LineMET - Modellbasiertes Effizienzanalysetool für verkettete Abfüll- und Verpackungsanlagen

Kurzbeschreibung

Effizienzbewertungen und Störanalyse von Getränkeabfüllanlagen sind heutzutage Standard in branchenüblichen Manufacturing Execution Systems (MES). Es werden eine Vielzahl von Kennzahlen zur Bewertung der Verfügbarkeit, der Leistung oder Qualität sowie stochastische Auswertungen zu Störverteilungen oder Stillstandzeiten bereitgestellt, um Getränkeabfüllanlagen zu analysieren. Kennzahlen werden aber zumeist nur zeitbezogen berechnet und auch eine genauere Analyse von Gründen für die Effizienzverluste wird in aktuellen Systemen zwar angeboten, doch durch die komplexe Verkettung der Anlagenkomponenten und der verschiedene Materialströme arbeitet die Analyse oft nicht ausreichend zufriedenstellend. Der Grundstein für eine modellbasierte Effizienzanalyse, die diese Herausforderungen bewältigt, wurde im AiF-Forschungsprojekt LineMod (233 ZBG) 2009 gelegt. Ziel des Anschlussprojekts „LineMET" (Effizienzanalysetool für verkettete Abfüll- und Verpackungsanlagen (16116BG)), bearbeitet vom Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik der TUM (LVT), dem Fraunhofer-Anwendungszentrum Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik (AVV) und dem Lehrstuhl für Informatik IX, Arbeitsgruppe für Modellbasierte Systeme und Qualitatives Schließen der TUM (MQM), war es deshalb, die in LineMod entwickelten Modellbibliothek, auf nahezu alle Anlagen anwendbar zu machen, die Diagnosemöglichkeiten zu erweitern und Vorgaben und mathematische Modellierungen für eine artikelbezogene Effizienzanalyse zu geben, um so beispielhaft den Aufbau eines vollständigen Effizienzanalysetools zu demonstrieren.

Aufbauend auf den Ergebnissen von LineMod wurden zuerst Anlagenstrukturen untersucht, die durch die LineMod-Diagnoselösung nicht berücksichtigt wurden. Dabei wurden weitere Maschinenkomponenten für die Aufteilung und Zusammenführung von Objektströmen entworfen und in die neue LineMET-Bibliothek aufgenommen. Des Weiteren wurden die LineMod-Systemgrenzen erweitert. Hierzu wurden weitere potentielle Störverursacher gesucht, um sie durch die Anlagendiagnose zu identifizieren. Dabei wurde der Fokus auf das logistische Umfeld (Bediener und Anlagenversorgung) und Wechselwirkungen zwischen Material, deren Verarbeitung und der Anlage gesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsarbeiten war die automatische Überprüfung von Betriebsdaten, die häufig falsche und unplausible Diagnosen hervorriefen. Abschließend sollte beispielhaft ein Effizienzanalysetool entstehen, dass artikelbezogene Effizienzbewertung unter Einbeziehung von Nebenzeiten sowie eine Ursachenanalyse der Verlustzeiten zulässt.

Die wesentlichen Resultate des Forschungsprojekts sind:

  • Die Entwicklung einer vollständigen Bibliothek von Komponenten zur Modellierung beliebiger Abfüll- und Verpackungsanlagen.
  • Die Entwicklung einer Demonstratorapplikation für die artikelbezogene Effizienzanalyse.
  • Ein theoretisch überprüftes Konzept zur Analyse von Minderleistungen und zur Erweiterung der Systemgrenzen
  • Der Anstoß zur industriellen Umsetzung der Diagnose durch Installation des Diagnosedemonstrators bei verschiedenen Industriepartnern und Visualisierung der erzielten Ergebnisse mit einem industriellen SCADA-System.

Die Ergebnisse des Forschungsprojekt LineMETs sind Grundlage für eine artikelbezogene Effizienzanalyse und erlauben eine rasche Integration der modellbasierten Diagnoselösung in bestehende industrielle Produkte. Die theoretischen Grundlagen zur Diagnose von Minderleistungen oder zur Erweiterung der Systemgrenzen wurden geschaffen. Deren praktische Umsetzung kann folgen, wenn sich die modellbasierte Diagnose in Produkten etabliert und diese erweiterten Funktionalitäten gefordert werden. Die automatische Datenkonsistenzprüfung sowie das Erkennen von Materialeigenschaften als Störgrund erwiesen sich indes als zu Aufwändig für den industriellen Einsatz.

Ansprechpartner

Stefan Flad


Das IGF-Vorhaben 16116 BG der Forschungsvereinigung Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e. V., Schragenhofstr. 35, 80992 München, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zu Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Bundestagbeschlusses gefördert.