Condition Monitoring in der Pilotfabrik

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1 Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Condition Monitoring in der Pilotfabrik Automatische Bewertung der Energieeffizienz und Produktivität von Werkzeugmaschinen DI Matthias Hacksteiner IFT - Vorstand: Univ.Prof. DI Dr. Friedrich Bleicher

2 Agenda 1 Einleitung und Motivation 2 Methodik 3 Versuchsaufbau 4 Ergebnisse 5 Zusammenfassung und Ausblick Seite 2

3 Condition Monitoring - Prinzip Datenbank Datenanalyse Prozess Maschine Qualität Datenerfassung (automatisierte) Maßnahmen Maschinensteuerung Elektrische Leistung Durchfluss Kühlschmierstoff Durchfluss Druckluft Beschleunigungen Kräfte Temperaturen Seite 3

4 Condition Monitoring - Anwendungen Instandhaltung präventive Wartung prädiktive Instandhaltung (Prognose von Ausfällen) Qualität Produktkontrolle Prozessüberwachung Prozess Effizienz Produktivität Quelle: Gardner Research, 2015 World Machine-Tool Output & Consumption Survey Methodik für die automatische Erhebung von Energieeffizienz- und Produktivitäts-Kennzahlen in Echtzeit basierend auf Maschinen-Monitoring Seite 4

5 Agenda 1 Einleitung und Motivation 2 Methodik 3 Versuchsaufbau 4 Ergebnisse 5 Zusammenfassung und Ausblick Seite 5

6 Methodik Produktivitäts-KPIs Taktzeit t cycle Hauptzeit t pp Werkzeugeingriffszeit t cut ς P = Verfügbarkeits- und Leistungsfaktor t pp t cycle ς cut = t cut tpp Seite 6

7 Methodik Energieeffizienz-KPIs Gesamtenergie pro Werkstück E tot = 0 t cycle Ptot dt Prozessenergie Prozesseffizienz E P = 0 t pp PP dt η P = P P P tot P tot = P el + Ppn + P th 3 P el = U i I i cos(φ i ) i=1 Ppn = V ρ cp T 1 η pn p 2 p 1 κ 1 κ 1 P th = Q = V ρ cp (T 2 T 1 ) η th Quelle: ISO/DIS , Environmental evaluation of machine tools - Part 2: Methods for measuring energy supplied to machine tools and machine tool components Seite 7

8 Methodik 3 P P = P loaded P unloaded = k = 1 P control k P k (n control k ) P k (n) Seite 8

9 Methodik start (every 100 ms) get MachinePower CompressedAirFlow CompressedAirPressure NCProgramRunning SpindlePower SpindleSpeed AxisVelocity set CycleTime = 0 check ResultingAxisVelocity machining feed rate add 100 ms to PrimaryProcessingTime standstill or rapid traverse Calculate OperatingCondition CompressorPower TotalPower check SpindlePower air cutting or acceleration set ProcessPower = 0 chip removal false check NCProgramRunning true add 100 ms to ToolEngagementTime calculate ProcessPower add 100 ms to CycleTime calculate TotalEnergy ResultingAxisVelocity calculate ProcessEfficiency ProcessProductivity MeanProcessPower MeanProcessEfficiency ProcessEnergy vres = vx 2 + vy 2 + vz 2 + v z 2 end Seite 9

10 Agenda 1 Einleitung und Motivation 2 Methodik 3 Versuchsaufbau 4 Ergebnisse 5 Zusammenfassung und Ausblick Seite 10

11 Energiemonitoring Pilotfabrik Maschinenhalle gesamt Energieversorgung Legende Messpunkt Druckluft (Volumenstrom und Druck) Messpunkt elektrische Leistung Kompressor CompAir L15RS Schaltschrank mi-factory Stromnetz 50 A 400 A Druckluftnetz Kompressor Beleuchtung, EDV etc. restliche Druckluft- Verbraucher Maschine gesamt Maschine gesamt Maschine gesamt Maschine gesamt Maschine gesamt Maschine gesamt Antriebe HAAS VF-2 35 A Antriebe KSS- Aggregat EMCO MAXXTURN A Antriebe KSS- Aggregat HERMLE C42U 80 A Hydraulik- Aggregat Kühlung Seite 11

12 Energiemonitoring Pilotfabrik Seite 12

13 Maschinenmonitoring EMCO MAXXTURN 45 type example data block address operation mode bool JOG DB11.DBX6.2 NC program status bool program running DB21.DBX35.0 speed float z-axis DB250.DBD128F active power float main spindle DB250.DBD204F Seite 13

14 Ergebnisse Seite 14

15 Ergebnisse Seite 15

16 Agenda 1 Einleitung und Motivation 2 Methodik 3 Versuchsaufbau 4 Ergebnisse 5 Zusammenfassung und Ausblick Seite 16

17 Zusammenfassung und Ausblick Monitoring von Energieeffizienz- und Produktivitäts-KPIs Bewusstseinsbildung von Maschinenbedienern und NC-Programmierern Benchmark verschiedener Maschinen mit ähnlichen Produktspektren Auswertung der Verfügbarkeits- und Leistungsverluste (OEE) nächste Schritte: Erweiterung der Methodik um Qualitätsfaktor Seite 17

18 Ausblick Maschine sensorische Werkzeugaufnahme Rechner Datenbank 1) Bearbeitung sensorisches Spannsystem Sensor Volumenstrom Kühlschmierstoff Sensor Volumenstrom Druckluft Leistungsmessgerät Prüfmittel Seite 18

19 Ausblick Maschine sensorische Werkzeugaufnahme Rechner Datenbank sensorisches Spannsystem Sensor Volumenstrom Kühlschmierstoff Sensor Volumenstrom Druckluft Leistungsmessgerät Prüfmittel 2) Qualitätskontrolle Seite 19

20 Ausblick Maschine sensorische Werkzeugaufnahme Rechner Datenbank sensorisches Spannsystem Sensor Volumenstrom Kühlschmierstoff Sensor Volumenstrom Druckluft Leistungsmessgerät Prüfmittel Seite 20

21 Kontakt Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Univ. Prof. DI Dr. Friedrich Bleicher IFT Getreidemarkt 9 / 311 BA Hochhaus, 8.Stock A-1060 Wien, Österreich Matthias Hacksteiner hacksteiner@ift.at Seite 21