with both metallurgical and production-related To be able to determine defects according to the respective production stage. These are: 1. Surface inspection with special light sources: purely optical inspection
2. Werkerprüfung mit Abziehstein: in der Regel beschränkt auf Stichprobenprüfung 2. Worker inspection with a whetstone: usually limited to random sample inspection
3. Optische Oberflächeninspektionssysteme: Moderne Oberflächeninspektionssysteme erlauben heute eine weitgehende3. Optical surface inspection systems: Modern surface inspection systems today allow extensive
Automatisierung der Oberflächenprüfung mit Hilfe digitaler Kamerasysteme und geeigneter nachgeschalteter Datenverarbeitung. Automation of the surface inspection with the help of digital camera systems and suitable downstream data processing.
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 derIn particular in the inspection stands of rolling and strip processing plants that work with endless strips (e.g. preparation lines) or even fully continuous (e.g. galvanizing lines), continuous testing of the
Bandoberfläche durchgeführt. Belt surface carried out.
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. Conventional surface inspection involves a visual inspection (often referred to as a "visual inspection"); H. In an inspection stand or booth, the conveyor belt is subjected to a visual surface inspection by experienced personnel. Detected surface defects are classified by the inspector and entered into the accompanying defect log using the manual input desk, which is then available for subsequent evaluation and processing.
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. With the automated surface inspection (OIS), the strip surface is recorded online by cameras with high resolution and all defects are detected (detecting anomalies), classified (depending on the type of surface defect, e.g. scratches, marks, ...) and documented . Suspect areas of the tape are stored as an image and, after evaluation, provide a large number of features, on the basis of which the recorded areas are divided or classified into (defect) classes.
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. In the steel industry, the surface quality of strips is increasingly automated with the help of automatic surface inspection systems (OIS) carried out. This already applies to pickled, continuously annealed, hot-dip galvanized products and, to a lesser extent, to hot-rolled products.
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. Based on this prior art, the invention is based on the task of improving the checking of product qualities of semi-finished products or finished products produced in a production plant in the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry and, on the basis of the checking of the product quality, of the production process in to optimize the production plant.
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, The object is achieved according to the invention by a method for optimizing a production process in a production plant in the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products, in particular for monitoring product qualities of rolled or forged metal products, comprising the steps: Acquisition of state variables of the production plant,
Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte, und Detecting product defects in the products manufactured in the production facility, and
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. Determination of connections between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant, monitoring of the state variables of the production plant in the future manufacture of products and comparison with the state variables of the determined connections between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant, and adaptation of the recording of product defects of the products manufactured in the production plant in the future if the comparison of the monitored state variables of the production plant in the future manufacture of products with the state variables of the determined relationships provides a sufficient correspondence between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant.
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 a first step of the method according to the invention, state variables of the production plant are recorded. State variables within the meaning of the invention include process variables, machine and apparatus-related state variables in the system, system, process and / or model parameters, characteristic values or the like. A condition monitoring system can be used to record the status variables. This step includes, in particular, the monitoring of the process automation of the production plant.
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. In a second step, product defects in the products manufactured in the production facility are recorded. The detection of product defects usually takes place when the product quality achieved is checked, i.e. in the area of quality testing.
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. According to the invention, relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant are determined. The method according to the invention thus determines which recorded state variables have an influence on recorded product defects. As a result, an effective cycle is created between condition monitoring and quality inspection.
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. During the future manufacture of products, the state variables of the production plant are monitored. The status variables recorded in this way can, as described above, be related to the correspondingly recorded product defects. In particular, the status variables recorded during the future manufacture of products are compared with the status variables of the determined relationships between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant. The product qualities determined by the quality inspection, in particular the recorded product defects, are reported back to the condition monitoring system. The feedback of the information is a feedback (feedback loop). It includes the feedback of realized product qualities, in particular of quality features and product defects.
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. If the comparison of the monitored status variables of the production plant in the future production of products with the status variables of the determined relationships between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant provides a sufficient match, the recording of product defects in the production plant is adjusted. If status variables occur in future production which essentially correspond to status variables from previous productions to which product defects have already been assigned, then the current detection of product defects can be matched to this specific product defect. According to the invention, the detection of product defects is improved in the context of the quality check. In particular, this improves the accuracy and the speed of the detection of product defects.
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. By comparing the status variables from the condition monitoring system with the status variables from the already determined relationships between status variables and product defects and adapting the recording of product defects in the quality inspection, a feedforward loop is created which provides a prognosis of probable product defects. Information about expected product defects, such as, for example, the type of defect and / or the defect location, can be provided to the quality inspection system in advance, before the manufactured product, such as a coil, reaches the quality inspection. Since the information on the expected product defect was made available to the quality inspection in advance, the inspection process can be tailored to this, for example by means of more targeted metrological recording and fault detection. According to the invention, an active circuit with a closed information flow via the feedbackward and feedforward loops is thus created. The method according to the invention thereby enables the quality for finding and measuring product defects (quality defects) and / or the quality of the interpretation of status information about machines, systems and their components to be influenced and / or optimized in a targeted manner. The basic idea of the method according to the invention is to link the identification of quality-relevant, machine condition-related deviations by a condition monitoring system with the processes for measuring product defects (quality defects), in particular the test processes, using the previously described operating cycle. An integrative method is thus created for online assessment of the effects of process deviations due to the machine condition with regard to the required product quality, as well as an optimization of the targeted metrological recording during quality testing through defined test features and to improve the analysis, diagnosis and / or prognosis quality of condition monitoring Systems, for example by optimizing threshold values.
Der Zusammenhang zwischen messtechnisch erfasster Größe und zu diagnostizierende Größe (Zustandsvariable und/oder Produktfehler) kann dabei unterschiedlich gebildet werden The relationship between the measured quantity and the quantity to be diagnosed (status variable and / or product error) can be formed differently
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 the simplest case, (additional) sensors are installed for the variable to be diagnosed, for direct status control (e.g. optoelectronic sensors such as a video camera for monitoring the function of cooling nozzles).
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) In many cases, a direct measurement of the variable to be diagnosed (condition control) is not possible, so that one has to rely on indirect features and draw conclusions about the condition of the machine or one of its components. For example, it is usually not possible to measure the state of wear on gear drives directly ("assessment without dismantling"). In such a case, one has to rely on signals that are related to the variable to be diagnosed, such as those coming from a transmission and are related to the state of wear of the gear transmission. In the case of the gear drive of a drive, such a signal is represented by the vibrations that arise during operation, which are recorded by vibration sensors (additional sensors and machine-internal sensors)
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 erfasstenFurthermore, non-measurable quantities can be derived by means of some measurable quantities in combination with mathematical processes from very different subject areas: from the classic parameter estimation processes (e.g. condition observer), traditional control technology, as well as indirect measurement processes and model-based measurement technology, via data-based modeling / identification (including Soft sensors and neuro-fuzzy methods) to tree search methods from computer science. According to a preferred variant of the invention, the method comprises the step of adapting the setting method in the production plant in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects. For this purpose, the product quality determined by the quality inspection, in particular the recorded product defects, is reported back to the condition monitoring system. The reported product quality can be compared by the condition monitoring system with a previous prognosis (calculation / model) of a product quality by the condition monitoring system. A predicted product quality is therefore compared with an achieved product quality. On the basis of the comparison, the setting method in the production plant can be adapted in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects. In this way, the quality of the interpretation of status information about machines, systems and their components can be optimized. In a variant of the invention, the method comprises the step of maintaining the production plant in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects. If the method according to the invention identifies state variables which result in a certain product defect and if the state variables can be avoided by repairing the production plant, then the production plant is repaired accordingly in order to avoid the state variables and the resulting product defects in manufactured products. According to an advantageous variant, the method according to the invention comprises the step of improving a model for specifying parameters for the manufacturing method in the production plant on the basis of the determined relationships between the detected product defects and the detected ones
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 erfasstenState variables of the production plant. It is known from the prior art to predict parameters for a production method in a production plant by means of a model. This is intended to optimize the production process in the production plant, in particular by predicting parameters for the manufacturing process, taking into account target criteria such as product quality. The relationships determined by the method according to the invention between the detected product defects and the detected one
Zustandsvariablen der Produktionsanlage werden gemäß dieser Variante zur Verbesserung des Modells herangezogen. According to this variant, state variables of the production plant are used to improve the model.
In einer erfindungsgemäßen Variante betrifft das Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage einen oder mehrere der folgenden Parameter: Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Kräfte, Drehmomente, Beschädigungen,In a variant according to the invention, the detection of state variables of the production plant relates to one or more of the following parameters: pressure, temperature, speed, forces, torques, damage,
Vibrationen, Funktionsbeeinträchtigungen, Kühlleistung, Walzparameter, Geräte- und/oder Bauteilabnutzung, Verschmutzungen, Anhaftungen, oder dergleichen.Vibrations, functional impairments, cooling performance, rolling parameters, device and / or component wear, dirt, buildup, or the like.
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. According to a variant of the invention, the recording of status variables of the production plant takes place by means of suitable sensors, automatic or manual test methods, manual tests by an operator, or the like. The Sensors are designed in particular for direct or indirect measurements of state variables. In the case of an indirect measurement, a parameter or state of the production plant is measured, from which the state variable is derived. According to an expedient variant of the invention, the detection of product defects in the products manufactured in the production plant relates to one or more of the following defect parameters: type of defect, location of the defect, size of the defect, or the like.
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. In an expedient variant according to the invention, product defects in the products manufactured in the production facility are detected by means of surface inspections, chemical analyzes, sampling, Fland measuring devices, visual inspections, measuring devices, test devices or the like.
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 derAccording to an advantageous variant according to the invention, the adaptation of the detection of product defects of the products manufactured in the production plant in the future takes place in that a targeted search is made for product defects that are related to the detected state variables of the
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. Production plant for the future production of products. A product defect in the manufactured product is therefore no longer only searched for in general, but rather a specific product defect is searched for in particular.
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. According to a particularly preferred variant, the detection of product defects in the products that will be manufactured in the production facility in the future is adapted in that the detection is focused on certain defect parameters. Error parameters are, for example, the type of error, location of the error, error pattern, or the like. In the case of manual quality control, in particular, the indication of the probable fault location is an important information, since the inspector does not have to check the entire manufactured product, but can concentrate on the probable fault location. But also with one Automatic quality control, the location and type of error are important information, since, for example, the automatic error detection can be focused accordingly.
In einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte: In a particularly advantageous variant according to the invention, the method further comprises the steps:
Speichern der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage über die Laufzeit der Produktionsanlage, und Saving the recorded status variables of the production plant over the runtime of the production plant, and
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. Compare the stored status variables with status variables assigned to a newly detected product defect. As a result, product defects found later in the value chain can also be associated with the state variables recorded at the time of manufacture. By storing the recorded state variables, the detection of the product defects, i.e. the quality check, can take place with a time delay and thus also locally independent of the manufacture of the product.
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. According to an advantageous variant of the invention, in addition to the status variables, further information on the manufactured product is stored, such as product identifiers, product recipients, storage location, delivery information, required product quality, or the like. Thus, if a product defect is subsequently assigned to status variables recorded, the product that has already been manufactured can be identified and, in particular, its current location can be more easily determined.
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. According to an expedient variant, the method comprises the identification of a product that has already been manufactured if the comparison of the stored status variables with status variables assigned to a newly detected product defect has yielded one or more hits. The already manufactured product identified in this way can be checked for the newly recorded product defect and possibly sorted out from the subsequent value chain or sent to alternative further processing.
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. In a further variant according to the invention, the method comprises the step of recording the type and / or product properties of the product manufactured in the production facility. The type of product manufactured differentiates, for example, between rolled products (strips, sheets) and long products (pipes, profiles / beams, wire). Product properties are, for example, geometry, material alloy, mechanical properties, surface, or the like. According to an advantageous variant of the invention, the method includes the step of taking into account the detected type and / or product properties of the product manufactured in the production plant when determining the relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant. The relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant are therefore recorded separately for different product types and / or product properties. This increases the accuracy of the method according to the invention, since the same state variables for different product types and / or product properties do not necessarily result in the same product defect, or a product defect is not essential for every product type and / or product characteristic.
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. According to an expedient variant of the invention, the detection of state variables of the production plant and the detection of product defects in the products manufactured in the production plant take place spatially separately. The detection of product defects during the quality inspection is thus carried out in a different part of the plant than the actual production of the product to be manufactured. In this way, for example, the production plant avoids influencing the detection of the product defects. In this variant, the connection between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant is determined with a time delay, since the The manufactured product must first be transported to the quality inspection to record the product defects. Only after the product defects have been recorded can the relationships to the recorded state variables of the production plant be determined. In an expedient variant of the invention, production in the production plant takes place in several plant parts, the method according to the invention being carried out in each plant part and / or for the entire production plant. The status variables can be recorded in one or more parts of the system. Also, after each or part of the system parts, product defects in the (intermediate) product manufactured at that point in time can be detected. The corresponding recorded status variables and recorded product defects can each be taken into account individually over a plant section or variably over several plant sections and / or the entire production plant when determining the relationships. For this purpose, the system parts expediently exchange information on the recorded and / or ascertained data with one another and / or with a central data processing device.
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, einAccording to an advantageous variant according to the invention, the method comprises the step of transmitting the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant to a production planning system of the production plant
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 desProduction control system of the production plant or other systems of the production plant that can evaluate and / or utilize the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant. The determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant are therefore used to further optimize the
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. The production process in the production plant is transmitted to other systems in the production plant, which take the determined relationships into account for optimization. According to an expedient variant of the invention, the method comprises the step of outputting a warning message, a proposed measure, an instruction or the like to an operator, a subsystem of the production plant or a further processing device when a product defect is detected.
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 dieIn an advantageous variant, the method according to the invention comprises the step of adapting the further processing in order to maintain product quality after the further processing. If product defects are detected in the quality check, the method according to the invention tries to adapt the further processing of the product so that the
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. Quality requirements for the product are met after further processing. Otherwise, the further processing is stopped and the product with the detected product defect is sorted out or sent to another further processing for a product with quality requirements, the quality requirements of which can still be met despite the detected quality defect.
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 wennAccording to a further advantageous variant of the invention, the method includes the step of defining permissible ranges for the state variables of the production plant and outputting a warning message if
Zustandsvariablen außerhalb der definierten Bereiche erfasst werden. Die Warnmeldung an andere Systeme der Produktionsanlage ausgegeben werden, so dass entsprechende Maßnahmen zur Einhaltung der zulässigenState variables outside the defined areas are recorded. The warning message is issued to other systems in the production facility, so that appropriate measures to comply with the permissible
Zustandsvariablen ausgeführt werden können. State variables can be executed.
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. According to an expedient variant, the defined permissible ranges are adapted, in particular continuously, on the basis of the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant.
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: The object is also achieved by a system for optimizing a production process in a production plant in the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of Semi-finished or finished products, in particular for monitoring the product quality of rolled or forged metal products, including:
Sensoren zum Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage und/oder Schnittstelle zu einem Produktionsüberwachungssystem derSensors for detecting state variables of the production plant and / or interface to a production monitoring system of the
Produktionsanlage zum Empfangen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage, Production plant for receiving status variables of the production plant,
Qualitätsprüfung zum Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage hergestellten Produkte und/oder Schnittstelle zu einem Qualitätsprüfungssystem zum Empfangen von Produktfehlern der in derQuality inspection for recording product defects in the products manufactured in the production facility and / or interface to a quality inspection system for receiving product defects in the
Produktionsanlage hergestellten Produkte, und Production plant manufactured products, and
Recheneinrichtung zum Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage, Überwachen der Zustandsvariablen der Produktionsanlage mittels derComputing device for determining relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant, monitoring the state variables of the production plant by means of the
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 Sensors or via the interface to the production monitoring system in the future production of products and comparing with the state variables of the determined relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production system by means of the computing device, and
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 erfasstenAdjustment of the quality check for the detection of product defects of the products manufactured in the production plant in the future if the comparison of the monitored state variables of the production plant in the future manufacture of products with the state variables of the determined relationships between the detected product defects and the detected ones
Zustandsvariablen der Produktionsanlage eine hinreichende Übereinstimmung liefert.
In einer zweckmäßigen Variante ist das erfindungsgemäße System zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. State variables of the production plant provide a sufficient match. In an expedient variant, the system according to the invention is designed to carry out the method according to the invention.
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. The production monitoring system is also referred to as a condition monitoring (CM) system. All components, systems and the like of the system according to the invention are expediently networked with one another, for example by means of a wired or wireless communication network.
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. The system comprises sensors for detecting status variables of the production plant or an interface to a production monitoring system of the production plant for receiving status variables of the production plant. The status variables are recorded, for example, by machine and / or process monitoring, which are part of an automation system of the production plant. The machine and / or process monitoring or the automation system is expediently coupled to a so-called condition monitoring system.
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 einfachenThe quality check for detecting product defects in the products manufactured in the production facility or the interface to a quality control system for receiving product defects in the products manufactured in the production facility include facilities at a test location for quality measurement and / or quality testing. The facilities for quality measurement and / or quality testing range from simple
Handmessmittel bis hin zu komplexen Messeinrichtungen und vonHand measuring equipment up to complex measuring devices and from
Messvorrichtungen bis zur Sichtprüfung. Vorzugsweise umfassen Einrichtungen soweit möglich eine Automatisierungslösung. Measuring devices up to visual inspection. As far as possible, devices preferably comprise an automation solution.
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. The data from the sensors and the quality check are evaluated by a computing device to determine relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant. The computing device has in an inventive Variant Access to a quality information system such as a quality database for evaluating tape logs, historical data (coil files) and / or archives for result and / or quality data, for example. This data is available, for example, in a quality management system (QMS tools, quality information or CAQ systems) and / or in BDE protocols in production planning systems (level 3 systems, PPS systems, MES systems). The computing device is preferably integrated in the aforementioned condition monitoring system, which in turn is coupled with the machine and / or process monitoring or the automation system. An exemplary system according to the invention combines a condition monitoring system with the measurement and testing of quality features and has access to a system with quality data, such as a quality management system (QMS tools, quality information or CAQ systems) and / or to a production planning and control system ("PPS systems", "MES systems"). The condition monitoring system with the corresponding sensors and the networking with the plant automation system collects and interprets the data on the status of the process as well as of machines, plants and their components.
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. The aforementioned components are networked with one another for data exchange. The quality test can also take place at several test locations, that is, spatially and / or temporally distributed. The data are then preferably processed centrally by the computing device.
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. The location of the machine and process monitoring (where quality defects arise) and the test location can be located at different distances from one another. The location of the test can be close to the machine, e.g. B. the measurement takes place during the process (inline and online measurement), or remote from the machine, e.g. B. Measurement takes place separately in special laboratory equipment / measuring room. Furthermore, the measuring and testing process can also be used in subsequent processes within the further processing in the factory for steel production or non-ferrous metal production take place or within the value chain of steel users and sheet metal processors or non-ferrous metal processors.
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. The object is also achieved by a computer program comprising commands which, when the program is executed by a computer, cause the computer to execute the method according to the invention, in particular comprising commands which cause the system according to the invention to execute the method according to the invention.
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. The present invention, i.e. the method according to the invention, the system according to the invention and / or the computer program according to the invention enables, for example by means of the condition monitoring system described, a new functionality for online assessment of the effects of (A) process deviations caused by the machine state and (B) unfavorable combinations of Machine and process states with regard to the required product quality. As a result, sorting criteria in particular for "conspicuous strips" (in general: conspicuous rolled or forged products) are formulated and a corresponding warning message is generated.
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 dieThis is the starting point for the cycle of action according to the invention between the integrative condition monitoring system, measuring or testing system and / or measuring or testing process for quality measurement and the feedback options for verifying the condition monitoring system. In the case of an integrative condition monitoring system, the condition monitoring system is coupled to an automation system for process monitoring, which optionally includes at least partial machine monitoring. The types of error considered can be periodic and non-periodic errors. Examples of the causes of periodic errors are excitations proportional to the roll speed such as roll eccentricities or roll imbalances, non-periodic errors are caused, for example, by instability of the lubrication (eg change in the lubrication angle). When checking for quality errors, according to the invention, corresponding information on the type of error and the location of the error from the condition monitoring system is used. If this check is carried out for a quality feature that is checked continuously (e.g. as part of an automatic surface inspection of cold-rolled strips), the information from the condition monitoring system is used by the relevant test system (the OIS) in such a way that the software for Control of the measuring system (here the camera) the fault location and the type of fault during the quality inspection are recorded in a more targeted manner using measurement technology. Furthermore, this information should be used to
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. Evaluation software within the image processing chain, e.g. B. in the detection ("There is something"), the feature extraction and / or the classification ("It is a ...") to improve in order to achieve an optimized quality allocation.
Erfolgt die Prüfung im Rahmen einer Stichprobe oder außerhalb einer geplanten Stichprobe (gesonderte Prüfung), so kann der Inspekteur mit Hilfe der AngabenIf the inspection is carried out as part of a random sample or outside of a planned random sample (separate inspection), the inspector can use the information
(Coil-Nr. , betroffener Bandmeter, Fehlerart, ...) gezielt den Fehler suchenSearch specifically for the error (coil no., Affected strip meter, type of error, ...)
(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(confirmative analysis), since both the information about the type of error ("what should be searched for or discovered") and the error location ("where should be searched for") are available. Through a feedback (feedback loop) from the test process and the
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 ConditionInformation about the actually measured test result for the integrative condition monitoring system, the cycle of action of the system, method and / or computer program according to the invention is closed. This feedback loop from the test process - with information about the quality feature measured in each case - always exists, even if the condition
Monitoring System keine Warnung gegeben hat (in solch einem Fall sind die Schwellwerte nicht erreicht und ggf. zu hoch). Monitoring system has not given a warning (in such a case the threshold values are not reached and may be too high).
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. By connecting the information from the condition monitoring system about possible, expected quality errors (forecast / expectation calculation) with the A feedforward loop is created for the measurement or testing process and the cycle of action is formed. The products identified with the condition monitoring system or the relevant areas must now be checked by a test / measuring system (automated or by an expert / inspector), e.g. B. whether they are committee or not.
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. By means of the present invention, i.e. by means of the method according to the invention, the system according to the invention and / or the computer program according to the invention, conspicuous products such as ribbons can be found. For this purpose, the production is monitored for process deviations, in particular by determining quality-relevant process variables, for example in rolling mills and strip processing systems, and assigning product defects. Conspicuous products can, for example, be sorted out or monitored and / or treated separately in the subsequent manufacturing stages. Furthermore, inter alia By means of process restrictions (limit values for certain process parameters during the manufacturing process), the interaction between, for example, the machine and the production process running in the machine is mapped and taken into account.
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 automatischeThe present invention can also be used to optimize measurement processes and / or measurement methods. This can also include the activities of a measurement person. In particular, the present invention enables a more targeted metrological detection of product defects (quality defects) from subsequent inspection activities (tests). The more targeted metrological detection takes place, for example, by means of tuning / fine-tuning of hardware components and / or software of a measuring system, or by specifying / predicting the fault location and / or fault image, for example as a calibration module for line scan cameras. The indication of an error can be, for example, “chatter marks at a distance of x mm on the upper and / or lower side of the belt”. For example, time-based data is recorded and converted into length-related data. Like other measurement systems need automatic
Oberflächeninspektionssysteme eine Wartung: Detektions- undSurface inspection systems one maintenance: detection and
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-mathematischenClassification parameters must be maintained and adapted to changing requirements (e.g. new requirements from the automotive industry as a steel processor) so that they continuously achieve good results. So are z. B. Improvements of 30% of the inspection performance after a tuning of only three weeks on many OIS systems realistic. Tuning or fine-tuning of hardware components and / or software of a measuring system by means of the present invention is therefore advantageous. Furthermore, the accuracy of a condition monitoring system of the production plant can be increased by means of the present invention, in particular by sharpening threshold values of state variables of the production plant. The threshold values are sharpened (a) by training KI algorithms for diagnosis or prognosis of the CM system in the early learning phase (no historical data are yet available) using physical-mathematical ones
Simulationsmodellen, (b) durch den oben genannten WirkungskreislaufSimulation models, (b) through the above-mentioned cycle of action
(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). (Causal relationship, causal relationship) of the present invention. This is made possible by the feedback option of the active circuit between the CM system and the test processes. For example, it is recorded which errors have actually occurred, when certain threshold values are exceeded or also when they are not exceeded (= feedback loop for verification and optimization of the analysis, diagnosis and prognosis quality of the CM system).
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.A variant of the invention enables automatic recognition of process situations or machine states. Objective: To show which finished products (e.g. bundles) could also be affected.
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. Subsequent inspection of products in the warehouse (e.g. bundles in bundles). Complaints should be reduced, if necessary, complaint predictions should be derived. The online condition monitoring is additionally trained on the basis of the historical data with a known and verified classification. With this approach of a “non-static training phase” of the Condition Monitoring systems, the present invention is able to adapt to changed framework conditions. Changed framework conditions are, for example, the exchange of tools (rollers, molds, ...) or other machine components as well as the production of a wide variety of rolled products (steel types and their dimensional ranges), which have changed behavior (e.g. wear behavior of the tool or deformation behavior of the rolled product ) exhibit. This is synonymous with a large parameter space and great variability of the data, which must be covered. The present invention also offers the advantage of shortening fault distances, such as, for example, strip areas with a defective surface. This is a significant advantage, particularly in the case of production with an endless belt or in continuous operation. One example is the occurrence, detection and removal of impurities on the in-line skin pass mill of a galvanizing plant.
Die Länge der Fehlerstrecke hängt dabei ab von: The length of the fault path depends on:
(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 ?),(A) the time span between occurrence and first discovery of the error (e.g. at time t = t * for coil no.N, the error is detected on strip meter x *). This includes the time and space between the place of origin and the place of recording / testing. In addition, the measurement or test accuracy and the detection capability of the test method or of the tester for the types of defects in order to ensure reliable and timely defect detection (time span between measurement and perception “this is a defect”). (B) the response time for a correction: time for analysis (cause?),
Erkennung der erforderlichen Maßnahme und Durchführung der Maßnahme. Recognition of the required measure and implementation of the measure.
Die Verkürzung der Fehlerstrecke wird erfindungsgemäß erreicht durch
1. sichere und frühzeitigere Entdeckung mittels frühzeitig vorliegenden, verifizierten Informationen; betrifft Anteil (A) aufgrund einer Prognose, undThe shortening of the error distance is achieved according to the invention by 1. Safe and earlier detection using verified information available at an early stage; concerns proportion (A) based on a prognosis, and
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, der2. Shortening the response time; Part (B) can be shortened on the basis of a cause analysis of the invention. In addition to the cycle of action described above, the method, system or computer program according to the invention can be networked with other work areas of various operational organizational areas and / or their information systems (e.g. maintenance, the
Produktionsplanung, ...) oder weiterer Verfahrensstufen innerhalb der Metallherstellung und -Weiterverarbeitung bis zur Nutzung beim Metallanwender (horizontale Integration) erfolgen. Beispiele hierzu sind: Production planning, ...) or further process steps within metal production and processing up to use by the metal user (horizontal integration). Examples are:
• 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. • The flow of information and suggested measures to the maintenance department. This option should only be mentioned for the sake of completeness, since condition monitoring systems are traditionally used in maintenance areas.
• Die Information an die operative Produktion, z. B. an die Prozessführung, Level 2 (Bereich Produktion) und sowie Maßnahmenvorschläge zur Beseitigung des Fehlers. • The information to the operational production, e. B. to process management, level 2 (production area) and suggestions for measures to eliminate the error.
• Die Warnmeldung oder die verifizierte Warnmeldung über einen Qualitätsfehler sowie über den korrespondierenden Analgenzustand erhält ebenfalls die• The warning message or the verified warning message about a quality error as well as about the corresponding system status also receives the
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. Production planning (production area) and / or quality planning (quality assurance area). These evaluate this information with regard to the planned production of strips. For example, based on knowledge of quality defects and / or the degree of damage to components (cardan shafts, etc.), the load caused by the planned production sequence can be adjusted accordingly.
• 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. • When the system, method or computer program according to the invention is networked with a further processing stage (horizontal Integration), for example, depending on the predicted quality errors determined during the test process, an assistance system could be used to analyze whether the quality features can be influenced in the subsequent process steps by adapting the process parameters accordingly so that the required specifications can be adhered to. Since no rescheduling of production is required, this forecast tool can work independently within a level 2 system or a "level 2.5".
Ebenfalls kann der erfindungsgemäße Wirkungskreislauf für langperiodische Aufgaben innerhalb der zuvor genannten betrieblichen Organisationsbereiche angewendet werden. The cycle of action according to the invention can also be used for long-term tasks within the operational organizational areas mentioned above.
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.: Examples of such tasks are: performance analysis and monitoring of the production plant in the production area; Incident statistics and weak point analyzes in the area of maintenance, as well as long-term test data processing in the area of quality assurance. In the context of offline analyzes (medium and long-term considerations), further analysis of the causes of quality defects can be carried out, or evaluations and analyzes such as:
- häufen sich bestimmte Defekte auf Antriebs- oder Bedienseite? - wie ist das Verhältnis von schweren zu leichten Fehlern? - Do certain defects accumulate on the drive or operating side? - what is the ratio of major to minor errors?
- konnte die Produktqualität verbessert werden? - could the product quality be improved?
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. By means of these offline analyzes in combination with the present invention, an improved process optimization of the production system can take place through the improved correlation of process and quality data. Furthermore, these offline analyzes in combination with the corresponding long-term machine states, such as For example, the annual progression of damage to drive elements, process management and production planning can be optimized. The achievable goals are: long-term Avoidance of impermissible operating conditions, reduction of maintenance and material costs as well as increase of the service life of components and machines, while maintaining the required quality.
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. The system, method or computer program according to the invention provide the information technology basis for this purpose, with a simultaneous increase in the accuracy of the statements based on the verified information from the cycle of action that is now available at an early stage. As a result, the diagnostic reliability can be increased significantly and the forecast quality can be increased for the aforementioned applications.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen und weiteren Beispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments and further examples shown in the figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Optimierung eines1 shows a schematic view of a first embodiment of a system according to the invention for optimizing a
Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oderProduction process in a production plant of the metal producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the manufacture of semi-finished products or
Fertigerzeugnissen, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Optimierung einesFinished products, FIG. 2 shows a schematic view of a second embodiment of a system according to the invention for optimizing a
Produktionsprozesses in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der Nicht-Eisen-Industrie oder der Stahlindustrie zur Herstellung von Halbzeugen oderProduction process in a production plant of the metal producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the manufacture of semi-finished products or
Fertigerzeugnissen, und Finished products, and
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. 3 shows a detailed view of an embodiment of a production monitoring system in connection with an automation system of a production plant from metal producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products.
Fig. 1 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 derFig. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a system 1 according to the invention for optimizing a production process 2 in a production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products, in particular for monitoring product qualities of rolled products or forged metal products. The system 1 from FIG. 1 comprises sensors 4 for detecting status variables of the production plant 3. Furthermore, the system 1 from FIG. 1 comprises an interface to a production monitoring system 5, also referred to as a condition monitoring system, for sending / receiving status variables of the production plant 3 The production monitoring system 5 cooperates with an automation system 9 for controlling the production process 2 in the production plant 3. The sensors 4 can be part of the production plant 3 or in the immediate vicinity of the production plant 3 for recording the state variables of the
Produktionsanlage 3. Die von den Sensoren 4 erfassten Zustandsvariable werden beispielsweise über die Schnittstelle zum Produktionsüberwachungssystem 5 zur weiteren Verarbeitung übermittelt. Production plant 3. The state variables detected by the sensors 4 are transmitted, for example, via the interface to the production monitoring system 5 for further processing.
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. The system 1 from FIG. 1 further comprises a quality check 6 for detecting product defects in the products manufactured in the production plant 3 and an interface to a quality check system 7 for receiving product defects in the products manufactured in the production plant 3. In the exemplary embodiment shown, the quality check uses the quality check system 7 via an interface and receives the product defects detected by the quality check system 7 in the products manufactured in the production facility 3 via the interface. The quality testing system 7 can be a testing system 10 for controlling, implementing and / or evaluating the Include detection of product defects of the products manufactured in the production facility 3. As an alternative or in addition, the quality inspection system 7 can be based on the activities of a measurement person 11.
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).The system 1 according to the invention further comprises a computing device 8 which receives and or queries the status variables detected by the sensors 4 and / or the production monitoring system 5 and the product defects detected by the quality inspection 6 and / or quality inspection system 7. The computing device 8 is connected at least to these aforementioned components of the system 1 for the exchange of data, for example via a wired or wireless communication network (not shown).
Die Recheneinrichtung 8 ist zum Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 ausgebildet. The computing device 8 is designed to determine relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3.
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 derThe system 1 according to the invention monitors the state variables of the production plant 3 during the future production of products by means of the sensors 4 and / or via the interface to the production monitoring system 5. These state variables of the production plant 3 determined during the monitoring of the future production of products are combined with the state variables of the Correlations between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 by means of the
Recheneinrichtung 8 verglichen. Computing device 8 compared.
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 hinreichendeIf the comparison of the monitored status variables of the production plant 3 in the future production of products with the status variables of the determined relationships between the detected product defects and the detected status variables of the production plant 3 is sufficient
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: The quality check 6 for the detection of product defects in the products manufactured in the production plant 3 in the future is adapted. The system 1 according to the first exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 1 is designed to carry out a method according to the invention for optimizing a production process 2 in a production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products, in particular for monitoring the product quality of rolled or forged metal products. In particular, the method comprises the following steps:
Erfassen von Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3, Acquisition of state variables of the production plant 3,
Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte, und Detecting product defects in the products manufactured in the production facility 3, and
Ermitteln von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3,Determination of relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 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 Monitoring the state variables of the production plant 3 in the future production of products and comparing them with the state variables of the determined relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant 3, and
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. Adaptation of the detection of product defects of the products manufactured in the production plant 3 in the future if the comparison of the monitored state variables of the production plant 3 in the future production of products with the state variables of the determined relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant 3 provides a sufficient correspondence. The method according to the invention preferably further comprises the step of adapting the production method in the production plant 3 in order to avoid states with state variables which have a relationship have recorded product defects. This avoids repeated product errors that are generated by the same state variables.
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. In a further variant, the method includes the step of maintaining the production plant 3 in order to avoid states with state variables that are related to detected product defects.
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. According to a preferred variant, the method according to the invention further comprises the step of improving a model for specifying parameters for the manufacturing method in the production plant 4 on the basis of the determined relationships between the detected product defects and the detected state variables of the production plant 3.
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. DasThe detection of state variables of the production plant 3 includes in particular one or more of the following parameters: pressure, temperature, speed, forces, torques, damage, vibrations, functional impairments, cooling performance, rolling parameters, device and / or component wear, contamination, buildup, or the like. The
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. Detection of state variables of the production plant 3 takes place in particular by means of suitable sensors 4, automatic or manual test methods 6, manual tests by an operator 11, or the like.
Das Erfassen von Produktfehlern der in der Produktionsanlage 3 hergestellten Produkte umfasst beispielsweise einen oder mehrere der folgendenThe detection of product defects in the products manufactured in the production facility 3 includes, for example, one or more of the following
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. Error parameters: type of error, location of the error, size of the error, or the like. The detection of product defects in the products manufactured in the production system 3 takes place in particular by means of surface inspections, chemical analyzes, sampling, hand-held measuring devices, visual inspections, measuring devices, testing devices or the like.
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: The adaptation according to the invention of the detection of product defects of the products manufactured in the future in the production plant 3 takes place in that a targeted search is made for product defects that are related to the recorded state variables of the production plant 3 in the future Manufacture of products. The detection of product defects in the products manufactured in the production facility (3) in the future is adapted, for example, in that the detection is focused on certain defect parameters. In a particularly advantageous variant of the invention, the method further comprises the steps:
Speichern der erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 über die Laufzeit der Produktionsanlage 3, und Saving the recorded state variables of the production plant 3 over the running time of the production plant 3, and
Vergleichen der gespeicherten Zustandsvariablen mit einem neu erfassten Produktfehler zugeordneten Zustandsvariablen. Compare the stored status variables with status variables assigned to a newly detected product defect.
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. For this purpose, the system 1 comprises a storage device 12 which is connected to other components of the system 1 for data exchange, in particular to the computing device 8, the production monitoring system 5, the sensors 4 and / or the quality inspection system 7. In addition to the status variables, further information about the The manufactured product is stored, such as product identifiers, product recipients, storage location, delivery information, required product quality, or the like.
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. If the comparison of the stored status variables with status variables assigned to a newly detected product defect has delivered one or more hits, a manufactured product can be identified subsequently. The identified, already manufactured, product can then be checked for the newly recorded product defect.
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. According to an expedient variant, the method according to the invention records the type and / or product properties of the product manufactured in the production facility 3. The type of product manufactured differentiates, for example, between rolled products such as flat products (strips, sheets) and long products (pipes, profiles / beams, wire). Product properties are, for example, geometry, material alloy, mechanical properties, surface, or the like.
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. The recorded type and / or the recorded product properties of the product manufactured in the production system 3 can be taken into account when determining the relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production system 3. According to a variant according to the invention, the detection of state variables of the production plant 3 and the detection of product defects of the products manufactured in the production plant 3 take place spatially separately. The production plant 3 and the quality inspection 6 are therefore spatially separated.
Durch die räumliche Trennung erfolgt die Ermittlung von Zusammenhängen zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage 3 zeitlich verzögert. Due to the spatial separation, the connection between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 is determined with a time delay.
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. In a variant according to the invention, the multiple system parts exchange information on the recorded and / or ascertained data with one another and / or with the central data processing device 8. According to a particularly preferred variant of the invention, the method includes the step of outputting a warning message, a suggested measure, an instruction or the like to an operator, a subsystem of the production plant (3) or a further processing device when a product defect is detected. The method according to the present invention expediently additionally comprises the step of adapting the further processing in order to maintain product quality after the further processing. Furthermore, according to the invention, permissible ranges for the state variables of the production plant 3 can be defined and a warning message is output if state variables outside the defined ranges are detected.
Fig. 2 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. Fig. 2 shows a schematic view of a second embodiment of a system 1 according to the invention for optimizing a production process 2 in a production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of flat products or finished products, in particular for monitoring product qualities of rolled products or forged metal products. The second embodiment from FIG. 2 differs from the first embodiment from FIG. 1 in that quality data determined by the quality check are transmitted to a quality management system 13 and / or a production planning / control system.
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. Furthermore, the determined relationships between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 are transmitted, in this variant according to the invention, from the computing device 8, to the production planning system 14 of the production plant 3, the production control system 14 of the production plant 3 and / or the quality management system 13 of the production plant 3 . The determined relationships between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant 3 can be evaluated and / or used by these systems to optimize the production process in production plant 3 of the metal-producing industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of flat products or Finished products, in particular for monitoring the product quality of rolled or forged metal products.
Fig. 3 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. FIG. 3 shows a detailed view of an embodiment of a production monitoring system 5 in connection with an automation system 9 of a production plant 3 of the metal-producing companies Industry, the non-ferrous industry or the steel industry for the production of semi-finished or finished products.
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. It can be seen from FIG. 3 that the integrative production monitoring system 5 (condition monitoring (CM) system) determines the setpoints and / or control variables for the automation system 5, by means of which the automation system 9 controls the production process 2 in the production plant 3. For this purpose, the production monitoring system 5 uses, for example, simulations, models and / or expert knowledge. The setpoints and / or control variables can be determined either from the (i) condition monitoring system itself and / or from (ii) the automation system and / or with the help of (iii) additional simulations and models as well as expert knowledge.
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 empfangenenThe production monitoring system 5 receives the status variables (plant and process signals from the sensors 4 and the quality data (detected product defects) from the quality check 6. The production monitoring system 5 evaluates the received
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. State variables and quality data. In connection with the computing device 8, the relationships between the recorded product defects and the recorded status variables of the production plant 3 are determined in a training phase or, in normal operation, the status variables of the production plant 3 are monitored during the (future) manufacture of products and with the status variables of the determined correlations between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant 3 are compared.
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. If the comparison of the monitored status variables of the production plant 3 in the future production of products with the status variables of the determined relationships between the detected product defects and the detected status variables of the production plant 3 provides a sufficient match, a diagnosis is carried out according to FIG. 3, i.e. a search for possible mistakes. Furthermore, a short-term and / or long-term prognosis (prediction) and a short-term and / or long-term therapy (proposed measure) can be created.
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. The therapy suggestions can be recommendations that process parameters should be changed, for example with the current condition of the rollers (the bearings, the drive spindle, etc.) the desired or required quality is not achievable, please change the operating point of the control ", up to concrete specification of the setpoints and / or control variables.
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). The prognosis and / or therapy proposals can be based on special simulations and / or by using special models, such as B. Remaining lifetime models as well as based on expert knowledge. For example, by means of a simulation-based forecast, based on the observed past load changes, the values of future load changes for the production process can be forecast (simulation into the future).
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. If it is determined that the required product quality cannot be achieved with the current process parameters, (A) production in production plant 3 can be rescheduled, (B) the process parameters can be recalculated, or (C) the quality can be downgraded to the best possible quality become.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand konkreter Betriebsbeispiele näher erläutert. Allgemein gibt es in den betrachteten Produktionsanlagen prinzipiell zwei Ansätze zur Erfassung von Qualitätsmerkmalen: The invention is explained in more detail below with the aid of specific operating examples. In general, there are basically two approaches to recording quality features in the production systems under consideration:
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) 1. continuous recording by means of an online measurement method (this corresponds to a 100% test), if possible in the process sequence (often also referred to as inline test) 2. random sampling for (sample testing)
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): Example 1 - continuous testing In the following, the sequence is described using the example of a continuous test using an automatic surface inspection system (OIS) within a galvanizing line in a cold rolling mill, as an example of the application of the invention for continuous detection (100% test of the surface feature):
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. IA) There is a border crossing, z. B. for the vibration in the roll stand, determined for the first time. For example, at time t *, an overflow occurs for the first time in the condition monitoring system. The information about the bundle or coil no. , as well as the corresponding tape section (tape meter) is available in the condition monitoring system.
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. I B) There is a warning message about the process capability for the desired quality, i. H. there is a conspicuous band or a conspicuous band section with a possible quality problem.
Diese Warnmeldung wird an das relevante Prüfsystem (in diesem Beispiel die automatische Oberflächeninspektion) an dem entsprechenden PrüfortThis warning message is sent to the relevant test system (in this example the automatic surface inspection) at the corresponding test location
(Inspektionsstand im Auslaufbereich der Verzinkungsanlage) übergeben. Diese Meldung kann bspw. in der nachfolgenden Form erfolgen: (Inspection status in the outlet area of the galvanizing plant). This message can take the following form, for example:
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. Specification of the error to be expected, e.g. B. chatter vibration, chatter marks at a distance of x mm on the top or bottom of the strip on the coil no. X and tape meter 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). For this purpose, the recorded time-based data was converted into length-related data (if necessary, a change in length of the strip sections due to the change in thickness in the subsequent roll stands must be taken into account by the condition monitoring system).
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. Furthermore, this information can be passed on to other information systems, e.g. B. to the automation system, ie the operator in the control room receives this warning message, as well as to higher-level systems, such as For example, a quality assurance system and quality analysis system that encompasses process levels.
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 dieIC) This information is used by the relevant test system (the automatic surface inspection system) in such a way that the software for controlling the measuring system (here the camera) identifies the fault location and the
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 speziellenThe type of error in the quality inspection is recorded in a more targeted manner using measurement technology and the evaluation software in the image processing chain, e.g. B. in the detection ("There is something"), the feature extraction and / or the classification ("It is a ...") is improved in order to achieve optimized quality allocation
Einstellparametern des Messsystems zur Detektion des Fehlers oder durch die Angabe des betreffenden Bereichs auf der Bandoberfläche geschehen.Setting parameters of the measuring system to detect the defect or by specifying the relevant area on the strip surface.
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 dieseID) By feedback from the test system or test process and the information about the actually measured test result to the integrative condition monitoring system, the cycle of action of the system according to the invention is closed. Through this
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). Feedback loop, you automatically receive an improvement in the analysis, diagnosis and prognosis quality of the condition monitoring system, e.g. B. by optimizing the threshold values (automatic training and fine tuning at defined intervals).
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. Regardless of whether a warning message was given by the condition monitoring system and an error was discovered during testing, this feedback always took place, i. H. The condition monitoring system is trained with all data on tapes for which a quality check has taken place.
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.IE) Another procedural step is the subsequent review of historical data, e.g. B. for strips that are in further processing stages or in the coil store. The process for the condition monitoring search in the history is as follows: If the test result shows a quality error or shows a quality deviation, the condition monitoring system (or another higher-level system) automatically searches the history of the strips that have already been manufactured with similar features (symptoms) relevant for error detection, such as e.g. B. the vibration profile.
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 relevantenThe process in a specific operational situation is, for example: (starting point) there is a quality error "chatter marks at a distance of 20mm for X tape meters" -> Condition Monitoring System searches for the corresponding spectrum and the run-out speed -> Finding the relevant
Amplitude bei Frequenz Y (= Auslaufgeschwindigkeit durchAmplitude at frequency Y (= run-out speed through
Markenabstand);
(Ziel) Welche Bänder hatten ähnliche Schwingungen bei ähnlichen Prozessbedingungen (Geschwindigkeit, Walzendurchmesser / -ID, Bandmaterial, -dicke und breite). Bei diesem automatischen Wiedererkennen von Prozesssituationen undMark spacing); (Goal) Which belts had similar vibrations under similar process conditions (speed, roller diameter / ID, belt material, thickness and width). With this automatic recognition of process situations and
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. The "suspicious tapes" identified by the condition monitoring system are reported to the quality assurance department about the machine status, stating the coil number, the tape meter concerned, the defect category and other characteristics of the defect. These error features can be: The condition monitoring system is expected and forecasted, chatter marks at a distance of x mm.
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 zumThese "conspicuous straps or bundles" must then be checked separately by experts for the warning message regarding a quality defect by the condition monitoring system (separate check). In the case of massive quality defects discovered in bundles, which have already been
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. Customers, there is also the option of a detailed quality warning message (bundle number, affected belt area, type of error) to deal with later complaints and, in particular, production costs, to avoid processing steps that have already been carried out at the customer's site on faulty primary material.
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. The results of this method step are also used to improve the analysis, diagnosis and prognosis quality of the condition monitoring system and represent a further feedback loop of the system and method according to the invention.
Beispiel 2 - Stichprobenprüfung Example 2 - sample inspection
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):In the following, the sequence is shown using the example of a sample inspection of the surface inspection by an inspector on a skin pass mill stand in a cold rolling mill, as an example of the application of the invention for discontinuous detection (sample inspection of the surface feature):
Ziel der regelmäßigen Inspektion am Dressierwalzgerüst ist es,The aim of regular inspections on the skin pass mill stand is to
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. Detecting irregularities on the belt or on the tools, which under certain circumstances would affect the entire batch over a longer period of time. For this purpose, manual inspections are carried out on the standing skin-pass mill at defined intervals (the production process is interrupted for this purpose) and the strip is checked on discrete strip sections. First a few meters of the strip are wound onto the reel mandrel. Then the band under tension or the considered band section is lightly sanded over a length of around one meter over the entire width. After peeling, abnormalities become clear, which are assessed and classified by the inspector. Grinding with a whetstone is usually done manually, while grinding robots are used in development and in the first operating phase. In addition, there are already initial considerations to use an automated surface inspection, which, however, has not yet been reliably technically possible due to the complexity of the error detection.
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. With manual inspection, humans do more than just perform any activity within the measurement process. A visual inspection requires the Inclusion of the measurement person in the measurement solution process, ie the human being is a direct component of a measurement chain - without him, no usable result is obtained.
2A) Schritt: „Sortierkriterien für "auffällige Bänder" - Auffinden dieser Bänder“: Dieser Schritt erfolgt in Analogie zum Betriebsbeispiel 1 - kontinuierliche2A) Step: "Sorting criteria for" suspicious tapes "- Finding these tapes": This step is carried out in analogy to operating example 1 - continuous
Prüfung, Punkt 1A) Examination, point 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 einer2B) Step: "Information flow / transfer - warning message: This step is carried out in analogy to operating example 1 - continuous testing, point 1B). The inspector can e.g. B. in the control room by means of a
Coil-Report-Anwendung erhalten. Coil report application received.
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 die2C) Step: "Carrying out the test": With the help of the information (coil number, affected strip meter, type of defect, ...) the inspector can search for the defect in a targeted manner (confirmative analysis), since both the information about the
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 zurThe type of error ("what should be searched for or discovered") and the location of the error ("where should be searched for") are present. The test takes place, for example, in an inspection stand outside the production line (offline) or within the production line when the line is at a standstill. When using robots for grinding and for
Oberflächenprüfung kann dieser Schritt analog zu Schritt (1C) erfolgen.Surface testing, this step can be carried out analogously to step (1C).
2D) bis 2E): Diese Schritte erfolgen in Analogie zum Betriebsbeispiel 1 - kontinuierliche Prüfung, Punkt (1D) bis (1E) 2D) to 2E): These steps are carried out in analogy to operating example 1 - continuous testing, points (1D) to (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. Example 3 - Cross-process consideration A special feature in the steel industry is that quality features are influenced in several processing stages. For example, the strength and surface finish is determined by almost all processing stages (albeit different) influenced or generated. In addition, there are process stages (e.g. the "liquid phase" of steel production) in which the quality feature is not generated or developed, but the respective process is essentially responsible for the future development of these quality features and significantly influences the feature that has not yet been developed .
Diese Qualitätsmerkmale können letztendlich nur durch eine die Verarbeitungsstufen überspannende Qualitätsprüfung sicher eingestellt werden.Ultimately, these quality features can only be reliably set by means of a quality test that spans the processing stages.
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). The process sequence of the patent for a cross-process level consideration is described below using the example of a continuous surface inspection from continuous casting to the finished, cold-rolled and coated strip (end product).
3A) Schritt: „Sortierkriterien für "auffällige Bänder" - Auffinden dieser Bänder“: Dieser Schritt erfolgt in Analogie zu den Betriebsbeispielen 1 und 2, Punkt (1A) bzw. (2A) 3A) Step: "Sorting criteria for" suspicious tapes "- Finding these tapes": This step is carried out in analogy to operating examples 1 and 2, point (1A) or (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. For example, the condition monitoring system detected an abnormality “servo valves hanging” (cause: diaphragm accumulator leaking, leakage) on the oscillating cylinders for the mold oscillation. In our example, this abnormality is found on 5 slabs.
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. 3B) Step: "Information flow / transfer - warning message: According to the previous operating examples, there are two options: There is an automatic surface inspection (OIS) of the slabs: this step then takes place in analogy to operating example 1 - continuous testing, point (1B) es a manual surface inspection is carried out (for example, visual inspection by means of scarfing control lines) on the slabs: this step is then carried out analogously to operating example 2 - random sample inspection, point 2B) 3C) Step: "Carrying out the test": see step (1C) or (2C) according to the options mentioned in step (3B).
Nun sind zwei Szenarien möglich: Two scenarios are now possible:
I. es wird beim Prüfvorgang entsprechend der Warnmeldung ein Fehler gefunden I. An error is found during the test according to the warning message
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.II. No error is found in the test process, i. H. (i) there are no surface defects or (ii) there are currently no surface defects because the formation has not yet taken place in the process stage under consideration. For example, there are metallic inclusions in the form of rows below the slab surface (with reduced quality in terms of cleanliness levels close to the surface), which are strongly stretched and tear open by subsequent deformation during rolling.
Die weiteren Schritte des Verfahrensablaufs für Szenario I sind dann: 3D/ Szenario I) bis 3E/ Szenario I): Diese Schritte erfolgen in Analogie zu denThe further steps of the procedure for scenario I are then: 3D / scenario I) to 3E / scenario I): These steps are carried out in analogy to the
Betriebsbeispielen 1 und 2, Punkt (1D) bis (1E) bzw. Punkt (2D) bis (2E) Operating examples 1 and 2, point (1D) to (1E) or point (2D) to (2E)
Die weiteren Verfahrensschritte für Szenario II sind zunächst: The further procedural steps for scenario II are initially:
3D/ Szenario II) bis 3E/ Szenario II): Diese Schritte erfolgen in Analogie zu den3D / Scenario II) to 3E / Scenario II): These steps are carried out in analogy to the
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. Operating examples 1 and 2, points (1D) to (1E) or points (2D) to (2E) for the process stage currently under consideration. Furthermore, the steps under points (3A) to (3C) are run through for each test at the test centers of the respective subsequent production stage. The warning message from the upstream process stage (here: the continuous caster in the steelworks) is available and is taken into account accordingly by the condition monitoring system. In case (ii) of scenario II), these steps are carried out until a surface defect corresponding to that in a process stage (e.g. after cold rolling) Warning message (the elongation of the strip caused by rolling is taken into account when specifying the fault location).
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). After the surface defect has been found for the first time in accordance with the warning message, there is the following feedback according to the procedure (similar to the step under point (1D) or (2D), but now across the process level (cross-process level feedback).
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. The system A / experienced according to the invention carries out the subsequent examination of historical data from upstream process stages. In our example, the abnormality “servo valves hanging” (oscillating cylinder, mold oscillation) occurred on 5 slabs. Based on the verified prognosis of the Condition Monitoring System “surface defect” for the already manufactured, suspicious slab, the system / method gives recommendations for action for the slabs that have not yet been manufactured. This could be, for example, "Check slab with warning message ..." at the point (slab meter) for inclusions ". For this purpose, a sample would be taken from the conspicuous slab. B. by means of ultrasound or etching (Baumann prints from sample discs) determine the internal and near-surface degree of purity. This means that due to the expected error, a special incoming inspection of a quality feature is carried out for the subsequent "rolling" process. This feedback loop even enables proactive quality control: with regard to the downstream process, preventive error detection takes place before the start of the production process, which is intended to prevent defective strips from being manufactured in the first place.
Des Weiteren kann eine nachträgliche Prüfung historischer Daten entsprechend den Schritten unter Punkt (1 E) bzw. (2E) erfolgen. Furthermore, a retrospective review of historical data can be carried out in accordance with the steps under point (1 E) or (2E).
Weitere Beispiele für das Auffinden bzw. Vermeiden von Qualitätsfehlern bzw. ungewollte Abweichungen von Qualitätsmerkmalen mit Hilfe der Erfindung sind:Further examples for finding or avoiding quality errors or unwanted deviations from quality features with the help of the invention are:
• 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• Cold rolling area: "heat scratches" (surface defects) as well as the generation of unsuitable surface roughness of the strip (surface structure) During rolling, for example, by monitoring the condition of the roll gap lubrication (e.g. the viscosity of the rolling emulsion) and the process variables (e.g. rolling force), possibly combined with comparisons with tribological model calculations
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. The flushing in of casting powder slag can lead to non-metallic inclusions under the slab surface. The consequences are so-called shell defects on the strip, which occur during the later rolling process. · Area of rolling of long products: internal defects (longitudinal and transverse cracks) from e.g. B. Round material such as tubes, rods and wires can be found optimized or avoided by means of the invention in combination with eddy current tests (inline or offline testing).
In den oben aufgeführten konkreten Betriebsbeispielen wurden bisher nur die Condition Monitoring Funktionen „Überwachung“ (Monitoring) und „Diagnose“ des Maschinen- und Prozesszustands betrachtet. In the specific operating examples listed above, only the condition monitoring functions “Monitoring” and “Diagnosis” of the machine and process status have been considered so far.
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. As already described above, the functions of the condition monitoring system of the overall system described above can be expanded in further embodiments of the invention (see FIG. 3). The prognosis functionality of a condition monitoring system with regard to a quality error or quality feature due to the present machine and process status is also intended to be used by the invention. For this purpose, the condition monitoring functions “Predictive” and “Prescriptive” of the expected machine wear due to future production events (e.g. predicted degree of wear for the planned production batches) are to be included. This means that a prognosis can now be carried out, for example, on the quality-optimal, condition-oriented exchange of interchangeable parts (e.g. tools such as work rolls). Here is a comparison between the future achievable product quality in relation to the planned product quality.
Nachfolgend mögliche Szenarien für die Online-Anwendung des erfindungsgemäßen Systems und Verfahren. The following are possible scenarios for the online application of the system and method according to the invention.
Unter den Randbedingungen: Under the boundary conditions:
• Phase „trainiertes System“: ein Zusammenhang zwischen den erfassten Produktfehlern und den erfassten Zustandsvariablen der Produktionsanlage wurde erlernt. • Phase “trained system”: a connection between the recorded product defects and the recorded state variables of the production plant was learned.
• geplante Auftragsreihenfolge für die Produkte: Coil-Nr. N, Coil-Nr N+1 , etc. • Planned order sequence for the products: Coil no. N, coil number 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: • At time t = t * for coil no. N, strip meter x *, an overrun occurs for the first time, the system issues a warning message “Quality error”. for t> t * the scenarios result from the possible combinations of the following factors:
• 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) • Factor A - "affected product": The warning message "Quality error due to the machine / process status" concerns: i. the currently manufactured rolled product (coil no. N) or ii. the subsequent rolled product (coil no. N + 1)
• Faktor B - „Fehlerquelle des Qualitätsfehlers kann innerhalb der aktuellen Prozessstufe abgestellt werden“ i. ja ii. nein • Factor B - "The source of the quality defect can be eliminated within the current process stage" i. yes ii. No
• Faktor C - „Qualitätsfehler kann innerhalb der aktuellen Prozessstufe korrigiert werden“ i. ja nein
Beispiele für die Anwendungsszenarien sind: • Factor C - "Quality errors can be corrected within the current process stage" i. Yes No Examples of the application scenarios are:
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. Scenario A (i) and B (i): For the currently manufactured rolled product (coil no. N), the source of the error is eliminated and thus the quality error (according to t> tcorr, with tcorr = t * + corresponding tape meter x (t> tcorr). With the system A / experienced according to the invention, the error distance (Dc = x (t = tcorr) −x *) can be significantly shortened, and the remaining error distance is then cut out. E.g. advance warning and confirmed feedback of skin pass marks by the surface inspection system, by activating an automatic floch pressure cleaning on the rollers, the corresponding points can be cleaned in a targeted manner.
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: Scenario A (i) and C (i): After t> t *, new process parameters or new dynamic reference variable curves are determined for the currently manufactured rolled product (coil no. N), with which the quality error can be eliminated. Examples for scenarios A (ii) and C (i) (current process stage) as well as for scenarios A (ii) and C (ii) (cross-process stage applications) relate to the level of production planning and process management. For example, the warning message “quality error” can lead to a check as to whether the planned quality can be achieved with the planned process parameters. If the prediction is made: planned production (e.g. a casting sequence with crack-prone grades) is not possible with the current machine status (e.g. faulty segment 7) or the planned quality cannot be achieved with the planned process parameters (casting speed. , Spray plan, ...), the following measures can be proposed at an early stage based on the system and method according to the invention:
Variante A: Absenden eines Frühwarnsignals: „die Produktionspläne müssen geändert werden“, z. B. im Level 3 (Produktionsplanung)Variant A: Sending an early warning signal: "The production plans must be changed", e.g. B. in level 3 (production planning)
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. Variant B: Optimization (recalculation of the process parameters), e.g. B. in level 2 (process management), with the goal “how can the quality anyway be achieved? ". The forecast error (with 80% probability, with 90% probability, etc.) can also be specified, as well as the information “at which operating costs”. Lowering the casting speed leads, for. B. to a reduction in production output, by means of the connection with a cost module, the specified optimization measure can also be evaluated economically.
Variante C: mit welcher Qualitätsabstufung kann mit dem geplanten Produktionsplan produziert werden. Variant C: with what level of quality can the planned production plan be used for production.
Diese Varianten sind in Fig. 3 zusammenfassend dargestellt. These variants are summarized in FIG. 3.
Beispiele zur Beseitigung der Fehlerquelle des Qualitätsfehlers: Examples for eliminating the source of the quality error:
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. In the case of chatter vibrations during rolling: the control center is informed of the error message (= warning message that has now been verified), as well as the cause of the error. If necessary, there is a corresponding regulation to compensate for the discovered quality defect, e.g. regulation for the vibration problem 3rd octave chatter vibration (chatter vibration with a harmonic vibration of the third order) otherwise proposed measure: Recommendation - change of process parameters (e.g. lowering the rolling speed, braking) to eliminate the quality error in the current machine / process status.
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: Based on the knowledge of quality defects and / or the degree of damage to components (cardan shafts, etc.), the stress on the components can also be optimized accordingly through the planned process management, in which inadmissible operating states are now avoided. For example, by leveling the pass schedules, the Peak loads at the first stitches are reduced (reduction of the component stress) so as not to increase the existing degree of damage and to extend the service life in such a way that an unplanned system downtime is avoided.
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.
After determining a quality error predicted with the trained CM system, the process parameters are changed in such a way that the quality deviations can be corrected. For example, the condition monitoring system detects a reduced nozzle output within a heating or cooling section, which causes a deviation from the setpoints and leads to quality deviations. The corresponding heating or cooling output would now be changed within the process control or a control system in order to achieve the desired quality result.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 System 1 system
2 Produktionsprozess 2 production process
3 Produktionsanlage 4 Sensor 3 production plant 4 sensor
5 Produktionsüberwachungssystem (Condition Monitoring System)5 Production monitoring system (Condition Monitoring System)
6 Qualitätsprüfung 6 quality inspection
7 Qualitätsprüfungssystem 7 quality inspection system
8 Recheneinrichtung 9 Automatisierungssystem 8 Computing device 9 Automation system
10 Prüfsystem 10 test system
11 Messperson 11 measuring person
12 Speichereinrichtung 12 Storage facility
13 Qualitätsmanagementsystem 14 Produktionsplanung/-steuerung
13 Quality management system 14 Production planning / control