HEINZ NIXDORF INSTITUTUniversität-GH PaderbornWirtschaftsinformatik/CIM
Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Dangelmaier
Promotionsthema: Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
Promotionsvortragvon
Frank Heller
06. Juni 2003
Promotionskommission: Prof. Dr. Wilhelm DangelmaierProf. Dr. Ludwig NastanskyProf. Dr. Joachim FischerDr. Stefan Bock
Mittwoch, 26. April 2023 C:\WINNT\Profile\heller\Dissertation\Promotionsvortrag.ppt 2
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Promotionsthema: Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
• Schnelles Erkennen von Störungen• Diagnosehilfen zur schnellen Störungsbeseitigung• Störungsvermeidung und -minimierung• Wissensmanagement (Transfer von Diagnosewissen)• Kommunikation zwischen Produktion, IH und Leitung• Aufspüren von Schwachstellen• Optimierung der Montageprozesse/-abläufe• Einbringen der Ergebnisse in neue Fabrikplanung
Forderungen der Großserienmontage
Ausgangssituation und Forderung der Großserienmontage
• Notwendigkeit hoher Anlagenverfügbarkeit• Hohe Sensibilität gegenüber Störungen und Stillständen• Hohe Produktqualität (keine Schwankungen)• Komplexe, unübersichtliche Montageprozesse• Personalarme Montagezyklen (Automatisierungsgrad)
Ausgangssituation in der Großserienmontage
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
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Umfassende Betrachtung des Störungsmanagements vor dem Hintergrund der technischen Verfügbarkeit
* Reithofer, N.
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Promotionsthema: Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
Stand der Technik/Aufgabenstellung
RC/NC-Schnittstelle (Fehler-, Alarm-, Statusmeldungen)SPS-Schnittstelle (Leitstand, Werkzeugüberwachung)Steuerungsinterne –externe SignaleRECAM-S, OBSERWER, SICALIS, INTOUCH, etc.
Prozeßüberwachung
Wissensbasierte Ansätze (fall-, modellbasiert, assoziativ)•Assoziative Zuordnung von Symptomen zu Fehlern•Auswertung von FalldatenWissensrepräsentation (Störungssituationen speichern)Wissensakquisition (direkt, automatisch)Wissensmanipulation (Retrieval, Reuse, Revise)
Störungsbehebung
Ursachenvermeidung präventive IH (Zufallsausfälle)•Streng periodische Erneuerung und BlockerneuerungFolgenminimierung (Simulation, Warteschlangenth.)Qualitäts- und Produktmängel, Konstruktions- und Justiermängel, Verschleiß und Alterung
Störungsvermeidung
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• Verwalten der Symptome, Gewichtung, Ausblenden, etc.
• Änderungen durch Symptome für Wissensrepräsentation, -akquisition und -manipulation
• symptombasierte Suchstrategie
• Taktzeiten einbinden• Störungsaustritt über
Taktzeiten• Ermitteln der steuerungs-
internen Daten als Symptome
• Optimierung von Ablaufpro-grammen anhand der Taktzeit
• Simulation, um kritische Bereiche zu finden (Potential)
• Präv. IH -> max. Wirkungsgrad (Kostenabschätzungsproblem)
Einführung bei VW
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Promotionsthema: Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
Prozeßüberwachung
SPSServer
externeDaten
Störungen
ModellSchnittstelle
Konverter
Symptome
IP-Adresse
SymptomeFolge:
Begin
Ende
Initiator 1
Initiator 2 Abarbeitung
(Rückführung)
Anfangszeit
Taktzeit
UngenauigkeitBeendigungszeit
Taktzeiten/Stördauer
Problemfelder
1. Bei Reparatur -> Störung beendet bzw. wiederholter Fehler (exakte Bestimmung der Störungsdauer)
2. Symptome der Störungen können nicht über steuerungsexterne Daten abgebildet werden
BSDE
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Promotionsthema: Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
Störungsbehebung (Wissensrepräsentation/Symptomerfassung)O
berk
lass
en
Subk
lass
en I
Subk
lass
en II
Subk
lass
en II
I
Wenn Subklasse IIIexistiert
Wenn Subklasse IIInicht existiert
Ähnlichkeitskoeffizienthochniedrig
Lösungs-ID 1 Lösungs-ID 2{ , 2 5 15 11 2 5 6, , , , , }
{ 6}{ 6}
{ 2}{ 86}{ 86}
{ , 3 8}
{ , 18 4}{ , 12 11}{ , 12 11}
{ , 2 5}
{ , 2 5}{11}{11}
{ _ , , , , , } 15 11 2 5 6
{ _ , ,_ , , , } 15 2 5 6
{ _ , ,_ , _ , } 15 6
{ _ , ,_ , _ , _ } 15
FehlerdokumentZ-Koordinate verlassenFehlermeldung ID Kennzeichen
Y-Koordinate verlassenX-Koordinate verlassen
Grenzdruck überschrittenZ-Koordinate verlassen
Hydraulikdruck = 30Grenzdruck überschritten
Vorschub = 3000
Resthub außerhalb der ToleranzGreifsensor keine Rückmeldung
12
5
4
3
6
A
1 = 001
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Störungsbehebung (Wissensmanipulation)
• Ausblenden und Kennzeichnen von Symptomen (automatisch)
• Administrator bearbeitet alle neuen Fälle
• Einführung manueller Filterkriterien
• Maschinensicht beinhaltet Daten für die Optimierung
ManuelleFilterkriterien
SymptomsucheZähler neuer Fall neuer Fall
Erkannte Störung
Ausblenden und Codierungvon Symptomen
Zu suchendeStörungsmatrix
gleicherFall
Kommunikation
Kommunikation
ähnlicheFälle
keinFall
konventionellesVorgehen
lokaler Arbeitsplatz
remote Arbeitsplatz
Retrieval
ReuseReuse/Revise
transformational
derivational
Manuelle Suche
1.
2.
Maschinensicht
StörungssichtMaschine A1 Maschine A2
SituativesWissen
Prozeß-Wissen
VorausschauendesWissen
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Störungsvermeidung (Prozeß- bzw. Taktzeiten) Störungsvermeidung1. Optimierung Taktzeiten2. Störungsbildänderung3. Einbeziehung in Simulation
Montagezelle
Zeit
Bearbeitungszeit,Wartezeit
BewegungWegverschiebungProgrammfehler
Gesamte Taktzeit
Punktfolge
Taktzeit
• Vermeidung von Folgensprüngen, Wartezeiten
• Optimierung abzufahrender Punkte und Prozeßparameter
• Möglichst parallele Verarbeitung unter Berücksichtigung von Kollisionsgefahr
• Ausrichtung an langsamstem Betriebsmittel (Vermeidung von Verschleiß, Alterung)
Schleichende Veränderungenführen zu Qualitätsverlustund schließlich zu Ausfällen!
Stat
ione
n
Zeit
Weg
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Störungsvermeidung (präventive Instandhaltung für Sprungausfälle)
Kos
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%
Erneuerungsintervall in Tagen
100%
20%
1036
prophylaktische Erneuerung
0
Havarieerneuerung
prophylaktische Erneuerung
0
Havarieerneuerung
• Gleiche Störungen eines Bauelements
• Kostengrenze in Prozent
• Blockerneuerung bei kleinen Intervallen
• Herstellerkatalog einbeziehen
• Überwachung der Intervalle und gegebenenfalls Anpassen
Störungen bei Streng p. ErneuerungStörungen bei Blockerneuerung
Kosten bei Streng p. ErneuerungKosten bei Blockerneuerung
Material-mehrkosten-
grenze
BE SpE
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Promotionsthema: Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
Störungsvermeidung (Puffergrößen durch Simulation)
Warteschlangentheorie(Repairment-Modell)
Simulation
• Stößt schnell an ihre Grenzen, wenn viele Stationen involviert sind
• Das Problem wird unübersichtlich und läßt nur wenig Spielraum zum Experimentieren
• Zum Abschätzen bei großen Abweichungen
• Simulation wird anhand aggregierter Kennzahlen durchgeführt,
• Betrachtung aller möglich Szenarien• Resultate können nicht umgesetzt werden
• Simulieren der Vergangenheit• Reale Störungen und Prozeßzeiten• Auswahl repräsentativer Zeiträume• Ausklammern von Langzeitstörungen
Optimierung von Ereignisräumen, welche in 70% bis 80% repräsentativ für die Montage sind.
• Die Simulation deckt kritische Bereiche auf• Die Datenbasis kann anhand steuerungsexterner
BSDE-Daten im Vorfeld gebildet werden• Visualisierung des max. Einsparpotentials
Betrachteter Bereich
Veränderungen der kritischen Bereiche
Maximaler Wirkbereich
Nächster kritischerBereich
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Leitfaden zur Einführung I1. Einbinden der BSDE-Daten,
• überprüfen der Signalwelt mit der Realität, Abgrenzen relevanter Störungen,• Modellieren der Montagelinie (IP-Adressen, BM, Zellen, Bereiche, etc.),
2. Einbinden der Taktzeiterfassung und Ableiten des Störungsaustritts,3. Simulieren und Ableiten kritischer Bereiche,
• Abschätzen des Einsparpotentials anhand anderer krit. Bereiche• Abschätzen des Potentials anhand Anzahl und Häufigkeit von Störungen,• Abschätzen der Verteilung auf mögliche Präventionen,
4. Optimierung der Prozeßzeiten und Steuerungsprogramme, etc.,• Sollten sich gravierende Änderungen ergeben, muß neu simuliert werden,• Wenn möglich, vorheriges Abschätzen der Steuerungsgüte,
5. Einführung der steuerungsinternen Symptomerfassung, Konverter,6. Einführung der Störungsbehebung,
• Schulung der Mitarbeiter (Anlagenführer, Meister, IH),• Abzeichnen der Störungen vom Administrator (Ähnlichkeit),• Einführung zusätzlicher Filterkriterien,
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Wochen
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1. 2. 3. 4. 5. 6.
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Promotionsthema: Wissensbasiertes Online-Störungsmanagement flexibler, hoch komplexer Montagesysteme
Leitfaden zur Einführung II7. Einführung präventiver Maßnahmen,
• Auswahl kritischer Störungen (Häufigkeit * Dauer) entsprechend kritischer Bereiche,• Ableiten der Instandhaltungsstrategie,• Eventuelles Abgleichen der Herstellerkataloge,• Wartungsintervalle organisatorisch Einbinden,
8. Erneutes Simulieren bei Änderungen der Störungscharakteristik,9. Einführung konstruktiver Änderungen (Pufferoptimierung).
Bolzen
Lang-störungen
Kurz-störungen
Wieder-holer
Präventiv-potential
49% 51% 50% 24,5%Roboter 70% 30% 50% 35%Zangen 60% 40% 70% 42%Schweißen 80% 20% 20% 16%Kleber 50% 50% 40% 20%Int. Transp. 90% 10% 50% 45%Interbus 95% 5% 95% 90,25%MIG/CO2 25% 75% 50% 12,5%Logik 90%
Anteil proKategorie
10% 10% 9%
24%14%21%9%6%
12%14%5%5%
100% Anteil an Gesamtstörungen 30,6%
• Durchschnittl. Wirkungsgrad von 42%
• Anteil an Gesamtstörungen ergibt 30,6%
-> Einsparpotential von 12,7%
• Simulation ergab 7,8% Gesamtpotential
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Umfassendes Störungsmanagement
ProzeßUrsachen-
vermeidungFolgen-
minimierung Sensorik
HäufigkeitDauer
VerzögerungAufbau
Taktzeiten…
Montage-und Puffer-optimierung
Prozeß-über-
wachung
Störungsvermeidung Theoretische Analyse
Experimentelle Anal.
Vergleich
Fehleranal.AktuellesVerhalten
Modell
Analyse
Soll-verhalten
Wissens-basis
Meßtechnik
Planung neuer Montagelinien anhand detaillierter Daten
Störungsbehebung
Off-linedurch Einlesen,
Eingeben
On-linedurch Daten-übertragung
Experten-wissenDiagnose
Symptome
PräventiveInstand-setzung Qualitäts-
sicherung
Daten-erfassung