Entwicklung eines rechnergestützten Diagnosesystems für automatisierte Montagezellen
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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 16
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Abstract
Ensuring undisturbed plant operation by avoiding errors, monitoring and quickly rectifying faults is of increasing importance for their economic operation as the level of automation and investment in the assembly facilities increases. The acquisition and preparation of information from machines and systems is essential not only for the optimization of existing systems, but also for the design of new ones. This applies in particular to computer-integrated manufacturing systems. Monitoring and diagnostic systems are becoming increasingly important in this context. From the point of view of the possible uses in flexibly automated assembly cells, a detailed analysis of the state of the art of monitoring and diagnosis systems for assembly cells was carried out. It has shown that existing system proposals meet the requirements and the need to catch up in the area of assembly only to a limited extent, because their use mainly requires considerable interventions in the existing control devices. Furthermore, the investment in high-performance systems is often higher than that of the assembly cell itself. In addition, the systems used to date are largely closed in their design and cannot easily be e.g. be adapted to a changed monitoring requirement. It should also be noted that further processing of the information obtained in a subordinate control alone does not offer any progress in monitoring. These circumstances explain the low level of dissemination of uniform concepts in assembly. Building on the requirements of flexible assembly systems, a new concept for a flexible monitoring system based on an autonomous, subordinate computer unit was developed - the program system CADig (Computer Aided Diagnosis). Comprehensive monitoring and diagnosis of the process states is possible through a detailed recording of the process states and a comparison of the current state with predefined and expandable reference states. A status analysis can be carried out in parallel, both in a macroscopic, assembly process-oriented view and in a microscopic analysis of individual functional elements. The provision of an ergonomic interface to the system operator in the form of an extensive mask and menu guidance for a parameterizable process description enables flexible expansion of the monitoring rules in accordance with the experience gained in the operation of the assembly facility. The simple system adaptability provides the basis for current, optimized process control and thus for optimized plant operation. The possible uses of the system were tested on a robot-assisted assembly cell. The suitability of the model was confirmed in practice. In particular, it was shown that the concept of a flexible and user-friendly monitoring and diagnostic system can be realized by an economically interesting technical solution. The CADig system therefore makes an important contribution to the economic planning and operation of flexible assembly systems. The experience gained in the course of the investigation leads to the conclusion that the development of this new system proposal for flexible assembly cells meets the market requirements will make it economically possible to equip the cells with monitoring and diagnostic systems that are absolutely necessary.
Abstract
Die Sicherstellung eines ungestörten Anlagenbetriebes durch Fehlervermeidung, Überwachung und schnelle Fehlerbehebung hat bei einem wachsenden Automatisierungs- und Investitionsniveau der Montageeinrichtungen eine weiter steigende elementare Bedeutung für deren wirtschaftlichen Betrieb. Die Erfassung und Aufbereitung der Informationen aus Maschinen und Anlagen ist nicht nur für die Optimierung bestehender, sondern auch für die Konzipierung neuer Anlagen unabdingbar. Das gilt insbesondere für rechnerintegrierte Fertigungsanlagen. Systeme zur Überwachung und Diagnose gewinnen in diesem Zusammenhang immer mehr an Bedeutung. Unter dem Gesichtspunkt der Einsatzmöglichkeiten in flexibel automatisierten Montagezellen wurde eine detaillierte Analyse des Standes der Technik der Systeme der Überwachung und Diagnose für Montagezellen durchgeführt. Sie hat ergeben, daß bestehende Systemvorschläge den Anforderungen und dem Nachholbedarf im Bereich der Montage nur bedingt gerecht werden, weil ihr Einsatz überwiegend erhebliche Eingriffe in die vorhandenen Steuerungseinrichtungen erfordert. Ferner ist der Investitionsaufwand bei leistungsfähigen Systemen häufig höher als der der Montagezelle selbst. Bisher eingesetzte Systeme sind zudem in ihrer Auslegung weitgehend geschlossen und können nicht ohne weiteres z.B. an einen veränderten Überwachungsbedarf angepaßt werden. Zu beachten ist auch, daß alleine eine Weiterverarbeitung der in einer unterlagerten Steuerung gewonnenen Informationen keinen Fortschritt in der Überwachung bietet. Diese Umstände erklären den bisher geringen Grad der Verbreitung einheitlicher Konzepte in der Montage. Aufbauend auf den Anforderungen flexibler Montagesysteme wurde ein neuartiges Konzept für ein flexibles Überwachungssystem auf Basis einer autarken, nebengeordneten Rechnereinheit entwickelt - das Programmsystem CADig (Computer Aided Diagnosis). Durch eine detaillierte Erfassung der Prozeßzustände und den Vergleich des aktuellen Zustandes mit vorgegebenen und erweiterbaren Referenzzuständen wird eine umfassende Überwachung und Diagnose der Prozeßzustände möglich. Eine Zustandsanalyse kann dabei sowohl in einer makroskopischen, montageablauforientierten Betrachtung als auch in einer mikroskopischen Analyse einzelner Funktionselemente parallel erfolgen. Die Bereitstellung einer ergonomischen Schnittstelle zum Anlagenbediener in Form einer umfangreichen Masken- und Menüführung für eine parameterisierbare Prozeßbeschreibung ermöglicht eine flexible Erweiterung der Überwachungsregeln im Einklang mit den gewonnenen Erfahrungen im Betrieb der Montageeinrichtung. Durch die einfache Systemanpaßbarkeit ergibt sich die Grundlage für eine aktuelle, optimierte Prozeßführung und damit für einen optimierten Anlagenbetrieb. Die Einsatzmöglichkeiten des Systems wurden an einer robotergestützten Montagezelle erprobt. Dabei konnte die Eignung des Modells in der Praxis bestätigt werden. Im Besonderen zeigte sich, daß sich das Konzept eines flexiblen und bedienerfreundlichen Überwachungs- und Diagnosesystems durch eine wirtschaftlich interessante technische Lösung realisieren läßt. Das System CADig leistet somit einen wichtigen Beitrag ää+*´`für die wirtschaftliche Planung und den wirtschaftlichen Betrieb flexibler Montagesysteme. Die im Rahmen der Untersuchung gewonnenen Erfahrungen führen zu dem Schluß, daß die Entwicklung dieses neuen Systemvorschlages für flexible Montagezellen der Marktforderung gerecht wird, die unbedingt erforderliche Ausstattung der Zellen mit Überwachungs- und Diagnosesystemen wirtschaftlich möglich zu machen.