HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität-GH Paderborn Wirtschaftsinformatik/CIM Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Dangelmaier Promotionsthema:Wissensbasiertes Online- Störungsmanagement

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




• 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

1 0 0

in %

n ie d r igK o m p le x i tä ts g r a d

Tech

nis

che

Ver

füg

bar

keit

m it te l h o c h

Umfassende Betrachtung des Störungsmanagements vor dem Hintergrund der technischen Verfügbarkeit

* Reithofer, N.





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

Lei

tfad

en z

ur E

infü

hrun

g ei

nes

Onl

ine-

Stör

ungs

man

agem

ent S

yste

ms

Am

Bei

spie

l der

Vol

ksw

agen

AG

• 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





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





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





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





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





Störungsvermeidung (präventive Instandhaltung für Sprungausfälle)

Kos

ten

und

Aus

falls

teig

erun

g in

%

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





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





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,

100

Wochen

50

1. 2. 3. 4. 5. 6.

170 zu 1024

Neu

e St

örun

gen





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





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

Documents

HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität-GH Paderborn Wirtschaftsinformatik/CIM Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Dangelmaier Promotionsthema:Wissensbasiertes Online- Störungsmanagement