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LineMod - Diagnosemodelle für verkettete Abfüll- und Verpackungslinien in der Lebensmittelindustrie

Die Effizienzkennzahlen von Abfüll- und Verpackungslinien für Lebensmittel können heute mit automatischen Datenerfassungssystemen, vielfach auf Basis standardisierter Schnittstellen, erfasst werden. Die Vielzahl der verkoppelten Spezialmaschinen und Transporteinrichtungen mit ihren mechanischen und elektronischen Komponenten führt dazu, dass Gesamtanlagen nur Verfügbarkeiten von 40-70 % erreichen. Ein automatisches Erkennen der Ursachen für Effizienzminderungen wurde aufgrund der Wechselwirkungen innerhalb der verketteten Linien bislang noch nicht realisiert. Ziel des AiF geförderten Gemeinschaftsforschungsprojekt „LineMod" (233 ZBG) war es deshalb, Grundlagen und Modelle zu entwickeln, die Werkzeuge für eine automatische Fehlerlokalisierung in Lebensmittelverpackungsanlagen ermöglichen. Dabei wurde das Hauptaugenmerk auf die einfache Anpassbarkeit an unterschiedliche Anlagenkonstellationen gelegt.

Um den Abfüll- und Verpackungsprozess beobachtbar zu machen, musste zunächst eine branchenübergreifend nutzbare Datenstruktur für eine einheitliche Maschinedatenerfassung geschaffen werden. Im zweiten Schritt wurden kontextfreie Modellkomponenten entwickelt, die zusammen mit den Strukturinformationen ein abstraktes Beschreiben des Verhaltens verketteter Linien erlauben. Diese wurden durch numerische Simulation validiert.

Auf Grundlage der Modellkomponenten wurden Diagnosealgorithmen für das automatisierte Auffinden von Verursachern für Füllerstillstände in Flaschenabfüllanlagen auf der Grundlage aufgezeichneter Betriebsdaten („horizontale Diagnose")realisiert und an Daten aus zwei realen und einer simulierten Anlage evaluiert. Dabei wurde im Vergleich zur manuell durchgeführten Diagnose eine Trefferquote von 90% und mehr erzielt. Dieses Ergebnis ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung, so dass bereits in zwei Konsortien die Installation des Demonstrators bzw. Pilotprojekte zu dessen Überführung in ein kommerzielles Produkt in der Planung sind. Möglichkeiten der anschließenden Diagnose von Fehlerursachen innerhalb von Maschinen („vertikale Diagnose") wurden theoretisch untersucht, aufgrund von der auf dieser Ebene fehlenden Datenbasis aber nicht weiter entwickelt.

Die wesentlichen Resultate des Projekts sind:

  • Die Erweiterung der für Getränkeabfüllanlagen entwickelten „Weihenstephaner Standards" für Betriebsdaten zum einen auf diagnoserelevante Daten, zum zweiten auf allgemeine Lebensmittelverpackungsanlagen

  • Die Entwicklung  eines leicht installierbaren und anpassbaren Systems zur automatischen Lokalisierung von Ursachen für Füllerstillstände in Abfüllanlagen mit einer Trefferquote von ca.90%

  • Der Anstoß von Arbeiten zur industriellen Umsetzung der Ergebnisse

  • Eine Basis für weitergehende automatische Analyseverfahren für die Ursachen von verminderter Anlageneffizienz.

Mit dem Forschungsprojekt LineMod konnte eine automatische Diagnoselösung für technische Ursachen effizienzmindernder Anlagenstillstände geschaffen werden. Die leichte Anpassbarkeit an neue Anlagekonstellationen ohne Programmieraufwand wird zur zügigen darauf aufbauenden Produktentwicklung führen. Die entstandene Modellbasis bietet großes Potential für weitere Fragestellungen der Abfüll- und Verpackungsbranche. So sollen das Auffinden von organisatorischen Stillstandsursachen außerhalb der technischen Anlagengrenzen, eine automatische Datenkonsistenzprüfung sowie die Diagnose von Mehrfachverursachung und Ursachen verminderter Ausbringungen möglichst schnell verfolgt werden.

Ansprechpartner

Stefan Flad