DE19651986A1

DE19651986A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergleich von Maschinen in einer Flotte

Info

Publication number: DE19651986A1
Application number: DE19651986A
Authority: DE
Inventors: David R Schricker; Jagannathan Sarangapani; David G Young; Satish M Shetty
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: DE19651986B4; US5737215A; JPH09202218A; JP3787010B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Maschinenvergleichssystem und insbesondere auf ein Sy stem, um selektiv Betriebsparameterdaten zu verarbeiten, um Daten zu liefern, die die Maschinenleistung anzeigen.

Zur Service- und Diagnosezwecken werden Maschinen mit Sensoren zum Messen von Betriebsparametern ausgerüstet, wie beispielsweise folgenden: Motorumdrehungszahl, Öl druck, Wassertemperatur, Ladedruck, Ölverschmutzung, elektrischer Motorstrom, Hydraulikdruck, Systemspannung, Auslaßsammelleitungstemperatur und ähnliches. In einigen Fällen sind Speichervorrichtungen vorgesehen, um eine Da tenbasis zur späteren Bewertung der Maschinenleistung zu sammenzustellen, und um bei der Diagnose zu helfen. Ser vicepersonal untersucht die angefallenen Daten, um den Grund (die Gründe) irgendeines Versagens zu bestimmen, oder um bei der Diagnose zu helfen. In ähnlicher Weise kann Servicepersonal die gespeicherten Daten bewerten, um zukünftiges Versagen vorherzusagen, und um irgendwelche Probleme zu korrigieren, bevor ein tatsächliches Versagen auftritt. Eine solche Diagnose- und Fehlervorhersage be zieht sich insbesonderes auf Straßenlastwagen und große Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Geländelastwagen, hydraulische Grabemaschinen, Raupentraktoren, Radlader und ähnliches. Diese Maschinen stellen Investitionen von großem Kapital dar und sind sehr produktiv, wenn sie ord nungsgemäß arbeiten. Es ist daher wichtig, abgenutzte Komponenten zu reparieren oder zu ersetzen und ein Versa gen vorherzusagen, so daß kleinere Probleme repariert werden können, bevor sie zu katastrophalem Versagen füh ren, und so kann eine Serviceleistungen während Perioden eingeplant werden, in denen die Produktivität am wenig sten beeinträchtigt wird.

Systeme in der Vergangenheit sammeln und speichern oft Daten von den Maschinensensoren bei unterschiedlichen Maschinenbetriebszuständen. Beispielsweise werden einige Daten gesammelt, während der Motor leer läuft, während andere Daten gesammelt werden, während der Motor unter voller Last läuft. Es stellt ein Problem für das Ser vicepersonal dar, die Daten zu vergleichen, die unter solchen unterschiedlichen Umständen gesammelt worden sind, und bedeutungsvolle Trends bzw. Richtungen bei den abgefühlten Parametern zu beobachten.

Die Diagnose oder Vorhersage von Komponentenversagen für individuelle Maschinen, die in einer Flotte von ähnlichen Maschinen arbeiten, stellt eine Anzahl von Problemen für das Servicepersonal oder die Flottenmanager dar, die ver antwortlich sind, wirkungsvoll eine Flotte am Laufen zu halten und Reparaturen oder Ersetzungen einzuplanen.

Zusätzlich kann die Aufzeichnung bzw. Überwachung von Ma schinendaten bei der Produktivitätsanalyse nützlich sein, und zwar zwischen Maschinen in einer Flotte und/oder zwi schen Flotten, die im gleichen Unternehmen arbeiten.

Jedoch können Fluktuationen bei den Daten der Komponenten oder Trends bzw. Richtungen auf Grund von Betriebszustän den auftreten, anstelle auf Grund von Komponentenab nutzung oder -versagen. Daher kann das Überwachen von Da ten an jeder einzelnen Maschine nicht immer hilfreich sein. Die Effekte der Betriebszustände auf die Kompo nentenbetriebsparameter können besser vorausgesagt wer den, wo Maschinen in einer großen Vielzahl von Zuständen arbeiten, beispielsweise bei Tag oder Nacht oder bei sai sonbedingten Temperaturunterschieden, ungewöhnlichen Lastzuständen an speziellen Stellen des Einsatzgebietes oder wenn sie eine spezielle Aufgabe ausführen.

Die vorliegende Erfindung ist auf eines oder mehrere der oben besprochenen Probleme gerichtet.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Vergleich einer Maschine in einer Flotte von Maschinen vorgesehen. Die Einrichtung fühlt eine Vielzahl von Merkmalen einer jeden Maschine in der Flotte ab und bestimmt darauf ansprechend einen Satz von Flot tendaten. Das System bestimmt weiter einen Satz von Re ferenz- bzw. Bezugsmaschinendaten als eine Funktion der Flottendaten und vergleicht die Daten für die Maschine mit den Referenzmaschinendaten und erzeugt darauf an sprechend ein Abweichungs- bzw. Fehlersignal.

Fig. 1 ist eine Veranschaulichung eines Servicekreislau fes für eine Maschine, wie er im Stand der Tech nik bekannt ist;

Fig. 2 ist eine Veranschaulichung eines Servicekreislau fes für eine Flotte von Maschinen, die ein System zum Vergleichen einer Maschine mit den anderen Maschinen in der Flotte aufweist, und zwar gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er findung;

Fig. 3 ist eine Veranschaulichung eines Informationsauf nahmesystems;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, welches einen ersten Teil des Betriebs des Vergleichssystems der Fig. 2 veranschaulicht, und zwar gemäß eines Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches einen zweiten Teil des Betriebs des Vergleichsystems der Fig. 2 ver anschaulicht, und zwar gemäß eines Ausführungs beispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, welches einen dritten Teil des Betriebs des Vergleichssystems der Fig. 2 veranschaulicht, und zwar gemäß eines Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht ein Verfahren des Standes der Technik zur Instandhaltung und Reparatur von Maschinen in einer Flotte, die unter ähnlichen Bedingungen arbeiten, beispielsweise am gleichen Einsatzort oder auf einer ge meinsamen Route. Das Verfahren des Standes der Technik beruht auf einem individuellen in sich selbst geschlos senen Servicezyklus für jede Maschine 102 in der Flotte. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Ma schine 102 ein Geländelastwagen, um Erde zu befördern, die beim Bergbau und anderen Bau- oder Erdbewegungsanwen dungen entfernt bzw. wurde.

Beim Verfahren des Standes der Technik der Fig. 1 emp fiehlt ein Flottenmanager 104 einen Diagnosetest, eine Instandhaltung oder Reparaturen für die Maschine 102 ba sierend auf Problemen, die vom Fahrer oder von an Bord gelegenen Überwachungsvorrichtungen 106 detektiert worden sind, oder immer, wenn ein präventiver Instandhaltungs- oder Komponentenaustauschzeitplan 108 ein Handeln erfor dert.

Nach der Durchsicht irgendwelcher Eingaben des Fahrers oder von an Bord gelegenen Überwachungsvorrichtungen 106 und des Instandhaltungs- oder Austauschzeitplans 108 muß der Flottenmanager 104 intuitiv bestimmen, welche Kom ponenten oder Systeme in der Maschine 102 fehlerhaft oder außerhalb der Spezifikationen bzw. Toleranzen sind, und muß empfehlen, daß die geeignete Maßnahme in der Werk statt 110 ergriffen wird. Dieses Verfahren des Standes der Technik lädt die Last der Diagnose/Prognose fast vollständig auf dem Flottenmanager 104 ab, dem nur von gelegentlichen Klagen des Bedieners oder einer Warnung der Überwachungsvorrichtung und von starren Zeitplänen geholfen wird, die nicht den laufenden Betriebszuständen der Flotte Rechnung tragen. Das Verfahren des Standes der Technik läßt daher beträchtlichen Raum für Fehler des Flottenmanagers oder zumindest für das Fehlen einer Gleichmäßigkeit bei der Diagnose/Prognose für die Kom ponenten oder Systeme in der Maschine in der Flotte.

Die vorliegende Erfindung trägt dagegen auf der anderen Seite den laufenden Betriebszuständen der Flotte Rech nung, bereitet eine Referenz- bzw. Bezugsmaschine basie rend auf den laufenden Betriebszuständen vor und ver gleicht den laufenden Betriebszustand einer Maschine mit der Referenzmaschine.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist die vorliegende Erfindung oder Einrichtung 200 geeignet, um eine Maschine (202 _n, 204 _n) in einer Flotte von Maschinen zu vergleichen. Die Ma schinen werden entweder zu Diagnosezwecken oder zur Pro duktivitätsanalyse verglichen. Beispielsweise weist in Fig. 2 die Flotte 202 eine Vielzahl von Maschinen 204₁-204 _N in einer ersten Maschinenart 204 auf, und eine Vielzahl von Maschinen 206₁-206 _N einer zweiten Maschinen art 206. Die ersten und zweiten in Fig. 2 gezeigten Arten bzw. Bauarten sind Geländelastwagen bzw. hydraulische Grabmaschinen. Jedoch sei erwähnt, daß die vorliegende Erfindung auf Flotten mit einer einzigen Maschinenart und Flotten mit mehreren Maschinenarten anwendbar ist.

Mittel 208 fühlen eine Vielzahl von Merkmalen einer jeden Maschine 204₁-204 _N, 206₁-206 _N ab und bestimmt darauf an sprechend einen Satz von Flottendaten. Beispielsweise kann der Satz von Flottendaten folgendes aufweisen, ist jedoch nicht darauf begrenzt: Motordrehzahl, Öldruck, Wassertemperatur, Ladedruck, Ölverschmutzung, elektri scher Motorstrom, Hydraulikdruck, Systemspannung, Aus laßsammelleitungstemperatur, Nutzlast, Zykluszeit, Last zeit und ähnliches.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Satz von Flottendaten eine Vielzahl von Parametern einer jeden Ma schine 204₁-204 _N, 206₁-206 _N auf. Jeder der Parameter kann eine von drei Arten sein: ein abgefühlter Parameter, ein Abweichungsparameter oder ein berechneter Parameter. Ein abgefühlter Parameter ist ein Parameter, der direkt abge fühlt wird, d. h. ein abgefühlter Parameter ist ein abge fühltes Merkmal. Ein Abweichungs- bzw. Fehlerparameter wird als die Differenz zwischen zwei abgefühlten Werten oder zwischen einem abgefühlten Merkmal und einem mode lierten bzw. geschaffenen Wert des abgefühlten Merkmals bestimmt. In anderen Worten wird eines der Merkmale als eine Funktion von anderen Merkmalen oder Parametern mode liert. Der modelierte Wert des Merkmals und der abgefühl te Wert werden verglichen und der Abweichungsparameter ist als die Differenz definiert. Ein berechneter Parame ter wird als eine Funktion von Merkmalen oder Parametern bestimmt. Im allgemeinen bestimmen Maschinen einer spezi ellen Maschinenart eine identische Parameterliste.

Um für eine flottenweite Diagnose oder Vorhersage von Komponentenversagen oder für eine Produktivitätsanalyse der Maschinen 204₁-204 _N, 206₁-206 _N nützlich zu sein, wer den die Flottendaten vorzugsweise nur dann angesammelt oder "aufgenommen", wenn die Maschinen 204₁-204 _N, 206₁-206 _N unter ähnlichen Bedingungen arbeiten, bei spielsweise dort, wo die Maschinen 204₁-204 _N, 206₁-206 _N eine ähnliche oder identische Aufgabe ausführen, oder an einem ähnlichen oder identischen Teil des Einsatzortes oder der Transportroute arbeiten, und/oder bei einer ähn lichen Umgebungsbedingung oder einer Reihe von Bedingun gen arbeiten, wie beispielsweise der Temperatur. Ein ein zelner Parameter oder ein Untersatz von Parametern kann unter einer Reihe von Bedingungen aufgenommen werden, während ein anderer einzelner Parameter oder Untersatz von Parametern unter einer weiteren Reihe von Bedingungen aufgenommen werden kann.

Optional kann ein einzelner Parameter oder ein Untersatz von Parametern unter anderen Umständen bzw. Bedingungen aufgenommen werden, und auf die gleiche Referenz bzw. den gleichen Bezug normiert werden, und zwar unter Verwendung eines vorherbestimmten Satzes von Vorspannwerten bzw. Normierungswerten. Die vorbestimmten Nomierungswerte wer den experimentell bestimmt.

Wie unten besprochen werden die aufgenommenen Daten mit einer gespeicherten "normalen" Flottendatenbasis vergli chen und irgendwelche Abnormalitäten bzw. Abweichungen werden gekennzeichnet. Die normale Flottendatenbasis weist einen Satz von Referenz- bzw. Bezugsmaschinendaten auf, die jeder Maschinenart in der Flotte entspricht. Wenn zusätzlich im bevorzugten Ausführungsbeispiel die aufgenommenen Daten innerhalb der normalen Betriebsbe reiche sind, werden sie verwendet, um die Flottendaten basis zu aktualisieren.

Mit Bezug auf Fig. 3 weisen im bevorzugten Ausführungs beispiel die Flottendaten-Bestimmungsmittel 208 ein Ma schinenüberwachungssystem 302 auf, welches in jeder Ma schine gelegen ist. Mit Bezug auf Fig. 3 wird das Maschi nenüberwachungssystem 302 einer Maschine besprochen wer den, jedoch wird jede Maschine in der Flotte ein ähn liches System aufweisen.

Das Maschinenüberwachungssystem 302 ist ein Datenaufnah me-, Analyse-, Speicher- und Abbildungssystem für Ar beitsmaschinen oder Fahrzeuge. Unter Einsatz einer Ergän zung bzw. Zusammenstellung von an Bord gelegener und nicht an Bord gelegener Hardware und Software wird das Maschinenüberwachungssystem 302 Fahrzeugkomponentenin formationen aufzeichnen bzw. überwachen und ableiten und solche Informationen dem Bediener und technischen Exper ten in einer Weise zugänglich machen, die die Kenntnis von Fahrzeugbetriebszuständen verbessern wird und die Diagnose von Fehlerzuständen erleichtern wird. Im all gemeinen ist das Maschinenüberwachungssystem 302 eine flexible Konfigurationsplattform, die modifiziert werden kann, um anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen.

Sensordaten werden von Interface- bzw. Schnittstellen modulen gesammelt, die die Daten durch einen Hochge Schwindigkeits-Kommunikationsring 312 an ein Hauptmodul 304 oder an ein Steuermodul 318 liefern, wo sie manipu liert werden und dann gespeichert werden, bis sie in ein nicht an Bord gelegenes Steuersystem geladen werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen zwei Schnitt stellenmodule 306, 308 jeweils zwei Transceiver bzw. Sen de/Empfangssvorrichtungen auf, die Daten auf dem Kommuni kationsring 312 übertragen und empfangen können. Da die Schnittstellenmodule 306, 308 mit dem Kommunikationsring 312 verbunden sind, können Daten von den Schnittstellen modulen 306, 308 entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gesandt und empfangen werden. Eine solche Anordnung vergrößert nicht nur die Fehlertoleranz, son dern die Diagnose eines Fehlers wird auch verbessert, da das System eher fähig ist, zu identifizieren, in welchem Teil des Kommunikationsrings 312 ein Fehler bestehen kann. Das Hauptmodul 304 ist auch vorteilhafterweise in dem Kommunikationsring 312 in einer Ringanordnung verbun den und weist zwei Transceiver bzw. Sende/Empfangsvor richtungen auf.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die anderen Steu ervorrichtungen 318 mit dem Kommunikationsring 312 in ei ner Bus-Konfiguration verbunden, jedoch können diese Steuervorrichtungen 318 auch konstruiert bzw. ausgelegt sein, um ein Paar von Sende/Empfangsvorrichtungen auf zuweisen, wie beispielsweise jene, die in den Schnitt stellenmodulen vorgesehen sind, und um mit dem Kommu nikationsring 312 in einer Ringkonfiguration verbunden zu sein. Die tatsächliche Anordnung der Schnittstellenmodule 306, 308 und andere Steuervorrichtungen 318 um den Kommu nikationsring 312 herum ist nicht kritisch und wird im allgemeinen derart ausgewählt, daß die Gesamtlänge des Kommunikationsrings 312 sparsam bemessen ist, und um den Verlauf der Drähte in der Maschine zu erleichtern. Der Kommunikationsring 312 ist vorzugsweise unter Verbindung einer herkömmlichen Twisted-Pair-Leitung konstruiert und die Kommunikation ist zu den SAE-Datenverbindungsstandards konform, wie beispielsweise J1587, jedoch können auch andere Formen von Kommunikati onsleitungen verwendet werden.

Datenuntersätze werden auch vom Hauptmodul 304 an ein Display- bzw. Anzeigemodul 316 übermittelt, und zwar zur Darstellung für den Bediener in Form von Meßwerten und Warnnachrichten. Während des normalen Betriebes werden Meßwerte im Bedienerabteil angezeigt. Während Zuständen außerhalb der Spezifikation werden auch Alarme und Warn/Anweisungsnachrichten abgebildet. Ein Tastenfeld 326 ist vorgesehen, um die Eingabe von Daten und Bedienerbe fehlen zu gestatten. Einer oder mehrere Alarmsummer oder -lautsprecher 328 und eines oder mehrere Alarmlichter bzw. Warnlichter 330 werden verwendet, um verschiedene Alarme anzuzeigen. Ein Nachrichtenfeld ist vorgesehen und weist ein Punkt-Matrix-LCD auf, um Textnachrichten in der im Speicher gespeicherte Sprache und in SI- oder Nicht-SI-Einheiten anzuzeigen. Ein dafür vorgesehenes Rück- bzw. Hintergrundlicht wird eingesetzt, um diese Anzeige bei Zuständen mit geringem Umgebungslicht abzubilden. Das Nachrichtenfeld wird verwendet, um Information bezüglich des Zustandes des Fahrzeugs anzuzeigen.

Während die Haupt-Schnittstellen- und Anzeigemodule 304, 306, 308, 316 das Basislinien- bzw. Basisleitungs-Maschi nenüberwachungssystem 302 bilden, werden zusätzliche an Bord gelegene Steuerungen 318, wie beispielsweise Motor- und Getriebesteuerungen vorteilhafterweise in diese Ar chitektur über den Kommunikationsring 312 integriert, um die zusätzlichen Daten zu übermitteln, die von diesen Steuerungen abgefühlt oder berechnet werden, und um eine zentral gelegene Anzeige- und Speichervorrichtung für al le an Bord gelegenen Steuerdiagnosen bzw. Diagnose vorrichtungen vorzusehen.

Zwei getrennte serielle Kommunikationsausgabeleitungen werden vom Hauptmodul 304 des Maschinenüberwachungs systems 302 vorgesehen. Eine Leitung 320, die zur routi nemäßigen Einspeicherung und Ausspeicherung von Daten an ein Servicewerkzeug vorgesehen ist, wird zwei -serielle Kommunikationsanschlüsse speisen, und zwar einen im Be dienerabteil und einen nahe der Basis der Maschine. Die zweite serielle Leitung 322 wird einen getrennten Kommu nikationsanschluß speisen, der für einen Telemetrie- Systemzugang vorgesehen ist, um es dem Maschinenüberwa chungssystem 302 zu gestatten, mit dem Radio- bzw. Funk system 324 über eine Schnittstelle in Verbindung zu kom men, um Fahrzeugwarnungen und Daten nach außen zu über tragen, und um Servicewerkzeugfähigkeiten über Telemetrie vorzusehen. Somit ist es dem Maschinenüberwachungssystem 302 gestattet, mit außerhalb gelegenen Systemen in Ver bindung zu stehen, und zwar entweder über eine direkte physische Kommunikationsverbindung oder durch Telemetrie. Jedoch können andere Bauarten von mikroprozessorbasierten Systemen, die zum Senden und Empfangen von Steuersignalen und anderen Daten fähig sind, verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.

Charakteristische Daten- und Systemdiagnosen werden von Sensoren und Schaltern aufgenommen, die über die Maschine verteilt sind, und von anderen an Bord gelegenen Steuer vorrichtungen 318, wenn die Zündung an ist. Charakteri stische Daten werden als entweder innere, abgefühlte, übermittelte oder berechnete eingeordnet, und zwar abhän gig von ihrer Quelle. Innere Daten werden innerhalb der Grenzen des Hauptmoduls 304 erzeugt und gehalten. Bei spiele von inneren Daten sind die Tageszeit und das Da tum. Abgefühlte Daten werden direkt von Sensoren auf genommen, die mit den Schnittstellenmodulen 306, 308 ver bunden sind, und weisen pulsbreitenmodulierte Sen sordaten, frequenzbasierte Daten und Schaltdaten auf, die wirkungsvoll entzerrt bzw. geglättet (debounced) worden sind. Abgefühlte Daten werden auf dem Kommunikationsring 312 zur Aufnahme vom Hauptmodul 304 oder von einer oder mehreren der anderen an Bord gelegenen Steuervorrichtun gen 318 ausgesandt. Übermittelte Daten sind die, die von den anderen an Bord gelegenen Steuervorrichtungen 318 aufgenommen worden sind, und die über den Kommunikations ring 312 zur Aufnahme vom Hauptmodul 304 ausgesandt wor den sind. Service-Meter bzw. -Fahrstrecke, Kupplungs schlupf, Fahrzeugbelastung und Brennstoffverbrauch sind Beispiele für berechnete Merkmale. Berechnete Datenkanal werte basieren auf intern gesammelten, übermittelten oder berechneten Datenkanälen.

Mit Bezug auf Fig. 2 erzeugen Mittel 210 eine Datenbasis mit statistischen Normen bzw. Normwerten für die Flotte (Norm-Flottendatenbasis) und Aktualisieren sie, und zwar unter Verwendung der Flottendaten.

Vergleichsmittel 212 empfangen die Flottendaten von den Flottendaten-Bestimmungsmitteln 208 und vergleichen die Daten für jede Maschine in der Flotte 202 mit der Daten basis.

In einem Ausführungsbeispiel werden die Datenbasis- er zeugungs- und -aktualisierungsmittel 210 und die Ver gleichsmittel 212 in einen Mikroprozessor basierten Com putersystem verkörpert, welches an einer zentralen Stelle gelegen ist.

Die Flottendaten werden an der zentralen Stelle von jeder Maschine in der Flotte 202 empfangen. Vorzugsweise wird die Datenbasis in Echtzeit akutalisiert, wenn neue cha rakteristische Daten empfangen werden. Dieses Verfahren wird unten genau beschrieben.

Die Vergleichsmittel 212 erzeugen immer ein Abweichungs signal, wenn ein Parameter ein Maschine von dem Wert des in der Datenbasis gespeicherten Parameters um eine vor bestimmte Schwelle abweicht.

Die vorbestimmte Schwelle bzw. der Schwellenwert kann ex perimentell oder statistisch bestimmt werden. Dieses Ver fahren wird auch genau unten besprochen.

Die Abweichungssignale von den Vergleichsmitteln 212 wer den vom Flottenmanager 214 empfangen. Unter Verwendung der Abweichungssignale, irgendwelcher Fehler an Bord, die von der Maschine aufgezeichnet worden sind und eines In standhaltungszeitplans für jede Maschine bestimmt der Flottenmanager 214 einen empfohlenen Handlungsverlauf, beispielsweise benötigte Reparaturen, und übermittelt das empfohlene Handeln an eine Werkstatt 220, so daß die be nötigten Reparaturen eingeplant werden können.

Mit Bezug auf die Fig. 4-6 wird die Erzeugung und Aktua lisierung der Datenbasis und das Verfahren zum Vergleich der laufenden bzw. Ist-Flottendaten mit der Datenbasis besprochen werden.

Das Flußdiagramm der Fig. 4 veranschaulicht den allgemei nen Betrieb bzw. Ablauf des Verfahrens. In einem ersten Steuerblock 402 werden die laufenden bzw. Ist-Flotten daten gesammelt. In einem zweiten Steuerblock 404 wird die Referenzmaschine für jede Maschinenbauart 204, 206 be stimmt. Dieses Verfahren wird genauer mit Bezug auf Fig. 5 und 6 unten besprochen werden.

In einem dritten Steuerblock 406 werden die Parameter je der Maschine mit den jeweiligen Referenz- bzw. Bezugs maschinendaten verglichen und eine "Unterschiedsmaschine" bzw. "Differenzmaschine" entsprechend jeder Maschine in der Flotte wird bestimmt. Die Unterschieds- bzw. Diffe renzmaschine besteht aus der Differenz zwischen dem Wert jedes Parameters für eine spezielle Maschine und dem ent sprechenden Wert des gleichen Parameters in der jeweili gen Referenzmaschine.

In einem vierten Steuerblock 408 wird ein Maschinenzähler j initialisiert. In einem fünften Steuerblock 410 wird ein Parameterzähler p initialisiert.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Datenbasis eine vorbestimmte Schwelle auf, die jedem Parameter ent spricht. Wenn in einem ersten Entscheidungsblock 412 die in der laufenden Differenzmaschine (j) gespeicherte Dif ferenz für den laufenden Parameter (p) den vorbestimmten entsprechenden Parameter übersteigt, schreitet die Steue rung dann zu einem sechsten Steuerblock 414 voran. Ande renfalls geht die Steuerung zu einem siebten Steuerblock 416 voran.

Im sechsten Steuerblock 414 wird ein Signal erzeugt, wel ches die Abweichung anzeigt, und wird an den Flotten manager gesandt. Abweichungssignale können direkt an den Flottenmanager gesandt werden, wenn sie auftreten, oder die Signale können als eine Gruppe für jede Maschine, je de Maschinenbauart und/oder die Flotte geliefert werden. Die Steuerung schreitet dann zum siebten Steuerblock 416 voran.

Im siebten Steuerblock 416 wird der Parameterzähler p in krementiert bzw. weitergeschaltet. In einem zweiten Ent scheidungsblock 418 wird der Parameterzähler mit einem Maximum verglichen. Wenn p das Maximum übersteigt, dann sind alle Parameter für die laufende Maschine analysiert worden, und die Steuerung schreitet zu einem achten Steu erblock 420 voran. Anderenfalls kehrt die Steuerung zum ersten Entscheidungsblock 412 zurück.

Im achten Steuerblock 420 wird der Maschinenzähler j in krementiert bzw. weitergeschaltet. In einem dritten Ent scheidungsblock 422 wird der Maschinenzähler j mit einem Maximum verglichen. Wenn j das Maximum übersteigt, dann kehrt die Steuerung zum ersten Steuerblock 402 zurück.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird nun das Verfahren zur Bestim mung der Referenzmaschinendaten genauer erklärt, welches im zweiten Steuerblock 404 beschrieben worden ist. In ei nem neunten Steuerblock 502 werden die Daten für jede Re ferenzmaschine ausgelesen. Diese Daten können alle vor herigen Daten aufweisen, die bei der Erzeugung der alten Referenzmaschine verwendet worden sind. In einem zehnten Steuerblock 504 wird ein Referenz-Maschinenzähler m ini tialisiert.

In einem elften Steuerblock 506 werden die Maschinendaten für alle benötigten Maschinen der laufenden Maschinenbau art ausgelesen. Wenn in einem vierten Entscheidungsblock 508 keine laufenden bzw. Ist-Daten für eine vorbestimmte Minimalanzahl von Maschinen verfügbar ist, dann schreitet die Steuerung zu einem zwölften Steuerblock 510 voran und es werden keine Daten für die laufende Maschinenbauart gespeichert. Anderenfalls schreitet die Steuerung zu ei nem dreizehnten Steuerblock 512 voran.

Im dreizehnten Steuerblock 512 wird die Referenzmaschine der laufenden Maschinenbauart erzeugt und/oder aktuali siert. Dieses Verfahren wird mit Bezug auf Fig. 6 genauer beschrieben.

In einem vierzehnten Steuerblock 514 wird der Referenz maschinenzähler m inkrementiert bzw. weitergeschaltet. In einem fünften Entscheidungsblock 516 wird der Referenz maschinenzähler m mit einem Maximum verglichen. Wenn m das Maximum übersteigt, dann sind alle Referenzmaschinen bestimmt worden und die Steuerung kehrt zur Hauptsteuer routine der Fig. 4 zurück. Anderenfalls kehrt die Steue rung zum elften Steuerblock 506 zurück.

Insbesondere mit Bezug auf Fig. 6 wird das Verfahren zur Erzeugung jeder Referenzmaschine genauer beschrieben, welches im dreizehnten Steuerblock 512 beschrieben worden ist.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die normale Flottendatenbasis aus einer Reihe von zentralen bzw. mittleren Tendenzen bzw. Laufrichtungen der aufgenommenen Daten, die über eine vorbestimmte Zeit aufgenommen worden sind. Es wird beispielsweise für einen abgefühlten Para meter, wenn ein Sensor einmal in der Sekunde ausgelesen wird, eine zentrale bzw. mittlere Tendenz des abgefühlten Wertes für eine vorbestimmte Zeit über ein gegebenes Zei tinterval berechnet, beispielsweise können die aufgenom menen Daten über einminütige, zehnminütige oder einstün dige Perioden oder irgendeine geeignete Zeitperiode ge mittelt werden.

Für jeden Parameter weist die Datenbasis das Zeitinterval und das zu speichernde Zeitfenster auf.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Zeitfenster die Zeitperiode, während der die Daten gesammelt werden. Das Zeitfenster wird in verschiedene Zeitintervalle von vor bestimmter Länge geteilt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Zeitfenster die Zeitperiode, während der die Daten gesammelt werden. Das Zeitinterval bezieht sich auf den zurückliegenden Verlauf der Daten. Wenn neue Daten gesammelt werden, wird das Zeitinterval aktualisiert.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Flottenmaß der mittleren Tendenz für jeden Parameter über das Zeit interval in der Datenbasis gespeichert. Die mittlere Ten denz eines jeden Parameters kann als der Mittelwert, der Median, oder der geglättete bzw. getrimmte Mittelwert (trimmed mean) bestimmt werden.

Somit werden in einem fünfzehnten Steuerblock 602 Daten von den aufgenommenen Daten ausgewählt, und zwar basie rend auf der Zeitperiode und den Fensterdaten, die in der Datenbasis gespeichert sind.

In einem sechzehnten Steuerblock 604 wird ein gültiger Datenpunkt innerhalb der Zeitinterval- und Zeitfenster einschränkungen für jede physische Maschine bestimmt. In einem Ausführungsbeispiel ist der gültige Datenpunkt für einen gegebenen Parameter der Mittelwert aller gespei cherten Datenwerte innerhalb des Zeitintervals für diesen Parameter. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der gültige Datenpunkt für einen gegebenen Parameter der letzte gespeicherte Datenwert für den Parameter innerhalb eines jeden Zeitintervals.

In einem siebzehnten Steuerblock 606 wird die mittlere Tendenz der gültigen Datenpunkte für jeden Parameter be rechnet.

In einem achtzehnten Steuerblock 608 wird eine neue oder aktualisierte Referenzmaschine unter Verwendung der neuen mittleren Tendenzen berechnet. Es sei bemerkt, daß nicht alle Referenzmaschinenparameter gültig sein müssen, um die Referenzmaschine zu erzeugen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist der in der Refe renzmaschine für jeden Parameter gespeicherte Wert der Mittelwert der gültigen Datenpunkte für den jeweiligen Parameter für jede Maschine eines jeden Maschinentyps in der Flotte. In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der in der Referenzmaschine für jeden Parameter gespeicherte Wert der Median der gültigen Datenpunkte für den jewei ligen Parameter. In einem dritten Ausführungsbeispiel ist der in der Referenzmaschine für jeden Parameter gespei cherte Wert der geglättete bzw. getrimmte Mittelwert (trimmed mean) der gültigen Datenpunkte für den jewei ligen Parameter. Ein getrimmter bzw. geglätteter Mittel wert wird durch das Weglassen der oberen X % und der un teren X % der gültigen Datenpunkte bestimmt, wobei X ein bevorzugtes Trimm- bzw. Glättungsniveau ist, beispiels weise 25%. Es sei bemerkt, daß die mittlere Tendenz ei nes jeden Parameters unter Verwendung irgendeines der drei Ausführungsbeispiele bestimmt werden kann.

In einen neunzehnten Steuerblock 610 wird die Referenz maschine für jede Maschine im Speicher gespeichert und die Steuerung kehrt zur Hauptsteuerroutine der Fig. 4 zu rück.

Mit Bezug auf die Zeichnungen sieht die vorliegende Er findung im Betrieb ein Verfahren und eine Einrichtung zur Diagnose einer Maschine 204n, 206n in einer Flotte 202 von Maschinen vor.

Mittel 208, die in jeder Maschine gelegen sind, bestimmen eine Vielzahl von Parametern, basierend auf abgefühlten Charakteristiken bzw. Merkmalen jeder Maschine. Die Para meter werden gespeichert und an eine zentrale Stelle ge mäß einer Reihe von vorbestimmten Zuständen gesandt.

Mittel 210 erzeugen eine Datenbasis, die einen Satz von Referenzmaschinendaten, basierend auf diesen Parametern enthält, und aktualisieren sie. Vorzugsweise wird die Da tenbasis in Echtzeit aktualisiert und stellt die Norm bzw. den Bezug dar, mit dem zukünftige Parameter vergli chen werden.

Mittel 212 vergleichen die laufenden Parameter oder Flot tendaten für jede Maschine mit der entsprechenden Refe renzmaschine. Irgendwelche Abweichungen werden dem Flot tenmanager berichtet. Der Flottenmanager empfiehlt unter Verwendung irgendwelcher anderer Alarme, der berichteten Abweichungen und durch Untersuchung der Parameterdaten irgendwelche erforderlichen Maßnahmen, die ergriffen wer den müssen.

Andere Aspekte, Ziele und Merkmale der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Eine Einrichtung zum Vergleichen einer Maschine in einer Maschinenflotte ist vorgesehen. Die Einrichtung fühlt ei ne Vielzahl von Merkmalen jeder Maschine in der Flotte ab und bestimmt darauf ansprechend einen Satz von Flottenda ten. Die Einrichtung bestimmt weiter einen Satz von Refe renzmaschinendaten als eine Funktion der Flottendaten, vergleicht die Daten für die Maschine mit den Referenzma schinendaten und erzeugt darauf ansprechend ein Abwei chungssignal.

Claims

1. Einrichtung zum Vergleichen einer Maschine in einer Maschinenflotte, die folgendes aufweist:
Mittel zum Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen je der Maschine in der Flotte und um darauf ansprechend ei nen Satz von Flottendaten zu bestimmen;
Mittel, die auf den Satz von Flottendaten anspre chen, um einen Satz von Referenzmaschinendaten zu bestim men; und
Mittel zum Vergleichen von Daten für die Maschine mit den Referenzmaschinendaten und um darauf ansprechend ein Abweichungssignal zu erzeugen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Satz von Flottendaten eine Vielzahl von Parametern jeder Maschine aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest einer der Vielzahl von Parametern jeder Maschine eines der Vielzahl von Merkmalen jeder Maschine ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, wobei die Werte der Viel zahl von Parametern in einer Datenbasis ansprechend auf einen vorbestimmten Zustand von zumindest einem anderen Parameter gespeichert werden.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Parame ter als eine Funktion von zumindest einem Merkmal be stimmt wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, wobei die Referenzma schinen-Datenbestimmungsmittel Mittel aufweisen, um zu mindest ein Merkmal, basierend auf anderen Merkmalen zu modelieren, und um einen modelierten Wert des zumindest einen Merkmales mit einem tatsächlichen Wert des zumin dest einen Merkmales zu vergleichen, und wobei ein Para meter gleich der Differenz zwischen den modelierten und tatsächlichen Werten des zumindest einen Merkmals ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Flotte Maschinen einer ersten Maschinenbauart und Maschinen einer zweiten Maschinenbauart aufweist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, wobei der Satz von Refe renzmaschinen-Datenbestimmungsmitteln Maschinen zur Be stimmung eines ersten Satzes von Referenzmaschinendaten aufweist, der den Maschinen der ersten Maschinenart ent spricht, und einen zweiten Satz von Referenzmaschinenda ten, der den Maschinen der zweiten Maschinenart ent spricht.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Flottendaten bestimmungsmittel ein Maschinenüberwachungssystem aufwei sen.

10. Einrichtung zum Vergleichen einer Maschine in einer Flotte von Maschinen, die folgendes aufweist:

Mittel zum Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen ei ner jeden Maschine in der Flotte, um einen ersten Parame ter als eine Funktion von zumindest einem Merkmal zu be stimmen, um einen zweiten Parameter gleich zumindest ei nem anderen Merkmal einzustellen, um ein weiteres Merkmal als eine Funktion eines Satzes von Merkmalen zu modelie ren, um einen modellierten Wert mit einem tatsächlichen Wert des anderen Merkmals zu vergleichen, und um einen dritten Parameter einzustellen, und um eine Datenbasis der ersten, zweiten und dritten Parameter zu erzeugen;
Mittel, die auf die Datenbasis ansprechen, um einen Satz von Referenzmaschinendaten zu erzeugen; und
Mittel zum Vergleichen von Daten für die eine Ma schine mit dem Satz von Referenzmaschinendaten, und um darauf ansprechend ein Abweichungssignal zu erzeugen.

11. Einrichtung zum Vergleich einer Maschine in der Flotte, wobei die Flotte Maschinen einer ersten Art und Maschinen einer zweiten Art aufweist, wobei die Einrich tung folgendes aufweist:

Mittel zum Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen ei ner jeden Maschine in der Flotte und um darauf anspre chend einen Satz von Flottendaten zu bestimmen;
Mittel, die auf den Satz von Flottendaten anspre chen, um erste und zweite Sätze von Referenzmaschi nendaten zu bestimmen, die den ersten bzw. zweiten Ma schinenarten entsprechen; und
Mittel zum Vergleichen von Daten für die Maschine mit jeweils einem der ersten und zweiten Sätze von Refe renzmaschinendaten, und um darauf ansprechend ein Abwei chungssignal zu erzeugen.

12. Verfahren zum Vergleich einer Maschine in einer Ma schinenflotte, welches folgendes aufweist:
Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen jeder Maschine in der Flotte und darauf ansprechendes Bestimmen eines Satzes von Flottendaten;
Bestimmen eines Satzes von Referenzmschinendaten als eine Funktion des Satzes von Flottendaten; und
Vergleichen der Daten für die Maschine mit den Refe renzmaschinendaten um darauf ansprechend ein Abweichungs signal zu erzeugen.