Schritte zur Erfassung von Symptomen zur Prozeßüberwachung komplexer Montagesysteme

1 Schritte zur Prozeßüberwachung

Die Einführung eines jeden Online-Systems beginnt mit der Integration der digitalen Signalwelt, also sämtlichen Daten, die automatisiert erfaßt werden können und Rückschlüsse auf den Zustand eines zu überwachenden Betriebsmittels zulassen.

1.1 Steuerungsexterne Daten

1. Für die steuerungsexterne Überwachung werden in der Praxis bereits seit vielen Jahren BSDE-Systeme eingesetzt. Notwendige Ausgangsvoraussetzung ist die Betreibung einer Anlage, die über SPSen gesteuert werden, welche wiederum miteinander im Verbund arbeiten. BSDE-Systeme überwachen in erster Linie die Kommunikation zwischen den SPSen über das sogenannte Industrial Ethernet, speichern diese Informationen zentral und nutzen diverse Tools zur Visualisierung der Vorgänge (Station steht, Stückzahlen, Schutzgitter offen, Materialanforderung etc.).

Die steuerungsexternen Informationen sind folglich Daten, die Aufschluß darüber geben, ob ein Bereich steht, oder indirekt über die Pufferstände, ob in einem Bereich Staus auftreten oder ein Bereich leer gelaufen ist. Die Installation eines BSDE-Systems ist folglich für die Einführung eines umfassenden, online arbeitenden Störungsmanagement-Systems der erste unerläßliche Schritt.

2. Über die Zustandsdaten hinaus werden für das Störungsmanagement jedoch weitaus detailliertere Daten gebraucht. Hierfür wurde bereits für BSDE-Systeme höherer Generati-onen die Überwachung der Signale zwischen der SPS und der von ihr zu steuernden Betriebsmittel der Montagestationen eingeführt. Die Arbeitsweise erfolgt nach einem 2-Stufen-Prinzip. Zu überwachende Eingänge, Ausgänge und Zustandsdaten diverser Initiatoren, Signalgeber und optischer Sensoren sowie Daten des Interbus werden zwischen den Steuerungen der Betriebsmittel und der SPS kommuniziert. Voraussetzung ist die Parametrierung der SPS auf die entscheidenden Bits und eine geringe Anzahl zu überwachender Signale.

Die Daten der überwachten Bits werden zur Laufzeit von der SPS abgegriffen und in Analogie zu den Steuerungsdaten an das BSDE-System weitergegeben. Die Funktionalität der Visualisierung kann somit dahingehend verbessert werden, daß Stillstände einzelner Betriebsmitteln lokalisiert werden können und dem weiterführenden Störungsmanagement als Eingangssignal dienen.

3. Neben einer technischen Einführung kommt ebenfalls der organisatorischen Einbindung entscheidende Bedeutung zu. Die Tools zur Visualisierung werden zwar in der Regel bereits mitgeliefert, gleichzeitig werden die Daten verwendet, um Alarmlampen anzusteuern, Alarmsignale ertönen zu lassen bis hin zu unterschiedlichen Melodien für einzelne Bereiche. Darüber hinaus werden Informationsdisplays mit Informationen über SOLL/IST-Stückzahlen versorgt.

Das Aufstellen von Visualisierungsmonitoren sowohl für die Instandhaltung als auch für das Management ist ein unverzichtbarer Schritt, um zum einen der Instandhaltung zentralisierte Informationen zur Verfügung zu stellen, gleichzeitig die Annahme einer Reparaturaufgabe etc. und die Beseitigung eines Ausfalls an das Management weiterzuleiten. Nicht zu unterschätzen ist ebenfalls die Tatsache, daß die Instandhaltung mit dem Wissen Reparaturmaßnahmen einleitet, durchführt oder zum Abschluß bringt, daß Informationen direkt an das Management weitergegeben werden oder jederzeit von diesem abrufbar sind.

1.2 Steuerungsinterne Daten

4. Das aufsetzende Störungsmanagement-System meint in erster Linie die weitestgehend automatisierte Lokalisierung, Identifikation und Diagnose einer Störung. Die Lokalisierung ist mit der Einführung des beschriebenen BSDE-Systems abgeschlossen. Die weiterführende Identifikation verlangt jedoch steuerungsinterne Daten aus den einzelnen Betriebsmitteln. Die parametrierten Daten der SPS kommen zwar von den Steuerungen, werden per Definition jedoch nicht als intern bezeichnet, da sie sich auf rudimentäre Daten beschränken. Um steuerungsinterne Daten zu erfassen, ist ein weiteres Auslesen aller den Betriebsmitteln zur Verfügung stehenden Daten notwendig. Diese reichen von den wenigen bereits an die SPS kommunizierten Signale über sämtliche Ein- und Ausgänge, Initiatoren, Sensoren bis hin zu Merkern des Steuerungsprogramms.

Ein Großteil der steuerungsinternen Daten werden bei heutigen Maschinen in der Regel bereits intern verarbeitet, da diese Signale letztendlich Ein- und Ausgangssignale für den Ablauf des Steuerungsprogramms darstellen. Diese Signale sind bei unterschiedlichen Steuerungsherstellern, -modellen bzw. auch schon bei unterschiedlichen Steuerungsversionen abweichend kodiert. Dennoch stellen sie die Symptom-Basis zur Identifikation einer Störung dar. Im Fall einer Störung werden am Maschinendisplay die augenblicklichen Belegungen der Signale angezeigt und vom Anlagenführer bzw. Instandhalter, soweit dies ob der kryptischen Darstellung möglich ist, zur Interpretation herangezogen. Um die Symptome dem Diagnoseprozeß zuführen zu können, ist softwareseitig eine erneute Kommunikation zur Steuerung herzustellen und diese auszulesen.

5. Für das Auslesen und Verarbeiten der steuerungsinternen Signale, also Symptome der Störungen muß eine Schnittstelle zum Steuerungsprogramm oder zum internen Log-Buch der Betriebsmittel hergestellt werden. Einige Anbieter haben ihre Steuerungen bereits dahingehend angepaßt, daß die internen Signalbelegungen im Fehlerfall in sequentielle Files geschrieben werden. Dennoch empfiehlt es sich, eine direkte Schnittstelle zu implementieren, um zum einen keine Zeitverzögerungen in Kauf nehmen zu müssen, bis die Log-Buch-Einträge geschrieben sind, und zum anderen, um ein allgemeingültiges System aufzubauen, also auch funktionsfähig bei Stationen ohne Log-Buch.

6. Die Allgemeingültigkeit wäre damit bereits aus technischer Sicht für Steuerungssysteme neuerer Generation gegeben. Aus inhaltlicher Sicht muß jedoch übergreifend dafür Sorge getragen werden, daß bei unterschiedlichen Betriebsmitteln oder Steuerungsversionen von den gleichen Symptomen gesprochen wird. In der Informatik werden derartige Inhaltsabgleiche über sogenannte Konverter erreicht. Also Tools, die für eine eindeutige Systemsprache sorgen, indem sie verschiedenste Dialekte in einen universellen Standard konvertieren.

Der Konverter soll in der Form realisiert werden, daß auf bereits gebräuchliche, im Einsatz befindliche Module zurückgegriffen wird. Neuere Steuerungsprogramme nutzen bereits eine Übersetzungstabelle, um aus den kryptischen Symptomkürzeln Klartextbeschreibungen zu generieren. Es wird auf dem jeweiligen Betriebsmittel eine Übersetzungstabelle in Form eines Flat-Files installiert, indem die jeweiligen Kürzel in Texte umgeschlüsselt werden. Dieses File kann zum übergreifend gültigen Konverter erweitert werden, indem die Beschreibungstexte auf allen Betriebsmitteln vereinheitlicht werden, die Beschreibungen eindeutig sind und als Symptome in das Störungsmanagement übernommen werden. Somit ist das Symptomkürzel nicht mehr ausschlaggebend, sondern dessen eindeutiger Beschreibungstext.

7. Aufgabe des Störungsmanagements ist ebenfalls die Klassifizierung der Störungen in solche, auf die reagiert, und diejenigen, die ignoriert werden sollen, um zum einen die Wissensbasis nicht unnötig aufzublähen und zum anderen die Instandhaltung nicht mit Wartungsaufträgen zu überlasten. In der Praxis kann bei überproportional vielen Aufträgen nicht mehr zwischen wichtig und unwichtig unterschieden werden. Darüber hinaus darf die Instandhaltung nur bis zu einem gewissen Maß für Wartungsaufgaben eingeplant werden. Dementsprechend muß der Filter für zu ignorierende Aufgaben parametrierbar sein, da sich das Ausfallverhalten einer Anlage aufgrund ausgewechselter, konstruktiv veränderter etc. Betriebsmittel über die Zeit verändern wird.

Zu erfassende Störungen sind erstens solche, die durch Diagnosehilfe in geringerer Zeit beseitigt werden können, also Störungen, bei denen die Diagnosezeit einen hohen Anteil der gesamten Stillstandszeit ausmacht, zweitens, deren Symptombild von denen anderer soweit automatisch unterscheidbar ist, daß ein erfolgreiches Filtern gelingen kann, und letztens diejenigen, durch deren Vermeidung eine effiziente Montagebetreibung zu erreichen ist. Dieser Einordnung zufolge müssen die Methoden der Störungsvermeidung über die komplette Dauer der Wissenserweiterung Aussagen über die Effizienz des Störungsmanagements anhand erfaßter Störungen liefern. Auf diese Weise können leicht zu diagnostizierende sowie kurze Störungen ausgeschlossen werden, da sie nur unwesentlich zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit beitragen , gleichzeitig aber das Störungsmanagement erschweren.

Der Ausschluß einer Störung aus dem System kann auf drei Arten initiiert werden. Am effektivsten durch ein aber nur selten mögliches Ausklammern aus der Prozeßüberwachung anhand der SPS-Meldungen. Hierbei muß jedoch vorausgesetzt werden können, daß bereits anhand der SPS die Störung eindeutig klassifiziert werden kann. Als zweites durch die Dauer, die eine Störung aktiv sein muß, bevor sie an das Störungsmanagement-System gemeldet wird. Drittens durch manuelles Ablehnen vom Instandhalter während der Störungsbehebung über den Diagnosedialog.