WO2017133817A1 - Produktionsanlage mit regelung der produktions- bzw. verbrauchsrate - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to production plants having one or more processing stations for producing a final product from at least one primary educt.
- Processing station where a reactant is processed into a product, contains a process controller, which has one or more manipulated variables on the
- Processing station acts and receives at least one variable to be controlled as feedback. For example, is this size a measure of
- Quality characteristic of the product is correlated, this quality feature can be maintained at a constant level, even if disturbing influences affect the manufacturing process.
- the disturbances are compensated by adjusting the manipulated variable accordingly by the process controller.
- a production plant for the production of at least one end product from at least one primary educt comprises at least one processing station which processes at least one educt for at least one product. It is still a process controller is provided, which by influencing at least one acting on the processing station manipulated variable at least one size, which is a measure of a quality feature of the product, and / or with a
- Quality characteristic of the product is capable of regulating.
- starting material includes all materials, media, objects and other resources required by the processing station for the production of the product, in particular resources that are consumed in this case. These include, for example, raw materials, energy, auxiliary materials, consumables and manufactured by other processing stations
- a product generally includes the work result provided by the workstation.
- a product may, for example, be a refined or processed raw material, a precursor or semifinished product for further processing by further processing stations or an article to be produced with the production plant as a whole.
- the production plant can be a serial or parallel arrangement of
- Processing stations or any hybrid forms thereof include.
- a serial arrangement of two work stations means that a product of the first processing station is used by the second workstation as a starting material.
- a parallel arrangement of two workstations means that the two processing stations receive the same or similar educts and from this produce the same or similar, in particular interchangeable, products.
- Primary educts are those educts that the considered as a whole
- a variable which is correlated with a quality feature of the product is understood in particular to be a variable whose value or course is the cause of the
- Presence or absence of the quality characteristic may be a process variable that affects the quality of the product or that otherwise matters to the quality of the product.
- the process controller is additionally designed to
- the production rate can be determined by the amount of
- Processing station provided product per unit time to be defined.
- the consumption rate can be calculated in particular as the consumption of educt per
- Time unit are defined by the processing station.
- the manufacturing cost per manufactured product may depend on the degree of utilization of the machine because of the Energy consumption and / or tool wear at full capacity or even overloading of the machine increase disproportionately. If a large number of products, for example diesel injectors, are needed immediately, because elsewhere, for example in engine production, a standstill threatens, then it can make economic sense to drive the production machine without regard to the increased unit costs at the limit. If, on the other hand, a smaller number is required because further processing ceases or there is less acute need for other reasons, the one working point for the workload with the lowest unit costs may make sense.
- Processing Stations are distributed so that the maximum available value can be achieved with the available total quantity.
- the production rate and the consumption rate are immediately obvious
- Parameters that can be set by a process operator with regard to the operational requirements The regulation of the size, which is a measure of a quality characteristic of the product, and / or with a
- Quality characteristic of the product may be equal to the regulation of the production rate or consumption rate. However, with particular preference the control is prioritized in terms of product quality.
- Manipulated variable for the purpose of changing the production rate or consumption rate are allowed only to the extent that the product quality at any time falls below a predetermined threshold.
- the production rate and the consumption rate may be quantities which are present or can be scanned with a comparatively slow time constant. If, for example, the product and / or the starting material are present in the form of discrete pieces, then the time required for the production or consumption of a piece is limited is needed, the time constant. However, this expressly does not limit the time constant at which that quantity is scanned, which is a measure of a quality characteristic of the product, and / or which is correlated with a quality characteristic of the product.
- This size need not only be present when a discrete piece of the product is made, but may for example be a process size and be present during the production of the currently being processed product with high time resolution.
- the process controller can thus as before respond to disturbances occurring during this production immediately and immediately, with cycle times down to the millisecond range, and adjust the manipulated variable accordingly.
- Process controller regulates, advantageously fed back into the process controller, so that there is a closed loop control.
- the process controller receives at least one process variable from the processing station as additional feedback.
- This feedback can be used, for example, to monitor boundary conditions, such as
- Load limits of components of the processing station serve. However, it can also be used, for example, to train the process controller additionally to regulate this process variable.
- the process controller can implement the requirement to regulate the production rate and / or consumption rate to a predetermined value internally in specifications for one or more process variables. The desired production rate and / or
- Consumption rate is then physically realized by appropriate control of the process variables to the new specifications.
- Quality characteristic of the product to be correlated is a particularly advantageous embodiment of the invention, in which the processing station is designed to process an educt by drilling to form a product.
- the process controller can then be designed, for example, to control the feed force F of the drill as a process variable.
- the process controller for example, vary the speed of the drill.
- the service life of the drill could be extended by up to 30%.
- the processing station can be designed to process an educt by milling into a product.
- the process controller can then be designed, for example, to use the feed rate v of the milling cutter as
- the process controller can also receive a measured variable R, which describes the rattling of the milling cutter, as an additionally fed back process variable.
- R which describes the rattling of the milling cutter
- the chattering of a milling cutter involves vibrations that occur more frequently at higher processing speeds and, for example, reduce both the life of the milling cutter and the machining accuracy. If the process controller is now given the specification of the highest possible production rate while maintaining the same quality requirement, then the process controller can react to this, for example, by giving at least the initial coarse part of the workpiece machining with a maximum
- the process controller can be one of the actual controller of the
- Workstation must be independent unit and also does not have to be integrated into the processing station. So it is possible, for example, that one
- Process controller can be retrofitted in the form of a separate system box. Conversely, however, it is also possible to integrate in the control of the processing station from the outset the process controller.
- the control of the processing station may be, for example, a CNC controller, a PLC controller or a speed controller for a frequency converter.
- the process variable from the processing station, which receives the process controller as additional feedback for example, be a state information from the control of the processing station.
- the process variable can also be, for example, a measured value measured with a sensor.
- At least two processing stations are provided, wherein at least one product of the first processing station is an educt of the second processing station. It can then, for example, the consumption rate of the second processing station on precursors and the production rate of the first processing station for these precursors are coordinated so that there is neither a stagnation of unprocessed precursors between the first and the second processing station nor to a standstill of the second processing station due to an acute Lack of precursors comes. Likewise, for example, several processing stations from one and the same
- upstream processing station to be fed with precursors.
- a first process controller which receives at least one process variable from each processing station as feedback and one to the first
- Processing station affected manipulated variable influenced. Furthermore, a second process controller is provided, the at least one process variable from the second processing station and at least one size, which is a measure of
- Quality characteristic of the product and / or which is correlated with a quality characteristic of the product receives as feedback and one on the second
- Processing station affected manipulated variable influenced.
- the first process controller can then serve, for example, mainly to implement the specification with respect to the production rate or consumption rate.
- the second process controller may serve primarily to ensure a consistent quality of the final product.
- a production controller is provided which is adapted to the consumption rate of the production plant to at least one Primäredukt, and / or the
- Production rate of production plant for the final product by acting on the set points of the process controller for the production rates of
- the production controller can particularly easily respond to the two disturbances that occur most frequently in such a complex composite, namely failures of processing stations on the one hand and
- processing stations can work with a shortage of certain educts on low flame in order to use the scarce starting materials at other processing stations, where they are needed more urgently.
- the production controller thus orchestrates the interplay of the individual processing stations in accordance with the situation, so that the added value and the necessary
- the production controller can transmit to the individual processing stations the specifications relating to the consumption or production rate, for example in the form of a scaling factor normalized to the respective maximum production capacity, a value of 0 for standstill and a value of 1 for
- the production controller can the specifications regarding the
- Production rate of end products and / or with respect to the consumption of Primäredukten example of a control system, such as SAP or a production control system (Manufacturing Execution System, M ES) receive and in turn report the actual state of the production rate or consumption rate to the control system.
- a control system such as SAP or a production control system (Manufacturing Execution System, M ES)
- M ES Manufacturing Execution System
- Processing station transmitted to the production controller. For example, if a workstation has failed, any attempt of the
- the process controller and the production controller can each be designed as separate units, which can be sold separately and retrofitted to an existing processing station, or in an existing production plant.
- the invention therefore also relates to a process controller, which is additionally designed, by acting on a manipulated variable acting on the processing station
- the invention also relates to a production controller for a production plant composed of a plurality of processing stations, which is designed to control the production rate and / or the consumption rate of the production plant by influencing the setpoints of the process controllers for the production rates, and / or for the consumption rates To regulate base stations.
- the invention has at least the following significant advantages over the prior art:
- Processing stations is no longer an independent, manual process.
- the process controller Through the process controller, the manipulated variables and process parameters are interposed for each tool state as well as for each individual pairing
- the production controller has a direct influence on the manipulated variables of the individual processing stations, and thus also on the production speed and on the unit costs.
- FIG 1 embodiment of a production plant 1 according to the invention with a processing station 41
- Figure 2 embodiment of a production plant 1 according to the invention with two cascaded processing stations 41 and 42nd
- FIG. 9 embodiment of a production plant 1 according to the invention with production controller. 9
- the production plant 1 comprises a single processing station 41.
- the processing station 41 consumes this
- the production rate 3a of the production plant 1 as a whole is identical to the production rate 31a of the single processing station 41.
- the process controller 51 assigned to the processing station 41 receives both the consumption rate 21a and the production rate 31a of the processing station 41. The process controller 51 is thus able to maintain the quality of the process
- Product 31 to regulate either the consumption rate 21a, the production rate 31a or a combination of the consumption rate 21a and the production rate 31a.
- the process controller 51 influences for this purpose on the
- Processing station 41 acting manipulated variable 61 acting manipulated variable 61.
- the size 71 is registered not only on the finished product 31, but at the same time, taken on a much faster time scale, directly from the running in the processing station 41 process.
- the process controller 51 receives another process variable 81 from the processing station as further feedback, which can be used to monitor boundary conditions.
- the production plant 1 comprises two processing stations 41 and 42 cascaded with one another
- Primäredukt 2 is at the same time the starting material 21 of the first processing station 41, and the consumption rate 2a at primary educt 2 is identical to the consumption rate 21a of the first processing station 41.
- the first processing station 41 produces a first product 31 at a rate 31a.
- This first product 31 is at the same time the educt 22 of the second processing station 42, which produces the second product 32 from this educt 22 at a rate 32a.
- the second product 32 is identical to the end product 3, which produces the production plant 1 as a whole, and the rate 3a, with which the end product 3 is produced, is identical to the production rate 32a of the second processing station 42
- the consumption rate 22a of the second processing station 42 is not necessarily identical to the production rate 31a of the first one
- the production plant 1 contains two process controllers 51 and 52. The first
- Process controller 51 receives the consumption rate 21a and the production rate 31a of the first processing station 41 as feedback. In addition, the first process controller 51 receives a first process variable 81 from the first processing station 41 and a second process variable 82 from the second processing station 42. The first process controller 51 influences a manipulated variable 61 that corresponds to the first process variable
- Processing station 41 acts. He does the main work in implementing the quantitative requirements for production and resource consumption.
- the second process controller 52 receives the consumption rate 22a and the
- Production rate 32a of the second processing station 42 as a feedback.
- the second process controller 52 obtains the quantity 72, which is a measure of a quality characteristic of the product 32.
- the second process controller 52 thus assumes the final inspection of the product 32, which is at the same time the end product 3 of the production plant 1. Analogous to FIG. 1, the size 72 becomes both on the hand of the finished product 32 and on a much faster one
- Time scale taken directly from the running in the processing station 42 process.
- FIG. 3 shows a further embodiment of a production plant 1 according to the invention.
- a mixed serial and parallel arrangement of four processing stations 41, 42 a, 42 b and 43 is provided.
- the first processing station 41 consumes a starting material 21, which is also the primary educt 2 of the production plant 1 as a whole, with a consumption rate 21a and produces a first product 31 from this educt 21 at a production rate 31a.
- the one associated with the first processing station 41 is also the primary educt 2 of the production plant 1 as a whole, with a consumption rate 21a and produces a first product 31 from this educt 21 at a production rate 31a.
- Process controller 51 which acts on the first processing station 41 via a manipulated variable 61, receives the consumption rate 21a and the production rate 31a of the first processing station 41 as well as a quantity 71, which is a measure of a quality characteristic of the first product 31, as feedback.
- Process controller 51 is designed, in addition to the size 71 and the
- the first product 31 is an intermediate product which is fed as educt 22 to two processing stations 42a and 42b arranged in parallel.
- Processing stations 42a and 42b produce a second product 32 from the educt 22.
- the consumption rate 22al the
- Processing station 42b on the reactant 22 differ. Also, the production rate 32al of the second product processing station 42a may differ from the production rate 32a2 of the second product processing station 42b. The sum of the consumption rates 22al and 22a2 both
- Processing stations 42a and 42b on the educt 22 need not correspond at all times to the production rate 31a with which this educt 22 is produced as the first product 31 by the processing station 41.
- Storage capacity is available, which receives a production surplus from the processing station 41 and covers a surplus demand from the processing stations 42a and 42b.
- the process controller 52a associated with the processing station 42a influences the processing station 42a by a manipulated variable 62a. It receives the consumption rate 22al and the production rate 32al of the processing station 42a, as well as the size 72a, which is a measure of a quality feature of the
- Processing station 42a produced second product 32, as
- the process controller 52b assigned to the processing station 42b influences the processing station 42b mediated by a manipulated variable 62b. It receives the consumption rate 22a2 and the production rate 32a2 of the processing station 42b, as well as the size 72b, which is a measure of a quality characteristic of the of the
- Processing station 42b produced second product 32, as
- the second product 32 produced by both processing stations 42a and 42b is at the same time the educt 23 for the processing station 43.
- Processing station 43 consumes educt 23 at a consumption rate 23a, and uses this production rate 33a to produce third product 33, which at the same time is the end product 3 of production plant 1 as a whole.
- the processing station 43 associated with the process controller 53 receives the
- the sizes 71, 72a, 72b and 73 are determined not only on the basis of the finished products 31, 32 and 33, but also, on a much faster time scale, directly in the processing stations 41, 42a, 42b and 43 ongoing processes taken.
- the production rate 33a of the processing station 43 is identical to the production rate 3a of FIG
- Production plant 1 as a whole.
- the production controller 9 receives the consumption rate 2a and the production rate 3a of the production plant 1 as feedback. He is trained to
- the production controller 9 influences the set values 91, 92a, 92b and 93 for the consumption rates 21a, 22al, 22a2, 23a, and / or for the production rates 31a, 32al, 32a2, 33a, the processing stations 42, 42a, 42b and 43
- the production controller may receive further feedback about the state of the processing stations 42, 42a, 42b and 43, which are not shown in FIG. 3 for reasons of clarity.
- the production plant 1 as a whole can be driven between the extremes of the maximum production rate 3a and the minimum consumption rate 2a. Furthermore, it is possible, for example, to react to a failure of the processing station 42a by correspondingly increasing the utilization of the processing station 42b.
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Abstract
Produktionsanlage (1) für die Herstellung mindestens eines Endprodukts (3) aus mindestens einem Primäredukt (2), umfassend mindestens eine Bearbeitungsstation (41-43), die mindestens ein Edukt (21-23) zu mindestens einem Produkt (31, 32, 33) verarbeitet, sowie einen Prozessregler (51-53), der durch Beeinflussung mindestens einer auf die Bearbeitungsstation (41-43) wirkenden Stellgröße (61-63) mindestens eine Größe (71-73), die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts (31-33) ist und/oder mit einem Qualitätsmerkmal des Produkts (31-33) korreliert ist, zu regeln vermag, wobei der Prozessregler (51-53) zusätzlich dazu ausgebildet ist, durch Einwirkung auf die Stellgröße (61-63) die Produktionsrate (31a- 33a) der Bearbeitungsstation (41-43) für das Produkt (31-33), und/oder die Verbrauchsrate (21a-23a) der Bearbeitungsstation (41-43) an Edukt (21-23), zu regeln.
Description
Beschreibung
Titel:
PRODUKTIONSANLAGE MIT REGELUNG DER PRODUKTIONS- BZW.
VERBRAUCHSRATE
Die vorliegende Erfindung betrifft Produktionsanlagen mit einer oder mehreren Bearbeitungsstationen zur Herstellung eines Endprodukts aus mindestens einem Primäredukt.
Stand der Technik
Industrielle Fertigungsprozesse laufen vielfach geregelt ab. Eine
Bearbeitungsstation, an der ein Edukt zu einem Produkt verarbeitet wird, enthält einen Prozessregler, der über eine oder mehrere Stellgrößen auf die
Bearbeitungsstation einwirkt und mindestens eine zu regelnde Größe als Rückkopplung erhält. Ist diese Größe beispielsweise ein Maß für ein
Qualitätsmerkmal des Produkts, und/oder ist diese Größe mit einem
Qualitätsmerkmal des Produkts korreliert, so lässt sich dieses Qualitätsmerkmal auch dann auf einem gleichbleibenden Niveau halten, wenn Störeinflüsse auf den Fertigungsprozess einwirken. Die Störeinflüsse werden kompensiert, indem die Stellgröße durch den Prozessregler entsprechend nachgeführt wird.
Derartige Fertigungsprozesse und zugehörige Prozessregler sind beispielsweise aus der EP 1 867 422 A2 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Produktionsanlage für die Herstellung mindestens eines Endprodukts aus mindestens einem Primäredukt entwickelt. Diese Produktionsanlage umfasst mindestens eine Bearbeitungsstation, die mindestens ein Edukt zu mindestens einem Produkt verarbeitet. Es ist weiterhin
ein Prozessregler vorgesehen, der durch Beeinflussung mindestens einer auf die Bearbeitungsstation wirkenden Stellgröße mindestens eine Größe, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts ist, und/oder die mit einem
Qualitätsmerkmal des Produkts korreliert ist, zu regeln vermag.
Der Begriff des Edukts umfasst alle Materialien, Medien, Gegenstände und sonstigen Ressourcen, die von der Bearbeitungsstation für die Herstellung des Produkts benötigt werden, insbesondere Ressourcen, die sich hierbei verbrauchen. Hierunter fallen beispielsweise Rohstoffe, Energie, Hilfsstoffe, Verbrauchsmaterialien sowie von anderen Bearbeitungsstationen hergestellte
Vorprodukte. Auch Werkzeuge und andere Teile der Bearbeitungsstation, die einem Verschleiß unterliegen und sich somit über kurz oder lang ebenfalls verbrauchen, zählen zu den Edukten.
Der Begriff des Produkts umfasst allgemein das von der Bearbeitungsstation gelieferte Arbeitsergebnis. Ein Produkt kann insbesondere beispielsweise ein veredelter oder verarbeiteter Rohstoff, ein Vorprodukt oder Halbzeug für die Weiterverarbeitung durch weitere Bearbeitungsstationen oder ein mit der Produktionsanlage als Ganzes herzustellender Gegenstand sein.
Die Produktionsanlage kann eine serielle oder parallele Anordnung von
Bearbeitungsstationen oder beliebige Mischformen hiervon umfassen. Eine serielle Anordnung von zwei Arbeitsstationen bedeutet, dass ein Produkt der ersten Bearbeitungsstation von der zweiten Arbeitsstation als Edukt genutzt wird. Eine parallele Anordnung von zwei Arbeitsstationen bedeutet, dass die beiden Bearbeitungsstationen gleiche oder gleichartige Edukte erhalten und hieraus gleiche oder gleichartige, insbesondere untereinander austauschbare, Produkte herstellen. Primäredukte sind diejenigen Edukte, die der als Ganzes betrachteten
Produktionsanlage insgesamt zugeführt werden. Endprodukte sind diejenigen Produkte, die aus der Tätigkeit der als Ganzes betrachteten Produktionsanlage insgesamt resultieren.
Der Begriff des Regeins einer Größe umfasst im Kontext dieser Erfindung insbesondere das Regeln der Größe auf einen vorgegebenen Sollwert oder Sollwertverlauf, aber beispielsweise auch das Konstanthalten auf dem aktuellen Wert der Größe, ohne dass dieser Wert konkret vorgegeben ist. Allgemein umfasst der Begriff des Regeins das Einwirken auf eine Stellgröße, um die
Abweichung eines durch ein Funktional der geregelten Größe definierten
Istzustandes von einem Sollzustand zu minimieren.
Unter einer mit einem Qualitätsmerkmal des Produkts korrelierten Größe wird insbesondere eine Größe verstanden, deren Wert oder Verlauf ursächlich für das
Vorhandensein oder Fehlen des Qualitätsmerkmals ist. Es kann sich also beispielsweise um eine Prozessgröße handeln, die auf die Qualität des Produkts wirkt oder die in sonstiger Weise für die Qualität des Produkts von Bedeutung ist. Erfindungsgemäß ist der Prozessregler zusätzlich dazu ausgebildet, durch
Einwirkung auf die Stellgröße die Produktionsrate der Bearbeitungsstation für das Produkt, und/oder die Verbrauchsrate der Bearbeitungsstation an Edukt, zu regeln. Die Produktionsrate kann insbesondere als Menge des durch die
Bearbeitungsstation bereitgestellten Produkts pro Zeiteinheit definiert werden. Die Verbrauchsrate kann insbesondere als der Verbrauch an Edukt pro
Zeiteinheit durch die Bearbeitungsstation definiert werden.
Es wurde erkannt, dass sich durch diese Maßnahme überraschenderweise die Wirtschaftlichkeit der Herstellung verbessern lässt. Bislang fanden
mengenmäßige Produktionsregelungen hauptsächlich im Bereich der Logistik und Montage Anwendung, während sie bei der eigentlichen Herstellung, und insbesondere in der Fertigungstechnik, kein Thema waren. Stattdessen wurden feste Produktionskapazitäten und die dafür bereitgehaltenen
Bearbeitungsprozesse bei fixen Erstellungszeiten und spezifizierten
Qualitätsmerkmalen für sich gesehen optimal ausgelastet.
Eine solche optimale Auslastung ist häufig deckungsgleich mit dem
wirtschaftlichen Optimum, jedoch längst nicht immer. Beispielsweise können an einer zerspanenden Fertigungsmaschine die Fertigungskosten pro hergestelltem Produkt vom Auslastungsgrad der Maschine abhängen, weil der
Energieverbrauch und/oder der Werkzeugverschleiß bei voller Auslastung oder gar Überlastung der Maschine überproportional ansteigen. Wird eine große Anzahl von Produkten, beispielsweise Dieselinjektoren, sofort benötigt, weil ansonsten anderswo, beispielsweise in der Motorenfertigung, ein Stillstand droht, dann kann es wirtschaftlich sinnvoll sein, die Fertigungsmaschine ohne Rücksicht auf die erhöhten Stückkosten am Limit zu fahren. Wird hingegen eine geringere Anzahl benötigt, weil die Weiterverarbeitung stockt oder es aus anderen Gründen weniger akuten Bedarf gibt, kann derjenige Arbeitspunkt für die Auslastung mit den geringsten Stückkosten sinnvoll sein.
Alternativ oder auch in Kombination zur Produktionsrate kann auch die
Verbrauchsrate der Bearbeitungsstation geregelt werden. Mit einer derartigen Regelung kann beispielsweise auf eine Ressourcenknappheit reagiert werden. Beispielsweise kann ein Halbzeug, das von mehreren Bearbeitungsstationen benötigt wird und dessen verfügbare Menge den Bedarf aller
Bearbeitungsstationen nicht deckt, mengenmäßig so auf die
Bearbeitungsstationen verteilt werden, dass mit der verfügbaren Gesamtmenge noch die größtmögliche Wertschöpfung erzielt werden kann. Die Produktionsrate und die Verbrauchsrate sind unmittelbar einsichtige
Parameter, die von einem Prozessbediener im Hinblick auf die betrieblichen Erfordernisse eingestellt werden können. Die Regelung der Größe, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts ist, und/oder die mit einem
Qualitätsmerkmal des Produkts korreliert ist, kann hierbei gleichberechtigt mit der Regelung der Produktionsrate bzw. Verbrauchsrate sein. Besonders bevorzugt ist die Regelung im Hinblick auf die Produktqualität jedoch priorisiert.
Insbesondere können beispielsweise als Randbedingung Eingriffe in die
Stellgröße zwecks Änderung der Produktionsrate oder Verbrauchsrate nur insoweit zugelassen werden, als die Produktqualität hierbei zu keiner Zeit einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Die Produktionsrate und die Verbrauchsrate können Größen sein, die mit einer vergleichsweise langsamen Zeitkonstanten vorliegen bzw. abtastbar sind. Liegen beispielsweise das Produkt und/oder das Edukt in Form diskreter Stücke vor, so begrenzt die Zeit, die für die Produktion bzw. für den Verbrauch eines Stückes
benötigt wird, die Zeitkonstante. Dies limitiert jedoch ausdrücklich nicht die Zeitkonstante, mit der diejenige Größe abgetastet wird, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts ist, und/oder die mit einem Qualitätsmerkmal des Produkts korreliert ist. Diese Größe muss nicht erst dann vorliegen, wenn ein diskretes Stück des Produkts gefertigt ist, sondern kann beispielsweise auch eine Prozessgröße sein und während der Herstellung des gerade zu bearbeitenden Produkts mit hoher Zeitauflösung vorliegen. Der Prozessregler kann also wie bisher auf während dieser Herstellung auftretende Störungen unmittelbar und sofort, mit Taktzeiten bis hinab in den Millisekundenbereich, reagieren und die Stellgröße entsprechend nachführen.
Zum Zwecke des Soll-Ist-Vergleichs sind diejenigen Größen, auf die der
Prozessregler regelt, vorteilhaft in den Prozessregler zurückgekoppelt, so dass eine geschlossene Regelschleife vorliegt.
Vorteilhaft erhält der Prozessregler mindestens eine Prozessgröße aus der Bearbeitungsstation als zusätzliche Rückkopplung. Diese Rückkopplung kann beispielsweise zur Überwachung von Randbedingungen, wie etwa
Belastungsgrenzen von Komponenten der Bearbeitungsstation, dienen. Sie kann aber beispielsweise auch verwendet werden, um den Prozessregler zusätzlich dazu auszubilden, diese Prozessgröße zu regeln. Beispielsweise kann der Prozessregler die Anforderung, die Produktionsrate und/oder Verbrauchsrate auf einen vorgegebenen Wert zu regeln, intern in Vorgaben für einen oder mehrere Prozessgrößen umsetzen. Die gewünschte Produktionsrate und/oder
Verbrauchsrate wird dann durch entsprechende Regelung der Prozessgrößen auf die neuen Vorgaben physisch realisiert. Beispielsweise kann in der zerspanenden Fertigung die Vorgabe für die Produktionsrate und/oder
Verbrauchsrate in eine Vorgabe für die Bearbeitungskraft umgesetzt werden. Die übrigen Zerspanungsparameter werden dann im Zuge der Regelung auf die neue Bearbeitungskraft automatisch so angepasst, dass Produkte gleichbleibender Qualität hergestellt werden. Alternativ oder in Kombination hierzu kann die zusätzlich rückgekoppelte Prozessgröße auch ihrerseits ein Maß für ein
Qualitätsmerkmal des Produkts sein, und/oder sie kann mit einem
Qualitätsmerkmal des Produkts korreliert sein.
Ein Beispiel hierfür ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, in der die Bearbeitungsstation dazu ausgebildet ist, ein Edukt durch Bohren zu einem Produkt zu verarbeiten. Der Prozessregler kann dann beispielsweise dazu ausgebildet sein, die Vorschubkraft F des Bohrers als Prozessgröße zu regeln. Hierzu kann der Prozessregler beispielsweise die Drehzahl des Bohrers variieren. In entsprechenden Versuchen der Erfinder konnte hierdurch die Lebensdauer des Bohrers um bis zu 30 % verlängert werden.
Analog kann in einer weiteren besonderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Bearbeitungsstation dazu ausgebildet sein, ein Edukt durch Fräsen zu einem Produkt zu verarbeiten. Der Prozessregler kann dann beispielsweise dazu ausgebildet sein, die Vorschubgeschwindigkeit v des Fräsers als
Prozessgröße zu regeln.
Der Prozessregler kann weiterhin eine Messgröße R, die das Rattern des Fräsers beschreibt, als zusätzlich rückgekoppelte Prozessgröße erhalten. Beim Rattern eines Fräsers handelt es sich um Schwingungen, die bei größeren Bearbeitungsgeschwindigkeiten vermehrt auftreten und beispielsweise sowohl die Lebensdauer des Fräsers als auch die Bearbeitungsgenauigkeit reduzieren. Wenn dem Prozessregler nun bei gleichbleibender Qualitätsanforderung die Vorgabe einer möglichst hohen Produktionsrate gemacht wird, dann kann der Prozessregler darauf beispielsweise reagieren, indem er zumindest den anfänglichen groben Teil der Werkstückbearbeitung mit maximaler
Geschwindigkeit und starkem Rattern durchführt und für die Finalisierung filigraner Strukturen die Geschwindigkeit deutlich reduziert, um im Interesse einer hohen Oberflächenqualität das Rattern zu minimieren.
Der Prozessregler kann eine von der eigentlichen Steuerung der
Bearbeitungsstation unabhängige Einheit sein und muss auch nicht in die Bearbeitungsstation integriert sein. Es ist also beispielsweise möglich, dass eine
Vielzahl von Bearbeitungsstationen über eine Kommunikationsverbindung mit einem zentralen Prozessregler gekoppelt ist. Ebenso kann an einer
Bearbeitungsstation, die bislang nur gesteuert und nicht geregelt lief, ein
Prozessregler in Form einer separaten Systembox nachgerüstet werden.
Umgekehrt ist es jedoch auch möglich, in der Steuerung der Bearbeitungsstation von vornherein den Prozessregler zu integrieren.
Die Steuerung der Bearbeitungsstation kann beispielsweise eine CNC- Steuerung, eine SPS-Steuerung oder auch eine Drehzahlsteuerung für einen Frequenzumrichter sein. Die Prozessgröße aus der Bearbeitungsstation, die der Prozessregler als zusätzliche Rückkopplung erhält, kann beispielsweise eine Zustandsinformation aus der Steuerung der Bearbeitungsstation sein. Die Prozessgröße kann aber auch beispielsweise ein mit einem Sensor gemessener Messwert sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Bearbeitungsstationen vorgesehen, wobei mindestens ein Produkt der ersten Bearbeitungsstation ein Edukt der zweiten Bearbeitungsstation ist. Es können dann beispielsweise die Verbrauchsrate der zweiten Bearbeitungsstation an Vorprodukten und die Produktionsrate der ersten Bearbeitungsstation für diese Vorprodukte so aufeinander abgestimmt werden, dass es weder zu einer Stauung unverarbeiteter Vorprodukte zwischen der ersten und der zweiten Bearbeitungsstation noch zu einem Stillstand der zweiten Bearbeitungsstation infolge eines akuten Mangels an Vorprodukten kommt. Ebenso können beispielsweise mehrere Bearbeitungsstationen aus ein und derselben
vorgeschalteten Bearbeitungsstation mit Vorprodukten gespeist werden.
Umgekehrt können beispielsweise mehrere Bearbeitungsstationen, die gleiche oder gleichartige Vorprodukte herstellen, eine nachgeschaltete
Bearbeitungsstation beliefern, die diese Vorprodukte als Edukte benötigt.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erster Prozessregler vorgesehen, der je mindestens eine Prozessgröße aus jeder Bearbeitungsstation als Rückkopplung erhält und eine auf die erste
Bearbeitungsstation wirkende Stellgröße beeinflusst. Weiterhin ist ein zweiter Prozessregler vorgesehen, der mindestens eine Prozessgröße aus der zweiten Bearbeitungsstation sowie mindestens eine Größe, die ein Maß für ein
Qualitätsmerkmal des Produkts ist, und/oder die mit einem Qualitätsmerkmal des Produkts korreliert ist, als Rückkopplung erhält und eine auf die zweite
Bearbeitungsstation wirkende Stellgröße beeinflusst. Der erste Prozessregler
kann dann beispielsweise hauptsächlich dazu dienen, die Vorgabe bezüglich der Produktionsrate bzw. Verbrauchsrate umzusetzen. Der zweite Prozessregler kann beispielsweise hauptsächlich dazu dienen, eine gleichbleibende Qualität des Endprodukts zu gewährleisten.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Produktionsregler vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, die Verbrauchsrate der Produktionsanlage an mindestens einem Primäredukt, und/oder die
Produktionsrate der Produktionsanlage für das Endprodukt, durch Einwirkung auf die Sollwerte der Prozessregler für die Produktionsraten der
Bearbeitungsstationen für ihre jeweiligen Produkte, und/oder für die
Verbrauchsraten der Bearbeitungsstationen an ihren jeweiligen Edukten, zu regeln.
Die Verbrauchsrate und die Produktionsrate der Produktionsanlage als Ganzes sind die aus wirtschaftlicher Sicht letztendlich interessierenden Größen. Indem nun auf der Ebene der einzelnen Bearbeitungsstationen die Prozessregler wiederum mit Vorgaben für Verbrauchsraten und/oder Produktionsraten arbeiten, gibt es keinen logischen Bruch zwischen den beiden Ebenen. Auch ein komplexes Netzwerk aus teils seriell, teils parallel zueinander angeordneten Basisstationen bleibt auf diese Weise nachvollziehbar.
Weiterhin kann der Produktionsregler besonders einfach gerade auf die beiden Störungen reagieren, die in einem derartigen komplexen Verbund am häufigsten auftreten, nämlich Ausfälle von Bearbeitungsstationen einerseits und
Ressourcenknappheit andererseits. Beispielsweise kann der Ausfall einer Bearbeitungsstation dadurch kompensiert werden, dass die Auslastung anderer Bearbeitungsstationen, die das gleiche Produkt herstellen, erhöht wird.
Umgekehrt können Bearbeitungsstationen bei Knappheit bestimmter Edukte auf Sparflamme arbeiten, um die knappen Edukte an anderen Bearbeitungsstationen einsetzen zu können, wo sie dringender benötigt werden. Der Produktionsregler orchestriert also das Zusammenspiel der einzelnen Bearbeitungsstationen situationsgerecht, so dass die Wertschöpfung und der dazu nötige
Ressourcenverbrauch in einem optimalen Verhältnis gehalten werden.
Der Produktionsregler kann den einzelnen Bearbeitungsstationen die Vorgaben bezüglich der Verbrauchs- bzw. Produktionsrate beispielsweise in Form eines auf die jeweilige maximale Produktionskapazität normierten Skalierungsfaktors übermitteln, wobei ein Wert von 0 für Stillstand und ein Wert von 1 für
Vollauslastung steht. Der Produktionsregler kann die Vorgaben bezüglich der
Produktionsrate von Endprodukten und/oder bezüglich des Verbrauchs von Primäredukten beispielsweise von einem Leitsystem, wie etwa SAP oder einem Produktionsleitsystem (Manufacturing Execution System, M ES) erhalten und seinerseits den Ist-Zustand der Produktionsrate bzw. Verbrauchsrate an das Leitsystem zurückmelden.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass zwischen dem Produktionsregler und den für die einzelnen Bearbeitungsstationen zuständigen Prozessreglern jeweils eine geschlossene rückgekoppelte Regelschleife besteht. Für die Regelung der Verbrauchsrate bzw. der Produktionsrate der Produktionsanlage als Ganzes muss der Produktionsregler nur den Ist-Zustand dieser Verbrauchsrate bzw. Produktionsrate kennen. Die Regelgüte lässt sich jedoch verbessern, indem der Prozessregler aggregierte Informationen über den Ist-Zustand der
Bearbeitungsstation an den Produktionsregler übermittelt. Ist beispielsweise eine Bearbeitungsstation ausgefallen, erübrigt sich jeder Versuch des
Produktionsreglers, die Auslastung dieser Bearbeitungsstation zu erhöhen.
Der Prozessregler und der Produktionsregler können jeweils als eigenständige Einheiten ausgebildet sein, die separat verkauft und an einer vorhandenen Bearbeitungsstation, bzw. in einer vorhandenen Produktionsanlage, nachgerüstet werden können. Nach dem zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung daher auch auf einen Prozessregler, der zusätzlich dazu ausgebildet ist, durch über eine Stellgröße vermittelte Einwirkung auf die Bearbeitungsstation die
Produktionsrate und/oder die Verbrauchsrate der Basisstation zu regeln. Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf einen Produktionsregler für eine aus mehreren Bearbeitungsstationen zusammengesetzte Produktionsanlage, der dazu ausgebildet ist, die Produktionsrate und/oder die Verbrauchsrate der Produktionsanlage durch Einwirkung auf die Sollwerte der Prozessregler für die Produktionsraten, und/oder für die Verbrauchsraten, der Basisstationen zu regeln.
Die Erfindung weist mindestens die folgenden wesentlichen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:
Die Anpassung der Stellgrößen und Prozessparameter der einzelnen
Bearbeitungsstationen ist kein eigenständiger, manueller Vorgang mehr. Durch den Prozessregler werden die Stellgrößen und Prozessparameter sowohl für jeden Werkzeugzustand als auch für jede individuelle Paarung zwischen
Werkzeug und Werkstück optimal eingestellt und gehalten.
Die relevanten Qualitätsmerkmale der Endprodukte können bei innerhalb sinnvoller Grenzen variablen Prozessparametern erreicht werden. Die
Prozessstabilität der einzelnen Bearbeitungsschritte ist infolgedessen
gewährleistet.
Der Produktionsregler hat einen direkten Einfluss auf die Stellgrößen der einzelnen Bearbeitungsstationen, und somit auch auf das Fertigungstempo und auf die Stückkosten.
Neben einem reinen wirtschaftlichen Optimierungsziel der Produktionsregelung sind umfassende Verknüpfungen innerhalb der Wertschöpfungskette möglich. Ebenso ist es möglich, auf Maschinenausfälle oder ungeplante
Ressourcenknappheit schnell zu reagieren.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Figur 1 Ausführungsbeispiel einer Produktionsanlage 1 gemäß der Erfindung mit einer Bearbeitungsstation 41;
Figur 2 Ausführungsbeispiel einer Produktionsanlage 1 gemäß der Erfindung mit zwei kaskadierten Bearbeitungsstationen 41 und 42.
Figur 3 Ausführungsbeispiel einer Produktionsanlage 1 gemäß der Erfindung mit Produktionsregler 9.
Nach Figur 1 umfasst die Produktionsanlage 1 eine einzige Bearbeitungsstation 41. Das Primäredukt 2, das der Produktionsanlage 1 als Ganzes zugeführt und von der Produktionsanlage 1 mit einer Rate 2a verbraucht wird, ist zugleich das Edukt 21 der Bearbeitungsstation 41. Die Bearbeitungsstation 41 verbraucht das
Edukt 21 mit einer Rate 21a und verarbeitet das Edukt 21 mit einer Rate 31a zu einem Produkt 31. Dieses Produkt 31 ist zugleich das Endprodukt s der
Produktionsanlage 1. Die Produktionsrate 3a der Produktionsanlage 1 als Ganzes ist mit der Produktionsrate 31a der einzigen Bearbeitungsstation 41 identisch.
Der der Bearbeitungsstation 41 zugeordnete Prozessregler 51 erhält neben der Größe 71, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts 31 ist, sowohl die Verbrauchsrate 21a als auch die Produktionsrate 31a der Bearbeitungsstation 41. Der Prozessregler 51 ist somit in der Lage, bei gleichbleibender Qualität des
Produkts 31 wahlweise die Verbrauchsrate 21a, die Produktionsrate 31a oder eine Kombination aus der Verbrauchsrate 21a und der Produktionsrate 31a zu regeln. Der Prozessregler 51 beeinflusst zu diesem Zweck eine auf die
Bearbeitungsstation 41 wirkende Stellgröße 61. Die Größe 71 wird nicht nur am fertigen Produkt 31 registriert, sondern zugleich auch, auf einer wesentlich schnelleren Zeitskala, unmittelbar aus dem in der Bearbeitungsstation 41 ablaufenden Prozess entnommen.
Zusätzlich erhält der Prozessregler 51 noch eine weitere Prozessgröße 81 aus der Bearbeitungsstation als weitere Rückkopplung, die zur Überwachung von Randbedingungen genutzt werden kann.
In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Produktionsanlage 1 zwei miteinander kaskadierte Bearbeitungsstationen 41 und 42. Das
Primäredukt 2 ist zugleich das Edukt 21 der ersten Bearbeitungsstation 41, und
die Verbrauchsrate 2a an Primäredukt 2 ist identisch mit der Verbrauchsrate 21a der ersten Bearbeitungsstation 41. Die erste Bearbeitungsstation 41 produziert ein erstes Produkt 31 mit einer Rate 31a. Dieses erste Produkt 31 ist zugleich das Edukt 22 der zweiten Bearbeitungsstation 42, die aus diesem Edukt 22 mit einer Rate 32a das zweite Produkt 32 herstellt. Dabei ist das zweite Produkt 32 identisch mit dem Endprodukt 3, das die Produktionsanlage 1 insgesamt herstellt, und die Rate 3a, mit der das Endprodukt 3 hergestellt wird, ist identisch mit der Produktionsrate 32a der zweiten Bearbeitungsstation 42. Die
Verbrauchsrate 22a der zweiten Bearbeitungsstation 42 ist jedoch nicht zwangsläufig identisch mit der Produktionsrate 31a der ersten
Bearbeitungsstation 41. Stattdessen kann das Produkt 31 zwischengelagert werden, bevor es der zweiten Bearbeitungsstation 42 als Edukt 22 zugeführt wird. Die Produktionsanlage 1 enthält zwei Prozessregler 51 und 52. Der erste
Prozessregler 51 erhält die Verbrauchsrate 21a und die Produktionsrate 31a der ersten Bearbeitungsstation 41 als Rückkopplung. Zusätzlich erhält der erste Prozessregler 51 eine erste Prozessgröße 81 aus der ersten Bearbeitungsstation 41 und eine zweite Prozessgröße 82 aus der zweiten Bearbeitungsstation 42. Der erste Prozessregler 51 beeinflusst eine Stellgröße 61, die auf die erste
Bearbeitungsstation 41 wirkt. Er übernimmt die Hauptarbeit bei der Umsetzung der mengenmäßigen Vorgaben für Produktion und Ressourcenverbrauch.
Der zweite Prozessregler 52 erhält die Verbrauchsrate 22a und die
Produktionsrate 32a der zweiten Bearbeitungsstation 42 als Rückkopplung. Als weitere Rückkopplung erhält der zweite Prozessregler 52 die Größe 72, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts 32 ist. Der zweite Prozessregler 52 übernimmt somit die Endkontrolle des Produkts 32, das zugleich das Endprodukt 3 der Produktionsanlage 1 ist. Analog zu Figur 1 wird die Größe 72 sowohl an Hand des fertigen Produkts 32 als auch, auf einer wesentlich schnelleren
Zeitskala, unmittelbar dem in der Bearbeitungsstation 42 ablaufenden Prozess entnommen.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Produktionsanlage 1 gemäß der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine gemischte serielle und
parallele Anordnung aus vier Bearbeitungsstationen 41, 42a, 42b und 43 vorgesehen.
Die erste Bearbeitungsstation 41 verbraucht ein Edukt 21, das zugleich das Primäredukt 2 der Produktionsanlage 1 als Ganzes ist, mit einer Verbrauchsrate 21a und stellt aus diesem Edukt 21 mit einer Produktionsrate 31a ein erstes Produkt 31 her. Der der ersten Bearbeitungsstation 41 zugeordnete
Prozessregler 51, der über eine Stellgröße 61 auf die erste Bearbeitungsstation 41 einwirkt, erhält die Verbrauchsrate 21a und die Produktionsrate 31a der ersten Bearbeitungsstation 41, sowie auch eine Größe 71, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des ersten Produkts 31 ist, als Rückkopplung. Der
Prozessregler 51 ist dazu ausgebildet, neben der Größe 71 auch die
Verbrauchsrate 21a, und/oder die Produktionsrate 31a, der ersten
Bearbeitungsstation zu regeln.
Das erste Produkt 31 ist ein Zwischenprodukt, das als Edukt 22 zwei parallel angeordneten Bearbeitungsstationen 42a und 42b zugeführt wird. Beide
Bearbeitungsstationen 42a und 42b stellen aus dem Edukt 22 ein zweites Produkt 32 her. Dabei kann sich die Verbrauchsrate 22al der
Bearbeitungsstation 42a am Edukt 22 von der Verbrauchsrate 22a2 der
Bearbeitungsstation 42b am Edukt 22 unterscheiden. Ebenso kann sich die Produktionsrate 32al der Bearbeitungsstation 42a für das zweite Produkt 32 von der Produktionsrate 32a2 der Bearbeitungsstation 42b für das zweite Produkt 32 unterscheiden. Die Summe der Verbrauchsraten 22al und 22a2 beider
Bearbeitungsstationen 42a und 42b am Edukt 22 muss nicht zu jeder Zeit der Produktionsrate 31a entsprechen, mit der dieses Edukt 22 als erstes Produkt 31 durch die Bearbeitungsstation 41 hergestellt wird. Zwischen den
Bearbeitungsstationen 41 einerseits sowie 42a und 42b andererseits ist
Lagerkapazität vorhanden, die einen Produktionsüberschuss seitens der Bearbeitungsstation 41 aufnimmt und einen Bedarfsüberschuss seitens der Bearbeitungsstationen 42a und 42b abdeckt.
Der der Bearbeitungsstation 42a zugeordnete Prozessregler 52a beeinflusst die Bearbeitungsstation 42a vermittelt durch eine Stellgröße 62a. Er erhält die Verbrauchsrate 22al und die Produktionsrate 32al der Bearbeitungsstation 42a,
sowie die Größe 72a, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des von der
Bearbeitungsstation 42a hergestellten zweiten Produkts 32 ist, als
Rückkopplung. Analog beeinflusst der Bearbeitungsstation 42b zugeordnete Prozessregler 52b die Bearbeitungsstation 42b vermittelt durch eine Stellgröße 62b. Er erhält die Verbrauchsrate 22a2 und die Produktionsrate 32a2 der Bearbeitungsstation 42b, sowie die Größe 72b, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des von der
Bearbeitungsstation 42b hergestellten zweiten Produkts 32 ist, als
Rückkopplung.
Das von beiden Bearbeitungsstationen 42a und 42b hergestellte zweite Produkt 32 ist zugleich das Edukt 23 für die Bearbeitungsstation 43. Die
Bearbeitungsstation 43 verbraucht das Edukt 23 mit einer Verbrauchsrate 23a und stellt hieraus mit der Produktionsrate 33a das dritte Produkt 33 her, das zugleich das Endprodukt 3 der Produktionsanlage 1 als Ganzes ist.
Dabei ist zwischen den Bearbeitungsstationen 42a und 42b einerseits sowie der Bearbeitungsstation 43 andererseits wiederum Lagerkapazität vorhanden, so dass die Verbrauchsrate 23a der Bearbeitungsstation 43 nicht zu jeder Zeit der
Summe der Produktionsraten 32al und 32a2 der Bearbeitungsstationen 42a und 42b entsprechen muss.
Der der Bearbeitungsstation 43 zugeordnete Prozessregler 53 erhält die
Verbrauchsrate 23a und die Produktionsrate 33a der Bearbeitungsstation 43 sowie eine Größe 73, die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts 33 ist, als Rückkopplung.
Analog zu den Figuren 1 und 2 werden die Größen 71, 72a, 72b und 73 nicht nur an Hand der fertigen Produkte 31, 32 und 33 bestimmt, sondern auch, auf einer wesentlich schnelleren Zeitskala, unmittelbar den in den Bearbeitungsstationen 41, 42a, 42b und 43 ablaufenden Prozessen entnommen.
Da nur die Bearbeitungsstation 41 das Edukt 21 verbraucht, das identisch mit dem Primäredukt 2 der Produktionsanlage 1 als Ganzes ist, ist die
Verbrauchsrate 21a der ersten Bearbeitungsstation 41 identisch mit der
Verbrauchsrate 2a der Produktionsanlage 1 als Ganzes.
Da nur die Bearbeitungsstation 43 das Produkt 33 herstellt, welches das
Endprodukt s der Produktionsanlage 1 als Ganzes ist, ist die Produktionsrate 33a der Bearbeitungsstation 43 identisch mit der Produktionsrate 3a der
Produktionsanlage 1 als Ganzes.
Der Produktionsregler 9 erhält die Verbrauchsrate 2a und die Produktionsrate 3a der Produktionsanlage 1 als Rückkopplung. Er ist dazu ausgebildet, die
Verbrauchsrate 2a, und/oder die Produktionsrate 3a, zu regeln. Zu diesem Zweck beeinflusst der Produktionsregler 9 die Sollwerte 91, 92a, 92b und 93 für die Verbrauchsraten 21a, 22al, 22a2, 23a, und/oder für die Produktionsraten 31a, 32al, 32a2, 33a, der Bearbeitungsstationen 42, 42a, 42b und 43. Dabei kann der Produktionsregler noch weitere Rückkopplungen über den Zustand der Bearbeitungsstationen 42, 42a, 42b und 43 erhalten, die in Figur 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind.
Durch den Produktionsregler 9 kann die Produktionsanlage 1 als Ganzes zwischen den Extremen der maximalen Produktionsrate 3a und der minimalen Verbrauchsrate 2a gefahren werden. Weiterhin kann beispielsweise auf einen Ausfall der Bearbeitungsstation 42a reagiert werden, indem die Auslastung der Bearbeitungsstation 42b entsprechend erhöht wird.
Claims
1. Produktionsanlage (1) für die Herstellung mindestens eines Endprodukts (3) aus mindestens einem Primäredukt (2), umfassend mindestens eine
Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43), die mindestens ein Edukt (21, 22, 23) zu mindestens einem Produkt (31, 32, 33) verarbeitet, sowie einen Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53), der durch Beeinflussung mindestens einer auf die
Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) wirkenden Stellgröße (61, 62, 62a, 62b, 63) mindestens eine Größe (71, 72, 72a, 72b, 73), die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts (31, 32, 33) ist, und/oder die mit einem
Qualitätsmerkmal des Produkts (31, 32, 33) korreliert ist, zu regeln vermag, dadurch gekennzeichnet, dass
der Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) zusätzlich dazu ausgebildet ist, durch Einwirkung auf die Stellgröße (61, 62, 62a, 62b, 63) die Produktionsrate (31a, 32a, 32al, 32a2, 33a) der Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) für das Produkt (31, 32, 33), und/oder die Verbrauchsrate (21a, 22a, 22al, 22a2, 23a) der Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) an Edukt (21, 22, 23), zu regeln.
2. Produktionsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) mindestens eine Prozessgröße (81, 82) aus der Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) als zusätzliche Rückkopplung erhält.
3. Produktionsanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) zusätzlich dazu ausgebildet ist, die Prozessgröße (81, 82) zu regeln.
4. Produktionsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) dazu ausgebildet ist, ein Edukt (21, 22, 23) durch Bohren zu einem Produkt (31, 32, 33) zu verarbeiten.
5. Produktionsanlage (1) nach Anspruch 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) dazu ausgebildet ist, die Vorschubkraft F des Bohrers als Prozessgröße (81, 82) zu regeln.
6. Produktionsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) dazu ausgebildet ist, ein Edukt (21, 22, 23) durch Fräsen zu einem Produkt (31, 32, 33) zu verarbeiten.
7. Produktionsanlage (1) nach Anspruch 3 und 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) dazu ausgebildet ist, die Vorschubgeschwindigkeit v des Fräsers als Prozessgröße (81, 82) zu regeln.
8. Produktionsanlage (1) nach Anspruch 2 sowie 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ein Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) eine Messgröße R, die das Rattern des Fräsers beschreibt, als zusätzlich
rückgekoppelte Prozessgröße (81, 82) erhält.
9. Produktionsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bearbeitungsstationen (41, 42, 42a, 42b, 43) vorgesehen sind, wobei mindestens ein Produkt (31) der ersten Bearbeitungsstation (41) ein Edukt (22) der zweiten Bearbeitungsstation (42) ist.
10. Produktionsanlage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Prozessregler (51) vorgesehen ist, der je mindestens eine Prozessgröße (81, 82) aus jeder Bearbeitungsstation (41, 42) als Rückkopplung erhält und eine auf die erste Bearbeitungsstation (41) wirkende Stellgröße (61) beeinflusst, und dass ein zweiter Prozessregler (52) vorgesehen ist, der mindestens eine Prozessgröße (82) aus der zweiten Bearbeitungsstation (42) sowie mindestens eine Größe (72), die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts (32) ist, und/oder die mit einem Qualitätsmerkmal des Produkts (32)
korreliert ist, als Rückkopplung erhält und eine auf die zweite Bearbeitungsstation (42) wirkende Stellgröße (62) beeinflusst.
11. Produktionsanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Produktionsregler (9) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, die Verbrauchsrate (2a) der Produktionsanlage (1) an mindestens einem Primäredukt (2), und/oder die Produktionsrate (3a) der Produktionsanlage (1) für das Endprodukt (3), durch Einwirkung auf die Sollwerte (91, 92a, 92b, 93) der Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) für die Produktionsraten (31a, 32a, 32al, 32a2, 33a) der Bearbeitungsstationen (41, 42, 42a, 42b, 43) für ihre jeweiligen Produkte (31, 32, 33), und/oder für die Verbrauchsrate (21a, 22a, 22al, 22a2, 23a) der Bearbeitungsstationen (41, 42, 42a, 42b, 43) an ihren jeweiligen Edukten (21, 22, 23), zu regeln.
12. Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) für eine Bearbeitungsstation (41,
42, 42a, 42b, 43) in einer Produktionsanlage (1), der durch Beeinflussung mindestens einer auf die Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) wirkenden Stellgröße (61, 62, 62a, 62b, 63) mindestens eine Größe (71, 72, 72a, 72b, 73), die ein Maß für ein Qualitätsmerkmal des Produkts (31, 32, 33) ist, und/oder die mit einem Qualitätsmerkmal des Produkts (31, 32, 33) korreliert ist, zu regeln vermag, wobei die Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) mindestens ein Edukt (21, 22, 23) zu mindestens einem Produkt (31, 32, 33) verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass
der Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) zusätzlich dazu ausgebildet ist, durch Einwirkung auf die Stellgröße (61, 62, 62a, 62b, 63) die Produktionsrate (31a,
32a, 32al, 32a2, 33a) der Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) für das Produkt (31, 32, 33), und/oder die Verbrauchsrate (21a, 22a, 22al, 22a2, 23a) der Bearbeitungsstation (41, 42, 42a, 42b, 43) an Edukt (21, 22, 23), zu regeln.
13. Produktionsregler (9) für eine Produktionsanlage (1), welche mindestens zwei Bearbeitungsstationen (41, 42, 42a, 42b, 43) sowie mindestens einen Prozessregler (51, 52, 52a, 52b, 53) umfasst, wobei mindestens ein Produkt (31) der ersten Bearbeitungsstation (41) ein Edukt (22) der zweiten
Bearbeitungsstation (42) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Produktionsregler (9) dazu ausgebildet ist, die Verbrauchsrate (2a) der Produktionsanlage (1) an mindestens einem Primäredukt (2), und/oder die Produktionsrate (3a) der Produktionsanlage (1) für ihr Endprodukt (3), durch Einwirkung auf die Sollwerte (91, 92a, 92b, 93) der Prozessregler (51, 52a, 52b, 53) für die Produktionsraten (31a, 32a, 32al, 32a2, 33) der
Bearbeitungsstationen (41, 42, 42a, 42b, 43) für ihre jeweiligen Produkte (31, 32, 33), und/oder für die Verbrauchsraten (21a, 22a, 22al, 22a2, 23a) der
Bearbeitungsstationen (41, 42, 42a, 42b, 43) an ihren jeweiligen Edukten (21, 22, 23), zu regeln.
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