Kurvenverläufe überwachen und visualisieren
Alfred Adam, Ing.-Büro ADAM SOFTWARE, Landshut

Die Qualität eines Produkts wird durch die Einhaltung mehrerer Prozessparameter geprägt, wobei der zeitliche Verlauf nach einer vorgeschriebenen Kurve oft entscheidend ist. Weil diese Verläufe meistens sehr schnell ablaufen und viele Messwerte anfallen, werden besondere Anforderungen an die Messwerterfassung gestellt.

Es gibt einige Softwarepakete für die schnelle Messwerterfassung auf dem Markt, die meisten sind jedoch auf den Laboreinsatz spezialisiert und es fehlen die für die Qualitätssicherung relevanten Datenformate und Auswertemöglichkeiten. Ausserdem ist die einfache Ablage der Daten in Dateien oder Datenbanken nur die halbe Lösung, wenn für eine Auswertung immer wieder umständliches Kopieren und Zuordnen der Daten notwendig wird. Deshalb sind solche Programme für eine kontinuierliche Prozessüberwachung in der Produktion eher ungeeignet und passen als Insellösungen auch schlecht in die werksweite Prozessdatenerfassung.


Bild 1: Der Kurvenverlauf bei der Erzeugung von Vakuum gibt Hinweise auf ein Leck oder Verunreinigungen in einem Leitungssystem noch vor der Befüllung mit Flüssigkeit.

Da der Prozess in vielen Fällen durch eine Steuerung (SPS) geregelt wird, ist die Messwerterfassung (Sensoren, Wandler, Speicher) bereits in der Anlage vorhanden und eine Nachrüstung mit spezieller Hardware entfällt. Mit der Standardsoftware SPCprocessLink können die Daten aus der Steuerung über Standardtreiber (z.B. OPC) ausgelesen und im Q-DAS® Datentransferformat abgespeichert werden. Damit ist eine sofortige Visualisierung der Kurven und weitere statistische Auswertungen mit qs-STAT® möglich.

Bild 2: Verlauf der Einspritzgeschwindigkeit einer Gummipresse innerhalb der Grenzkurven

Ohne Messwerterfassung muss man sich auf die Einhaltung der vorgeschriebenen Prozessparameter durch die Regelung der Anlage verlassen aber nicht immer können Störfaktoren ausgeregelt werden. Verunreinigungen im Material, Verschleiss der Anlage, falsche Einstellungen oder Fehlbedienungen können die Abläufe unbemerkt verändern und versteckte Fehler in das Produkt einbauen. Deshalb haben Qualitätsmanager besonderes Interesse am tatsächlichen Verlauf der Werte. Aber auch bei der Nacharbeit kann eine Kurve mehr Detailinformationen zur Fehlerursache liefern als eine einfache NIO Bewertung, Fehlersuche und Reparatur werden vereinfacht.

Eine Visualisierung des Werteverlaufs ist durch die Ablage der Messwerte im Q-DAS® Datentransferformat sofort möglich. Das Speichern aller Messwerte einer Kurve unter einem Merkmal ermöglicht zwar die grafische Darstellung des Werteverlaufs, für eine automatische Prozessüberwachung ist jedoch eine statistische Auswertung, insbesondere ein Vergleich der Istwerte mit einer Referenzkurve, erwünscht. Dies ist mit SPCprocessLink einfach möglich, indem jeder im entsprechenden Zeitraster abgetastete Messwert einem eigenen Merkmal zugeordnet wird. Dadurch kann jeder Punkt der Referenzkurve mit Grenzwerten versehen werden welche zusammen jeweils die obere und untere Grenzkurve darstellen. In Bild 1 ist ein Werteverlauf zu sehen, wie er bei der Erzeugung von Vakuum an einer Befüllungsanlage entsteht. Frei nach dem Motto: “Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte“ gilt hier: eine Kurve sagt mehr als tausend Zahlen. Unregelmäßigkeiten im Kurvenverlauf deuten auf versteckte Fehler die später nur schwer entdeckt werden können.

Bild 2 zeigt den Verlauf der Einspritzgeschwindigkeit einer Gummipresse. Obwohl die Geschwindigkeit durch die Steuerung geregelt wird kann es aus verschiedenen Gründen vorkommen, dass die Regelung das eingestellte Geschwindigkeitsprofil nicht einhalten kann. An vielen Maschinen sind die einzelnen Messwerte bereits in der Steuerung gespeichert und können an der Maschine kurzzeitig eingesehen werden, es fehlt jedoch eine statistische Auswertung mit Grenzkurven und das Abspeichern in der Steuerung ist kaum möglich. Hier ist die Datenerfassung mit SPCprocessLink schnell eingerichtet. Wenn die Messwerte geordnet hintereinander in einem zusammenhängenden Speicherbereich liegen ist die Datenerfassung auch bei älteren Steuerungen mit langsamer Kommunikation möglich. So können hunderte Messwerte, die im Zeitraster von wenigen Millisekunden von der Steuerung erfasst wurden, problemlos über die vorhandene Schnittstelle mit SPCprocessLink in das Q-DAS® Datenformat übertragen werden. Wenn die Maschine die Messwerte bei einem neuen Produktionszyklus in der Steuerung mit neuen Werten überschreibt, sind die vorherigen Werte längst abgespeichert und ausgewertet.

Wenn die Messwerte nicht aus Steuerungen, sondern aus seriellen Datenquellen oder aus Dateien stammen die keine standardisierten Formate aufweisen, können entsprechende Protokollwandler eingesetzt werden. Dadurch werden die Daten sehr früh in ein Standardformat überführt und profitieren von einer standardisierten Weiterverarbeitung. Zusätzlicher Aufwand für die Wartung von Sonderlösungen entfällt.

Bild 3: Einfache Verknüpfung der Datenquelle in der Steuerung mit dem Ziel im Q-DAS® Datenformat.

Bild 3 zeigt die Konfiguration der Datenerfassung mit SPCprocessLink: jedes Merkmal wird mit der entsprechenden Variablen im Speicher der Steuerung verknüpft. Eine Triggervariable löst das Abspeichern im Q-DAS® Datenformat aus und die Kurve kann sofort ausgewertet und visualisiert werden.

Die vorgestellten Anwendungen zeigen wieder einmal die Vorteile beim Einsatz von Standardsoftware. Die Erfassung der Prozessdaten mit SPCprocessLink über Standardschnittstellen in das Q-DAS® Datentransferformat und die statistischen Auswertungen mit qs-STAT® bieten durchgängige Lösungen die schnell und kostengünstig, ohne Programmierung realisiert werden können.

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