WO2012079753A1 - Vorrichtung und verfahren zur ermittlung von für die lebensdauer charakteristischen betriebsgrössen von elementen in arbeitsmaschinen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur ermittlung von für die lebensdauer charakteristischen betriebsgrössen von elementen in arbeitsmaschinen Download PDF

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WO2012079753A1
WO2012079753A1 PCT/EP2011/006310 EP2011006310W WO2012079753A1 WO 2012079753 A1 WO2012079753 A1 WO 2012079753A1 EP 2011006310 W EP2011006310 W EP 2011006310W WO 2012079753 A1 WO2012079753 A1 WO 2012079753A1
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WO
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characteristic
parameter
working
operating
working element
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/006310
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Inventor
Andri Hadi Winarso
Stefan Ullrich
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283—Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for determining operating quantities of working elements in working machines.
  • work elements such as bearings, gaskets, but also electronic elements such as circuits, capacitors and the like for use. These elements are subject to natural wear.
  • the invention can therefore be used in particular in the context of factory automation, for example in printing presses, machine tools or processing machines. Planned maintenance is to be made possible for the machine operator and, in particular, unplanned machine downtime reduced. In addition, the economically high consequential losses due to unplanned machine downtime are to be reduced.
  • CONFIRMATION COPY The present invention is therefore based on the object to obtain reliable statements about the state of the built-in components such as engine mounts or controllers in terms of maintainability, preferably both in terms of maturity and in terms of a forecast and the current operating state to avoid the failure. Furthermore, a state-oriented monitoring and selective measures should be possible.
  • At least one second parameter characteristic of this working element is determined, and then the first parameter and the second parameter are determined at a processor device.
  • the first characteristic parameter and the second characteristic parameter are linked and one for a lifetime of the
  • Processor device - determined.
  • the operating variable depends both on the first characteristic parameter and on the second characteristic parameter.
  • the characteristic for the life characteristic operating size is determined not only on the basis of a characteristic value, for example, an already expired operating time but also on the basis of at least one second parameter. This is based on the consideration that the life expectancy of a particular component may also depend on other constraints, such as torques, currents, temperatures, and the like.
  • at least one characteristic is determined not only on the basis of a characteristic value, for example, an already expired operating time but also on the basis of at least one second parameter. This is based on the consideration that the life expectancy of a particular component may also depend on other constraints, such as torques, currents, temperatures, and the like.
  • characteristic signal output For example, it can be checked whether a certain operating time is above or below a certain reference operating time and, depending on this, the resulting decisions can be made.
  • Characteristic also used to control the machine. This is based on the consideration that in many drives a variety of electrical variables in particular permanently determined and is also used for control such as
  • the parameter is recorded from the control and drive system and advantageously transmitted to an integrated database.
  • the characteristic parameters are advantageously determined continuously.
  • operating variables are also always determined on the basis of the parameters obtained, with physical and / or mathematical models or calculation formulas being used for this purpose.
  • the output of the operating-size-based information may be, for example, a message or a warning that indicates to the user that a particular item or component is about to be replaced.
  • At least one logical link is created between the first characteristic parameter and the second or generally one or more further characteristic parameters.
  • This logical join can be a join made up of a group of Is selected, which contains AND operations, OR operations, XOR operations, NOR operations, inversions and the like. Furthermore, it may also be general mathematical operations such as difference or summation. If necessary or depending on the case, this link can also be extended by further parameters K3, K4, K5, K6 ....
  • a statistical value is determined for at least one characteristic parameter. This value can be a
  • Work item is determined. For this purpose, it is also possible that temperature values are permanently read in a memory and a corresponding statistical value is determined. In this way, a long-term evaluation of corresponding data using the database is possible, in this way, the monitoring of limits is possible.
  • Characteristic repeatedly determined, this being done, for example, continuously or in working mode.
  • Characteristics selected which includes the number of operating hours, a temperature, an error rate, a current, a voltage, a rotational speed, a torque, a pressure, a rotational position and the like.
  • existing hardware components provide numerous such parameters electronically. For example, a controller can set the temperature, operating hours,
  • a controller may further include information about the type of a particular component, position limits,
  • a drive such as a motor, for example, characteristics such as
  • Other machine components which can be connected, for example, via SPS, can provide variables such as vibrations, external or external temperatures, air humidities, contamination levels and the like.
  • Characteristics are present and are sufficiently present are connected via correct logical and mathematical links to a conclusive statement about the current state of the corresponding elements.
  • Characteristics are present and are sufficiently present are connected via correct logical and mathematical links to a conclusive statement about the current state of the corresponding elements.
  • a diagnosis results, which in turn can lead to a prognosis, such as a prognosis over the term of an element.
  • a processor system such as an iDDS system is used, which has an evaluation logic.
  • This evaluation logic is advantageously freely definable, so that an adaptation to different machines or projects is possible in this way.
  • At least one characteristic variable is determined during a working operation of the working machine. Under the working operation is understood both the actual operation in which the machine is running and, where appropriate, breaks in operation, which are inserted between individual operations.
  • the operating variable is determined on the basis of empirical data.
  • these empirical data can be present within the framework of a matrix or a database, so that when two values are entered with the aid of this matrix, a specific statement about the size of the enterprise can be made.
  • at least one characteristic parameter is a running time of the working element, ie in particular of the working element, for which the remaining running time is to be calculated.
  • the first characteristic parameter and the second characteristic parameter are independent of each other and generally the selected characteristic parameters are at least partially independent
  • the first and the second parameter or in general the parameters together determine the size of the company, the characteristic
  • the present invention is further directed to a work machine with at least one working element subject to wear, wherein at least one first
  • Detection device which at least a first for this
  • a processor device which is based on the first characteristic parameter and the second
  • an information output device which in
  • the operating variable depends at least on a part of these parameters and preferably on all these parameters. It is therefore also proposed on the device side, that of the
  • the working machine has at least one linking device for the particular logical combination of the first parameter and the second parameter. This linkage can be carried out in the manner described above.
  • the linking device for the particular logical combination of the first parameter and the second parameter. This linkage can be carried out in the manner described above.
  • a linking device is provided for linking the selected parameters (i.e., possibly also a plurality of parameters).
  • FIG. 1 shows a rough schematic representation for illustrating a
  • FIG. 2 is another illustration for illustrating a work machine
  • Fig. 3 is a diagram for illustrating the extraction of operation quantities
  • These drive devices 12 may be servomotors, for example, but also pneumatic and / or hydraulic drives or the like.
  • detection devices or sensor devices 6 may already be present in these drive devices for detecting parameters, in particular those characteristic variables which are characteristic of the working elements 10, such as rotary encoders and the like.
  • the reference field 2 refers to control devices which serve to control the drive devices 12. These control devices can also have sensor devices 4 for acquiring characteristic values.
  • the reference numeral 3 refers to drive amplifiers, which also via
  • the reference numerals 5 and 7 also indicate externally provided, preferably retrofittable sensor devices. Sensor devices, for example for determining a temperature, operating hours and the like, can also be provided in the drive amplifiers 3 and the regulators 3.
  • the reference numeral 18 denotes a coupler, with which the individual
  • Control devices 2 are connected to a bus 16.
  • the control devices can communicate with a PC 20 via this bus.
  • the iDDS system is implemented on this PC 20.
  • further couplers 18 may be provided to connect, for example, further drives or machine units.
  • FIG. 2 illustrates the communication between the bus 16 and the PC 20 or a processor device 22.
  • the characteristics K1 and K2 are transferred to the processor device 22.
  • the operating variables B as detailed below, determined.
  • the operating variables B can be output to output devices 32.
  • the processor device 22 with a
  • Database 34 communicate or exchange data to determine the
  • Web server 36 are available as well as connect to the Internet 38 to
  • Reference numeral 25 denotes an output device for outputting information to the user, for example a specialist for more thorough analysis. Error messages or alarms can also be output.
  • FIG. 3 illustrates an example of how an operation quantity B could be determined.
  • the two parameters K1 and K2 of a linking device 42 which is an example of an " n " and "-linking device, are fed in. If the two characteristic variables K1 and K2 have specific values or specific ones
  • a corresponding information to the processor device 22 can be given. This can determine an operating variable B on the basis of or using empirical factors and uncertainties, and an output device 25 can output to the user information as to whether or when the replacement of a working element should be carried out.
  • the parameters K1 and K2 permanently removed from the machine or the system and checked. Furthermore, it is preferably also possible that the operating variables are permanently calculated on the basis of the parameters K1 and K2, physical and mathematical models or calculation formulas being particularly preferred.
  • the output system (32) can also permanently output information about, for example, a remaining term of a particular work item. Preferably, monitoring analyzes and diagnostic functions are also integrated in the system. In this way, a long-term evaluation of corresponding data is possible.
  • FIG. 4 illustrates another possibility for obtaining statements.
  • two first characteristic variables K1 and K2 are linked via an AND link 42 and subsequently coded together with a further parameter K3
  • a fourth parameter K4 can be read out.
  • These parameters are again supplied to the processor device 22, which performs mathematical operations such as plus, minus, times, divided, sine, cosine, logarithmic and the like. In addition, comparisons can also be made or limits can be determined.
  • An output Z of this processor device can in turn be coded with a further characteristic K5 (linking device 46).
  • This parameter K5 could, for example, be a specific transit time limit according to which a component is to be replaced in each case. If this maximum run time is exceeded, the user is issued a corresponding instruction, regardless of how the other parameters K1 and K4 behave. In each case, different operating variables or statements can be output by the information output device 25 as well as a remaining running time of the component and the like.
  • an interpretation unit is provided in order to merge the reference data and the parameters K1... Into an unambiguous statement.
  • this output is obtained, in particular, from elementary data, in particular for the purpose of analysis of the diagnosis, prevention, replacement of hardware and the like.
  • a first characteristic could initiate that an average temperature of a particular component is above 70 ° C
  • a second characteristic might be that the working time already elapsed of that work item is greater than 25,000 hours.
  • FIG. 5 shows a further possibility for a rating method according to the invention.
  • two parameters K1 and K2 are supplied to the processor device 20, in which case the processor device is a matrix or
  • the processor device can output here, for example, an intermediate statement Z, which can represent, for example, a maximum possible bearing life.
  • the characteristic value K3 may be, for example, the actual operating hours, whereby for example the actual number of operating hours can be deducted from the maximum possible bearing life by an addition or subtraction element 33 and the statement B can be made in accordance with this subtraction.
  • the statement B For example, this could mean that the component requires maintenance in about 2,500 hours.
  • Fig. 6 illustrates a further possibility for determining the operating variables.
  • two parameters K1 and K2 are supplied by way of example to a processor device 22, which uses these two parameters K1 and K2 on the basis of a calculation formula 27 to output an intermediate statement Z.
  • This intermediate statement Z may in turn include the maximum possible bearing life or component life.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Betriebsgrößen von Arbeitselementen in Arbeitsmaschinen mit den Schritten, nämlich: - Ermittlung einer ersten für das Arbeitselement charakteristischen Kenngröße (K1 ); - Ermittlung einer zweiten für das Arbeitselement charakteristischen Kenngröße (K2); - Übermittlung der ersten Kenngröße (K1 ) und der zweiten Kenngröße (K2) an eine Prozessoreinrichtung; - Verknüpfung der ersten charakteristischen Kenngröße (K1 ) und der zweiten charakteristischen Kenngröße (K2) und Ermittlung einer für eine Lebensdauer des Arbeitselements charakteristischen Betriebsgröße (B) durch die Prozessoreinrichtung, wobei die Betriebsgröße (B) sowohl von der ersten charakteristischen Kenngröße (K1 ) als auch von der zweiten charakteristischen Kenngröße (K2) abhängt. - Ausgabe einer auf der der Betriebsgröße basierenden Information.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG VON FÜR DIE LEBENSDAUER
CHARAKTERISTISCHEN BETRIEBSGRÖSSEN VON ELEMENTEN IN ARBEITSMASCHINEN
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Betriebsgrößen von Arbeitselementen in Arbeitsmaschinen. In den im Stand der Technik bekannten Arbeitsmitteln kommen üblicherweise eine Vielzahl unterschiedlicher Arbeitselemente zum Einsatz wie beispielsweise Lager, Dichtungen, aber auch elektronische Elemente wie Schaltungen, Kondensatoren und dergleichen zum Einsatz. Diese Elemente sind dabei einem natürlichen Verschleiß unterworfen. Es besteht ein Bedarf, Aussagen über den Zustand der an diesen Arbeitsmaschinen eingebauten Anlagenkomponenten beziehungsweise Elementen zu erhalten. Die Erfindung kann daher insbesondere im Rahmen der Fabrikautomation Anwendung finden, wie beispielsweise bei Druckmaschinen, Werkzeugmaschinen oder Behandlungsmaschinen. Für den Maschinenbetreiber sollen planbare Wartungen ermöglicht werden und insbesondere auch ungeplante Maschinenstillstände reduziert werden. Daneben sollen die wirtschaftlich hohen Folgeschäden infolge ungeplanter Maschinenstillstände reduziert werden.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Vorrichtungen bekannt, bei denen die Betriebszeit eines bestimmten Arbeitselements ermittelt wird und anhand dieser Betriebszeit an den Benutzer die Information ausgegeben wird, wann dieses voraussichtlich zu wechseln sein wird. Derartige Angaben sind jedoch sehr ungenau beziehungsweise üblicherweise wird dabei ein Sicherheitspuffer einkalkuliert, sodass in Wirklichkeit das betreffende Element zum Teil noch weitaus länger in Betrieb bleiben kann als prognostiziert.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verlässliche Aussagen über den Zustand der eingebauten Komponenten wie beispielsweise Motorlager oder Regler hinsichtlich der Wartbarkeit, bevorzugt sowohl hinsichtlich der Fälligkeitszeit als auch hinsichtlich einer Prognose und des momentanen Betriebszustandes zur Vermeidung des Ausfalls zu erhalten. Weiterhin sollen vorteilhaft eine zustandsorientierte Überwachung und selektive Maßnahmen möglich sein. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei einem erfindungsgemäßem Verfahren zur Ermittlung von Betriebsgrößen von
Arbeitselementen in Arbeitsmaschinen wird zunächst wenigstens eine erste für das
Arbeitselement charakteristische Kenngröße ermittelt, weiterhin wird wenigstens eine zweite für dieses Arbeitselement charakteristische Kenngröße ermittelt und anschließend werden die erste Kenngröße und die zweite Kenngröße an eine Prozessoreinrichtung ermittelt. In einem weiteren Verfahrensabschnitt werden die erste charakteristische Kenngröße und die zweite charakteristische Kenngröße verknüpft und eine für eine Lebensdauer des
Arbeitselements charakteristische Betriebsgröße - insbesondere durch die
Prozessoreinrichtung - ermittelt. Dabei hängt die Betriebsgröße sowohl von der ersten charakteristischen Kenngröße als auch von der zweiten charakteristischen Kenngröße ab. Schließlich wird die Betriebsgröße und/oder eine auf der Betriebsgröße basierende
Information ausgegeben. Vorteilhaft werden neben den beiden genannten ersten und zweiten Kenngrößen weitere Kenngrößen ermittelt. Prinzipiell wäre es möglich, beliebig viele Kenngrößen auszuwählen. Unter einer Verknüpfung wird dabei einerseits eine logische Verknüpfung verstanden, es wäre jedoch auch möglich, dass die beiden genannten Kenngrößen in eine mathematische Beziehung beziehungsweise Formeln einfließen und auf diese Weise einen für die
Betriebsgröße charakteristischen Wert liefern. Es wird daher erfindungsgemäß
vorgeschlagen, dass die für die Lebensdauer charakteristische Betriebsgröße nicht nur auf Basis eines Kennwertes, beispielsweise einer bereits abgelaufenen Betriebszeit ermittelt wird sondern auch auf Basis mindestens einer zweiten Kenngröße. Dies beruht auf der Überlegung, dass die Lebenserwartung eines bestimmten Bauteils auch von anderen Rahmenbedingungen, wie beispielsweise Drehmomenten, Strömen, Temperaturen und dergleichen abhängen kann. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird wenigstens eine charakteristische
Kenngröße mit einer Referenzgröße verglichen und ein für diesen Vergleich
charakteristisches Signal ausgegeben. So kann beispielsweise überprüft werden, ob eine bestimmte Betriebsdauer über oder unter einer bestimmten Referenzbetriebsdauer liegt und in Abhängigkeit davon können die sich hieraus ergebenden Entscheidungen getroffen werden.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird wenigstens eine charakteristische
Kenngröße auch zur Steuerung der Arbeitsmaschine verwendet. Dies beruht auf der Erwägung, dass bei vielen Antrieben eine Vielzahl elektrischer Größen insbesondere permanent bestimmt und auch zur Steuerung verwendet wird wie beispielsweise
Drehmomente, Drehzahlen, Drehstellungen, Ströme, Spannungen, Temperaturen und dergleichen. Es wird daher vorgeschlagen, diese ohnehin zur Verfügung stehenden Messwerte auch unmittelbar für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden.
Es ist also vorteilhaft keine oder nur wenig zusätzliche Sensorik vorgesehen, sondern es werden die Daten verwendet, die auch zur Steuerung der Anlage verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, dass die Kenngröße aus dem Steuerungs- und Antriebsystem erfasst und vorteilhaft in eine integrierte Datenbank übertragen wird. Vorteilhaft werden die charakteristischen Kenngrößen kontinuierlich ermittelt. Dabei werden vorteilhaft auch Betriebsgrößen ständig auf Grundlage der gewonnenen Kenngrößen ermittelt, wobei hierzu physikalische und/oder mathematische Modelle oder Berechnungsformeln verwendet werden.
Bei der Ausgabe der auf der Betriebsgröße basierenden Information kann es sich beispielsweise um eine Mitteilung oder eine Warnung handeln, welche den Benutzer hinweist, dass ein bestimmtes Element beziehungsweise Bauteil demnächst auszuwechseln ist.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird wenigstens eine logische Verknüpfung zwischen der ersten charakteristischen Kenngröße und der zweiten bzw. allgemein einer oder mehreren weiteren charakteristischen Kenngrößen erstellt. Bei dieser logischen Verknüpfung kann es sich dabei um eine Verknüpfung handeln, die aus einer Gruppe von Verknüpfungen ausgewählt ist, welche AND-Verknüpfungen, OR-Verknüpfungen, XOR- Verknüpfungen, NOR-Verknüpfungen, Inversionen und dergleichen enthält. Weiterhin kann es sich auch um allgemeine mathematische Operationen wie beispielsweise um Differenzoder Summenbildungen handeln. Bei Bedarf bzw. je nach Fall kann diese Verknüpfung auch um weitere Kenngrößen K3, K4, K5, K6... erweitert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird für wenigstens eine charakteristische Kenngröße ein statistischer Wert ermittelt. Bei diesem Wert kann es sich um einen
Durchschnittswert, um eine Streuung, einen Erwartungswert und dergleichen handeln. So ist es zum Beispiel möglich, dass ein Mittelwert für eine Temperatur eines bestimmten
Arbeitselements ermittelt wird. Dazu ist es auch möglich, dass in einem Speicher permanent Temperaturwerte eingelesen werden und ein entsprechender statistischer Wert ermittelt wird. Auf diese Weise ist auch eine Langzeitbewertung von entsprechenden Daten mit Hilfe der Datenbank möglich, wobei auf diese Weise auch die Überwachung von Grenzwerten möglich ist.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird wenigstens eine charakteristische
Kenngröße wiederholt ermittelt, wobei dies beispielsweise laufend oder im Arbeitsbetrieb erfolgen kann.
Vorteilhaft ist wenigstens eine charakteristische Kenngröße aus einer Gruppe von
Kenngrößen ausgewählt, welche die Anzahl von Betriebsstunden, eine Temperatur, eine Fehlerhäufigkeit, einen Strom, eine Spannung, eine Drehzahl, ein Drehmoment, einen Druck, eine Drehstellung und dergleichen enthält. Dabei stellen, wie oben erwähnt, bereits vorhandene Hardwarekomponenten zahlreiche derartige Kenngrößen elektronisch zur Verfügung. So kann beispielsweise ein Regler die Temperatur, Betriebsstunden,
Fehlerspeicher, Zustände, Betriebszustände, Grenzwerte, die Geschwindigkeit virtueller Achsen und dergleichen zur Verfügung stellen. Eine Steuerungseinrichtung kann weiterhin Informationen über den Typ eines bestimmten Bauteils, Positionslimits,
Sollgeschwindigkeiten, Sollpositionen und Wichtungsdaten zur Verfügung stellen.
Ein Antrieb wie beispielsweise ein Motor kann beispielsweise Kenngrößen wie die
Temperatur, Betriebsstunden, Fehlerspeicherungen, Geschwindigkeiten, Drehmomente, Stromaufnahmen und dergleichen liefern. Weitere Maschinenkomponenten, die beispielsweise über SPS verbindbar sind, können Größen zur Verfügung stellen wie Schwingungen, externe oder Außentemperaturen, Luftfeuchtigkeiten, Verschmutzungsgrade und dergleichen.
Diese zur Verfügung gestellten Größen können, wie oben erwähnt, verwendet werden, um die Betriebsgrößen zu ermitteln.
Bevorzugt werden die besagten Informationen, die insbesondere als elementare
Kenngrößen vorliegen und ausreichend vorhanden sind über korrekte logische und mathematische Verknüpfungen zu einer schlüssigen Aussage über den momentanen Zustand der entsprechenden Elemente verbunden. Dabei können bevorzugt auch wissenschaftliche und labortechnische Verknüpfungen bei der besagten Analyse
Verwendung finden und es wird bevorzugt auf externe Sensorik verzichtet.
Aus dieser Analyse ergibt sich eine Diagnose, die wiederum zu einer Prognose, wie beispielsweise einer Prognose über die Laufzeit eines Elements, führen kann.
Vorteilhaft wird dabei ein Prozessorsystem wie ein iDDS-System verwendet, welches eine Auswertungslogik aufweist. Diese Auswertungslogik ist dabei vorteilhaft frei definierbar, sodass auf diese Weise eine Anpassung auf unterschiedliche Maschinen beziehungsweise Projekte möglich ist.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird wenigstens eine charakteristische Größe während eines Arbeitsbetriebs der Arbeitsmaschine ermittelt. Unter dem Arbeitsbetrieb wird dabei sowohl der eigentliche Betrieb verstanden, in dem die Maschine läuft als auch gegebenenfalls Betriebspausen, die zwischen einzelnen Arbeitsgängen eingelegt werden.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird die Betriebsgröße auf Basis empirischer Daten ermittelt. So können diese empirischen Daten beispielsweise im Rahmen einer Matrix oder einer Datenbank vorliegen, sodass bei Eingabe zweier Werte mit Hilfe dieser Matrix eine gezielte Aussage über die Betriebsgröße getroffen werden kann. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren ist wenigstens eine charakteristische Kenngröße eine Laufzeit des Arbeitselements d.h. insbesondere des Arbeitselements, für das die Restlaufzeit zu berechnen ist. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren sind die erste charakteristische Kenngröße und die zweite charakteristische Kenngröße unabhängig voneinander und allgemein die ausgewählten charakteristischen Kenngrößen wenigstens teilweise unabhängig
voneinander. So ist es möglich, dass die erste und die zweite Kenngröße oder allgemein die Kenngrößen gemeinsam die Betriebsgröße mitbestimmen, die charakteristischen
Kenngrößen selbst jedoch vorteilhaft voneinander unabhängig sind, so wie beispielsweise die Temperatur eines Arbeitselements unabhängig von der bereits vergangenen Betriebszeit ist. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, das verfahrensseitig tatsächlich bestehende Abhängigkeiten zwischen den Kenngrößen ignoriert werden. Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Arbeitsmaschine mit wenigstens einem dem Verschleiß unterliegenden Arbeitselement gerichtet, wobei wenigstens eine erste
Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, welche wenigstens eine erste für dieses
Arbeitselement charakteristische Kenngröße erfasst sowie wenigstens eine zweite
Erfassungseinrichtung, welche wenigstens eine zweite für dieses Arbeitselement
charakteristische Kenngröße erfasst. Weiterhin ist eine Prozessoreinrichtung vorgesehen, welche auf Basis der ersten charakteristischen Kenngröße und der zweiten
charakteristischen Kenngröße eine für eine Lebensdauer des Arbeitselements
charakteristische Betriebsgröße ermittelt, wobei die Betriebsgröße sowohl von der ersten charakteristischen Kenngröße als auch von der zweiten charakteristischen Kenngröße abhängt. Weiterhin ist eine Informationsausgabeneinrichtung vorgesehen, die in
Abhängigkeit von der Betriebsgröße eine Information ausgibt. Bevorzugt werden mehr als zwei Kenngrößen erfasst und die Betriebsgröße hängt zumindest von einem Teil dieser Kenngrößen und bevorzugt allen diesen Kenngrößen ab. Es wird daher auch vorrichtungsseitig vorgeschlagen, dass die von den
Erfassungseinrichtungen zur Verfügung gestellten Informationen gemeinsam verwendet werden um insbesondere auf eine Lebensdauer des betreffenden Elements zu schließen. Bei dem bevorzugten Verfahren weist die Arbeitsmaschine wenigstens eine Verknüpfungseinrichtung zur insbesondere logischen Verknüpfung der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße auf. Diese Verknüpfung kann dabei in der oben beschriebenen Weise ausgeführt sein. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung auch eine Vergleichseinrichtung auf, um die erfassten Kenngrößen mit
Differenzgrößen zu vergleichen und um bevorzugt auch einen für diesen Vergleich charakteristischen Wert beziehungsweise eine entsprechende charakteristische Aussage auszugeben. Vorteilhaft ist eine Verknüpfungseinrichtung zum Verknüpfen der ausgewählten Kenngrößen (d.h. ggfs auch mehrerer Kenngrößen) vorgesehen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen: Darin zeigen: Fig. 1 Eine grobschematische Darstellung zur Veranschaulichung einer
Arbeitsmaschine;
Fig. 2 Eine weitere Darstellung zur Veranschaulichung einer Arbeitsmaschine; Fig. 3 Ein Diagramm zur Veranschaulichung der Gewinnung von Betriebsgrößen;
Fig. 4 Eine weitere Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5 Eine weitere Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 6 Eine weitere Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Arbeitsmaschine 1. Diese
Arbeitsmaschine weist dabei eine Vielzahl von Antriebseinrichtungen 12 mit
Arbeitselementen 10 auf. Bei diesen Antriebseinrichtungen 12 kann es sich beispielsweise um Servomotoren handeln, aber auch um pneumatische und/oder hydraulische Antriebe oder dergleichen. In diesen Antriebseinrichtungen können beispielsweise schon Erfassungseinrichtungen bzw. Sensoreinrichtungen 6 zur Erfassung von Kenngrößen, insb. solchen Kenngrößen, welche für die Arbeitselemente 10 charakteristisch sind, vorhanden sein wie Drehgeber und dergleichen. Das Bezugsfeld 2 bezieht sich auf Steuerungseinrichtungen, welche zum Steuern der Antriebseinrichtungen 12 dienen. Auch diese Steuerungseinrichtungen können dabei Sensoreinrichtungen 4 zum Erfassen von Kenngrößen aufweisen.
Das Bezugszeichen 3 bezieht sich auf Antriebsverstärker, welche ebenfalls über
entsprechende (insbesondere interne) Sensoreinrichtungen (nicht gezeigt) zum Erfassen von Kenngrößen verfügen können. Die Bezugszeichen 5 und 7 kennzeichnen überdies extern vorgesehene, bevorzugt nachrüstbare Sensoreinrichtungen. In den Antriebsverstärkern 3 beziehungsweise den Reglern 3 können auch Sensoreinrichtungen, beispielsweise zur Bestimmung einer Temperatur, von Betriebsstunden und dergleichen vorgesehen sein. Das Bezugszeichen 18 kennzeichnet einen Koppler, mit dem die einzelnen
Steuerungseinrichtungen 2 an einem Bus 16 angeschlossen sind. Über diesen Bus können die Steuerungseinrichtungen mit einem PC 20 kommunizieren. Auf diesen PC 20 ist dabei das iDDS-System implementiert. Daneben können auch, wie in Figur 1 gezeigt, weitere Koppler 18 vorgesehen sein, um beispielsweise weitere Antriebe oder Maschineneinheiten anzubinden. Daneben wäre es auch möglich, über die Geräteadressen direkt Geräte anzubinden, wie durch die Kommunikationsleitung 26 angedeutet.
Fig. 2 veranschaulicht die Kommunikation zwischen dem Bus 16 und dem PC 20 bzw. einer Prozessoreinrichtung 22. Die Kenngrößen K1 und K2 werden an die Prozessoreinrichtung 22 übergeben. Mit Dieser Prozessoreinrichtung 22 werden die Betriebsgrößen B, wie unten detailliert dargestellt, ermittelt. Die Betriebsgrößen B können dabei an Ausgabeeinrichtungen 32 ausgegeben werden. Daneben kann die Prozessoreinrichtung 22 auch mit einer
Datenbank 34 kommunizieren bzw. Daten austauschen um zur Ermittlung der
Betriebsgrößen B auch auf deren Daten zurück zu greifen. Daneben kann auch ein
Webserver 36 zur Verfügung stehen sowie eine Verbindung zum Internet 38, um
beispielsweise über das Internet die Betriebsgrößen an Dritte zu übertragen. Das
Bezugszeichen 25 kennzeichnet eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben von Informationen an den Benutzer, beispielsweise einen Spezialisten für tiefergreifendere Analyse. Dabei können auch Fehlermeldungen bzw. Alarme ausgegeben werden. Fig. 3 veranschaulicht ein Beispiel, wie eine Betriebsgröße B ermittelt werden könnte. Dabei werden die beiden Kenngrößen K1 und K2 einer Verknüpfungseinrichtung 42, wobei es sich hier beispielhaft um eine nund"-Verknüpfungseinrichtung handelt, zugeführt. Falls die beiden Kenngrößen K1 und K2 bestimmte Werte aufweisen, beziehungsweise bestimmte
Bedingungen vorliegen, kann eine entsprechende Information an die Prozessoreinrichtung 22 weiteregegeben werden. Diese kann unter Zugrundelegung beziehungsweise unter Verwendung von empirischen Faktoren und Unsicherheiten eine Betriebsgröße B ermitteln und über eine Ausgabeeinrichtung 25 kann an den Benutzer eine Information darüber ausgegeben werden, ob beziehungsweise wann der Austausch eines Arbeitselements durchzuführen ist.
Dabei ist es möglich, dass die Kenngrößen K1 und K2 permanent aus der Arbeitsmaschine beziehungsweise dem System entnommen und überprüft werden. Weiterhin ist es bevorzugt auch möglich, dass auf Basis der Kenngrößen K1 und K2 permanent die Betriebsgrößen berechnet werden, wobei hier besonders bevorzugt physikalische und mathematische Modelle oder Berechnungsformeln zugrunde gelegt werden. Das Ausgabesystem (32) kann ebenfalls permanent Informationen über beispielsweise eine Restlaufzeit eines bestimmten Arbeitselements ausgeben. Bevorzugt sind in das System auch Überwachungsanalysen und Diagnosefunktionen integriert. Auf diese Weise ist auch eine Langzeitbewertung von entsprechenden Daten möglich.
In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel sind lediglich zwei Kenngrößen dargestellt. Es wäre jedoch auch möglich, mehr als zwei derartiger Kenngrößen, beispielsweise 3, 4, 5 ... oder 10 Kenngrößen auszuwählen.
Figur 4 veranschaulicht eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung von Aussagen. Dabei werden hier beispielhaft zwei erste Kenngrößen K1 und K2 über eine UND - Verknüpfung 42 verknüpft und anschließend gemeinsam mit einer weiteren Kenngröße K3 verodert
(Verknüpfungseinrichtung 44). Daneben kann noch eine vierte Kenngröße K4 ausgelesen werden. Diese Kenngrößen werden hier wiederum der Prozessoreinrichtung 22 zugeführt, welche mathematische Operationen wie plus, minus, mal, geteilt, Sinus, Cosinus, logarithmisch und dergleichen durchführt. Daneben können auch Vergleiche durchgeführt werden oder Grenzwerte bestimmt werden. Eine Ausgabe Z dieser Prozessoreinrichtung kann wiederum mit einer weiteren Kenngröße K5 verodert (Verknüpfungseinrichtung 46) werden. Bei dieser Kenngröße K5 könnte es sich beispielsweise um einen bestimmten Laufzeitgrenzwert handeln, nach dem in jedem Fall ein Bauteil auszuwechseln ist. Falls diese Maximallaufzeit überschritten ist, wird dem Benutzer eine entsprechende Anweisung ausgegeben, unabhängig davon, wie sich die übrigen Kenngrößen K1 und K4 verhalten. Es können von der Informationsausgabeeinrichtung 25 jeweils unterschiedliche Betriebsgrößen oder Aussagen ausgegeben werden sowie eine Restlaufzeit des Bauteils und dergleichen.
Vorteilhaft wird dabei eine Interpretationseinheit vorgesehen, um die Referenzdaten und die Kenngrößen K1 ... zu einer unmissverständlichen Aussage zusammenzuführen. Dabei wird diese Ausgabe wie oben erwähnt, insbesondere aus elementaren Daten gewonnen und zwar insbesondere zum Zwecke der Analyse der Diagnose, der Prävention, des Ersatzes von Hardware und dergleichen. So könnte beispielsweise ein erster Kennwert initiieren, dass eine Durchschnittstemperatur eines bestimmten Bauteils bei über 70 °C liegt und eine zweite Kenngröße könnte darin bestehen, dass die bereits abgelaufene Arbeitszeit des betreffenden Arbeitselements bei mehr als 25.000 Stunden liegt. Wenn diese beiden Bedingungen gemeinsam vorliegen, kann einem Benutzer die Aussage ausgegeben werden, dass beispielsweise ein Motorlager ersetzt werden muss.
Vorteilhaft sind dabei die Berechnungsmöglichkeiten, welche die Prozessoreinrichtung anstellt veränderbar und so an bestimmte Kundenanforderungen anpassbar. Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit für ein erfindungsgemäßes Bewertungsverfahren. Hier werden beispielhaft zwei Kenngrößen K1 und K2 der Prozessoreinrichtung 20 zugeführt, wobei hier die Prozessoreinrichtung beispielsweise eine Matrix- beziehungsweise
Matrixkennlinie aufweisen kann und auf diese Weise eine Punktsuche aus dieser Matrix ermöglicht wird. Die Prozessoreinrichtung kann hier beispielsweise eine Zwischenaussage Z ausgeben, die beispielsweise eine maximal mögliche Lagerlebensdauer darstellen kann. Bei dem Kennwert K3 kann es sich hier um beispielsweise die tatsächlichen Betriebsstunden handeln wobei durch ein Additions- oder Subtraktionsglied 33 zum Beispiel die tatsächliche Betriebsstundenzahl von der maximal möglichen Lagerlebensdauer abgezogen werden kann und entsprechend dieser Subtraktion die Aussage B getroffen werden kann. Die Aussage B könnte hier beispielsweise darin bestehen, dass die Komponente in ca. 2.500 Stunden wartungsfällig ist.
Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Betriebsgrößen. Auch hier werden beispielhaft zwei Kenngrößen K1 und K2 einer Prozessoreinrichtung 22 zugeführt, welche auf Basis einer Berechnungsformel 27 diese beiden Kenngrößen K1 und K2 verwendet, um eine Zwischenaussage Z auszugeben. Diese Zwischenaussage Z kann dabei wiederum die maximal mögliche Lagerlebensdauer oder Bauteillebensdauer beinhalten.
Auch hier wird wiederum als dritte Kenngröße K3 die tatsächliche Laufzeit angegeben und so wiederum wie oben erwähnt, eine Aussage B gewonnen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verknüpfungseinrichtungen 42, 44, 46 auch Bestandteile der Prozessoreinrichtung
22 sein können.
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten
Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
1 Arbeitsmaschine
Steuerungseinrichtung
3 Antriebsverstärker
, 6 Erfassungseinrichtung, Sensoreinrichtung
5 Sensoreinrichtung
7 Sensoreinrichtung
10 Arbeitselement
12 Antriebseinrichtungen
16 Bus
18 Koppler
20 PC
22 Prozessoreinrichtung
25 Informationsausgabeeinrichtung
26 Kommunikationsleitung
27 Berechnungsformel
32 Ausgabeeinrichtung
33 Additions- oder Subtraktionsglied
34 Datenbank
36 Webserver
38 Verbindung zum Internet
42, 44, 46 Verknüpfungseinrichtung
K1-K Kenngrößen
Z Zwischenaussage
B Betriebsgröße

Claims

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Betriebsgrößen von Arbeitselementen in Arbeitsmaschinen Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung von Betriebsgrößen von Arbeitselementen in
Arbeitsmaschinen mit den Schritten:
- Ermittlung wenigstens einer ersten für das Arbeitselement charakteristischen Kenngröße (K1);
- Ermittlung wenigstens einer zweiten für das Arbeitselement charakteristischen Kenngröße (K2)
- Übermittlung der ersten Kenngröße (K1 ) und der zweiten Kenngröße (K2) an eine Prozessoreinrichtung (22)
- Verknüpfung der ersten charakteristischen Kenngröße (K1 ) und der zweiten charakteristischen Kenngröße (K2) und Ermittlung einer für eine Lebensdauer des Arbeitselements charakteristischen Betriebsgröße (B), wobei die Betriebsgröße (B) sowohl von der ersten charakteristischen Kenngröße (K1 ) als auch von der zweiten charakteristischen Kenngröße (K2) abhängt.
- Ausgabe der Betriebsgröße oder einer auf der der Betriebsgröße basierenden Information.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurchgekennzeichnet, dass
wenigstens eine charakteristische Kenngröße (K1) mit einer Referenzgröße verglichen wird und ein für diesen Vergleich charakteristisches Signal ausgegeben wird.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
wenigstens eine charakteristische Kenngröße auch zur Steuerung der
Arbeitsmaschine verwendet wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
wenigstens eine logische Verknüpfung zwischen der ersten charakteristischen Kenngröße (K1) und der zweiten charakteristischen Kenngröße (K2) erstellt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
für wenigstens eine charakteristische Kenngröße (K1, K2, K3, K4, K5,...) ein statistischer Wert ermittelt werden kann oder direkt ausgewertet wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
wenigstens eine charakteristische Kenngröße (K1 , K2) wiederholt ermittelt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
wenigstens eine charakteristische Größe (K1, K2) während eines Arbeitsbetriebs der Arbeitsmaschine ermittelt wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
die Betriebsgröße (B) auf Basis empirischer und/oder wissenschaftlicher,
laborermittelten Daten ermittelt wird
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
wenigstens eine charakteristische Kenngröße (K1 , K2) aus einer Gruppe von Kenngrößen ausgewählt ist, welche eine Temperatur des Arbeitselements, einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung, ein Drehmoment, einen Druck, Kombinationen hieraus oder dergleichen enthält.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
wenigstens eine charakteristische Kenngröße eine Laufzeit des Arbeitselements ist.
11. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurchgekennzeichnet, dass
die erste charakteristische Kenngröße (K1 ) und die zweite charakteristische
Kenngröße (K2) unabhängig voneinander sind.
12. Arbeitsmaschine (1) mit wenigstens einem dem Verschleiß unterliegenden
Arbeitselement (10), mit wenigstens einer ersten Erfassungseinrichtung (4) welche wenigstens eine erste für dieses Arbeitselement (10) charakteristische Kenngröße (K1) erfasst, mit wenigstens einer zweiten Erfassungseinrichtung (6) welche wenigstens eine zweite für dieses Arbeitselement charakteristische Kenngröße (K2) erfasst und mit einer Prozessoreinrichtung (22), welche auf Basis der ersten charakteristischen Kenngröße (K1) und der zweiten charakteristischen Kenngröße (K2) eine für eine Lebensdauer des Arbeitselements charakteristische Betriebsgröße (B) ermittelt, wobei die Betriebsgröße (B) sowohl von der ersten charakteristischen Kenngröße (K1) als auch von der zweiten charakteristischen Kenngröße (K2) abhängt und mit einer Informationsausgabeeinrichtung (25), welche in Abhängigkeit von der Betriebsgröße eine Information ausgibt.
13. Arbeitsmaschine nach Anspruch 12,
dadurchgekennzeichnet, dass
die Arbeitsmaschine wenigstens eine Verknüpfungseinrichtung zur logischen Verknüpfung der ersten Kenngröße (K1 ) und der zweiten Kenngröße (K2) aufweist.
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