DE19651986B4

DE19651986B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergleich von Maschinen in einer Flotte

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Publication number: DE19651986B4
Application number: DE19651986A
Authority: DE
Inventors: David R. Dunlap Schricker; Jagannathan Peoria Sarangapani; David G. Peoria Young; Satish M. East Peoria Shetty
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: US5737215A; DE19651986A1; JPH09202218A; JP3787010B2

Abstract

Vorrichtung zum Vergleich einer Maschine in einer Flotte von Maschinen, wobei Folgendes vorgesehen ist:
Mittel (208) in jeder Maschine zum Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen jeder Maschine in der Flotte und darauf ansprechendes Bestimmen eines Satzes von Flottendaten, wobei der Satz von Flottendaten eine Vielzahl von Parametern basierend auf den Merkmalen jeder Maschine umfasst, und wobei jeder Parameter mit einem Zeitintervall und einem Zeitfenster assoziiert ist, wobei die Werte einer Vielzahl von Parametern in einer zentralen Datenbasis (210) gespeichert werden, und zwar ansprechend auf das assoziierte Zeitintervall und Zeitfenster;
Mittel (210) ansprechend auf den erwähnten Satz von Flottendaten zur Bestimmung eines Satzes von Referenzmaschinendaten; und
Mittel (212) zum Vergleich der laufenden Daten für die Maschine mit den Referenzmaschinendaten und darauf ansprechendes Erzeugen eines Abweichungssignals.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Maschinenvergleichssystem und insbesondere auf ein System, 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, Öldruck, Wassertemperatur, Ladedruck, Ölverschmutzung, elektrischer Motorstrom, Hydraulikdruck, Systemspannung, Auslaßsammelleitungtemperatur und ähnliches. In einigen Fällen sind Speichervorrichtungen vorgesehen, um eine Datenbasis zur späteren Bewertung der Maschinenleistung zusammenzustellen, und um bei der Diagnose zu helfen. Servicepersonal 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 bezieht 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 ordnungsgemäß arbeiten. Es ist daher wichtig, abgenutzte Komponenten zu reparieren oder zu ersetzen und ein Versagen vorherzusagen, so daß kleinere Probleme repariert werden können, bevor sie zu katastrophalem Versagen führen, und so kann eine Serviceleistungen während Perioden eingeplant werden, in denen die Produktivität am wenigsten 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 Servicepersonal 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 verantwortlich sind, wirkungsvoll eine Flotte am Laufen zu halten und Reparaturen oder Ersetzungen einzuplanen.
Zusätzlich kann die Aufzeichnung bzw. Überwachung von Maschinendaten bei der Produktivitätsanalyse nützlich sein, und zwar zwischen Maschinen in einer Flotte und/oder zwischen Flotten, die im gleichen Unternehmen arbeiten.
Jedoch können Fluktuationen bei den Daten der Komponenten oder Trends bzw. Richtungen auf Grund von Betriebszuständen auftreten, anstelle auf Grund von Komponentenabnutzung oder -versagen. Daher kann das Überwachen von Daten an jeder einzelnen Maschine nicht immer hilfreich sein. Die Effekte der Betriebszustände auf die Komponentenbetriebsparameter können besser vorausgesagt werden, wo Maschinen in einer großen Vielzahl von Zuständen arbeiten, beispielsweise bei Tag oder Nacht oder bei saisonbedingten Temperaturunterschieden, ungewöhnlichen Lastzuständen an speziellen Stellen des Einsatzgebietes oder wenn sie eine spezielle Aufgabe ausführen.
Die Druckschrift DE 44 41 101 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung von Diagnoseschwellenwerten für Kraftfahrzeuge, sowie ferner ein elektronisches Rechengerät für ein Kraftfahrzeug. Hier wird in einem Zentralcomputer eine separate Datenbank pro unterschiedlichem Kraftfahrzeugtyp angelegt. Dabei werden die Fahrzeuge eines Kraftfahrzeugstyps in bestimmten zeitlichen Abständen ihre Diagnosedaten zu dem Zentralcomputer übermitteln, wobei dies im einfachsten Fall während eines Werkstattaufenthaltes des Fahrzeugs stattfinden kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine andere Art der Datenübermittlung zu dem Zentralcomputer dadurch vorzusehen, dass man diese in bestimmten zeitlichen Abständen während des Betriebs zu einem Satelliten überträgt, von wo aus die Diagnosedaten zu einer Empfangsstation übermittelt und von dieser an den Zentralcomputer weitergeleitet werden.
Ferner sei auf die Schrift DE 40 20 635 A1 hingewiesen in der eine Einrichtung zum Analysieren einer Maschine in einer Maschinenflotte beschrieben ist. Bei diesem Analyseverfahren zum Bestimmen des technischen Zustandes eines Kraftstoffeinspritzsystems wird der technische Zustand direkt am Motor auf der Grundlage einer komplexen Betrachtung des Energieumwandlungsprozesses im Motor vorgenommen, wobei im ersten Schritt ein reproduzierbarer Ausgangszustand durch Anwendung verschiedener bekannter Methoden hergestellt wird. Anschließend werden mit weiteren bekannten Verfahren und Geräten mehrere Charakteristika ermittelt, die dann darauffolgend einer komplexen Analyse in Form einer mehrdimensionalen Diskriminanzanalyse unterzogen werden, wobei deren Ergebnis das untersuchte Kraftstoffeinspritzsystem einer von mehreren Zustandsklassen zuordnet. Hier ist jedoch keine zeitabhängige Analyse der Fahrzeugdaten vorgesehen, insbesondere werden die Fahrzeugcharakteristika nicht mit Zeitfenstern bzw. Zeitintervallen assoziiert.
Im US-Patent US 4 258 421 A werden in einem Fahrzeugüberwachungs- und Aufzeichnungssystem Motorbetriebsparameter abgefühlt und darauf ansprechende Datensignale erzeugt, die dann verarbeitet werden. Die verarbeiteten Daten werden analysiert, und zwar in entfernt gelegenen Rechenanordnungen, und zwar zum Zwecke der Buchführung, der Wartung und der Diagnose.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Versagen von gewissen Komponenten für die individuellen Maschinen einer Flotte vorauszusagen, um auf diese Weise eine Flotte von Maschinen in effektiver Weise zum einen am laufen zu halten und zum anderen hinsichtlich Reparaturen und Ersatzmaschinen planen, zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.
Gemäß einem Aspekt 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 Flottendaten. Das System bestimmt weiter einen Satz von Referenz- bzw. Bezugsmaschinendaten als eine Funktion der Flottendaten und vergleicht die Daten für die Maschine mit den Referenzmaschinendaten und erzeugt darauf ansprechend ein Abweichungs- bzw. Fehlersignal.
1 ist eine Veranschaulichung eines Servicekreislaufes für eine Maschine, wie er im Stand der Technik bekannt ist;
2 ist eine Veranschaulichung eines Servicekreislaufes 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 Erfindung;
3 ist eine Veranschaulichung eines Informationsaufnahmesystems;
4 ist ein Flußdiagramm, welches einen ersten Teil des Betriebs des Vergleichssystems der 2 veranschaulicht, und zwar gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Flußdiagramm, welches einen zweiten Teil des Betriebs des Vergleichsystems der 2 veranschaulicht, und zwar gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
6 ist ein Flußdiagramm, welches einen dritten Teil des Betriebs des Vergleichssystems der 2 veranschaulicht, und zwar gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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 gemeinsamen Route. Das Verfahren des Standes der Technik beruht auf einem individuellen in sich selbst geschlossenen Servicezyklus für jede Maschine 102 in der Flotte. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Maschine 102 ein Geländelastwagen, um Erde zu befördern, die beim Bergbau und anderen Bau- oder Erdbewegungsanwendungen entfernt wurde.
Beim Verfahren des Standes der Technik der 1 empfiehlt ein Flottenmanager 104 einen Diagnosetest, eine Instandhaltung oder Reparaturen für die Maschine 102 basierend 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 erfordert.
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 Kompomenten oder Systeme in der Maschine 102 fehlerhaft oder außerhalb der Spezifikationen bzw. Toleranzen sind, und muß empfehlen, daß die geeignete Maßnahme in der Werkstatt 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 Komponenten oder Systeme in der Maschine in der Flotte.
Die vorliegende Erfindung trägt dagegen auf der anderen Seite den laufenden Betriebszuständen der Flotte Rechnung, bereitet eine Referenz- bzw. Bezugsmaschine basierend auf den laufenden Betriebszuständen vor und vergleicht den laufenden Betriebszustand einer Maschine mit der Referenzmaschine.
Mit Bezug auf 2 ist die vorliegende Erfindung oder Einrichtung 200 geeignet, um eine Maschine (206_n , 204_n ) in einer Flotte von Maschinen zu vergleichen. Die Maschinen werden entweder zu Diagnosezwecken oder zur Produktivitätsanalyse verglichen. Beispielsweise weist in 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 2 gezeigten Arten bzw. Bauarten sind Geländelastwagen bzw. Hydraulikbagger. 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 bestimmen darauf ansprechend einen Satz von Flottendaten. Beispielsweise kann der Satz von Flottendaten folgendes aufweisen, ist jedoch nicht darauf begrenzt: Motordrehzahl, Öldruck, Wassertemperatur, Ladedruck, Ölverschmutzung, elektrischer Motorstrom, Hydraulikdruck, Systemspannung, Auslaßsammelleitungstemperatur, Nutzlast, Zykluszeit, Lastzeit und ähnliches.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Satz von Flottendaten eine Vielzahl von Parametern einer jeden Maschine 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 abgefühlt wird, d. h. ein abgefühlter Parameter ist ein abgefühltes Merkmal. Elf Abweichungs- bzw. Fehlerparameter wird als die Differenz zwischen zwei abgefühlten Werten oder zwischen einem abgefühlten Merkmal und einem modelierten (d. h. geschaffenen oder erzeugten) Wert des abgefühlten Merkmals bestimmt. In anderen Worten wird eines der Merkmale als eine Funktion von anderen Merkmalen oder Parametern modeliert. Der modelierte bzw. erzeugte Wert des Merkmals und der abgefühlte Wert werden verglichen und der Abweichungsparameter ist als die Differenz definiert. Ein berechneter Parameter wird als eine Funktion von Merkmalen oder Parametern bestimmt. Im allgemeinen bestimmen Maschinen einer speziellen 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, werden die Flottendaten vorzugsweise nur dann angesammelt oder "aufgenommen", wenn die Maschinen 204₁ –204_N , 206₁ –206_N unter ähnlichen Bedingungen arbeiten, beispielsweise 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 ähnlichen Umgebungsbedingung oder einer Reihe von Bedingungen arbeiten, wie beispielsweise der Temperatur. Ein einzelner 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 Normierungswerte werden experimentell bestimmt.
Wie unten besprochen, werden die aufgenommenen Daten mit einer gespeicherten "normalen" Flottendatenbasis verglichen 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 Betriebsbereiche sind, werden sie verwendet, um die Flottendatenbasis zu aktualisieren.
Mit Bezug auf 3 weisen im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Flottendaten-Bestimmungsmittel 208 ein Maschinenüberwachungsystem 302 auf, welches in jeder Maschine gelegen ist. Mit Bezug auf 3 wird das Maschinenüberwachungssystem 302 einer Maschine besprochen werden, jedoch wird jede Maschine in der Flotte ein ähnliches System aufweisen.
Das Maschinenüberwachungssystem 302 ist ein Datenaufnahme-, -analyse-, -speicher- und -abbildungssystem für Arbeitsmaschinen oder Fahrzeuge. Unter Einsatz einer Ergänzung bzw. Zusammenstellung von an Bord gelegener und nicht an Bord gelegener Hardware und Software wird das Maschinenüberwachungssystem 302 Fahrzeugkomponenteninformationen aufzeichnen bzw. überwachen und ableiten und solche Informationen dem Bediener und technischen Experten in einer Weise zugänglich machen, die die Kenntnis von Fahrzeugbetriebszuständen verbessern wird und die Diagnose von Fehlerzuständen erleichtern wird. Im allgemeinen ist das Maschinenüberwachungssystem 302 eine flexible Konfigurationsplattform, die modifiziert werden kann, um anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen.
Sensordaten werden von Interface- bzw. Schnittstellenmodulen gesammelt, die die Daten durch einen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsring 312 an ein Hauptmodul 304 oder an ein Steuermodul 318 liefern, wo sie manipuliert werden und dann gespeichert werden, bis sie in ein nicht an Bord gelegenes Steuersystem geladen werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen zwei Schnittstellenmodule 306, 308 jeweils zwei Transceiver bzw. Sende/Empfangssvorrichtungen auf, die Daten auf dem Kommunikationsring 312 übertragen und empfangen können. Da die Schnittstellenmodule 306, 308 mit dem Kommunikationsring 312 verbunden sind, können Daten von den Schnittstellenmodulen 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 verbunden und weist zwei Transceiver bzw. Sende/Empfangsvorrichtungen auf.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die anderen Steuervorrichtungen 318 mit dem Kommunikationsring 312 in einer Bus-Konfiguration verbunden, jedoch können diese Steuervorrichtungen 318 auch konstruiert bzw. ausgelegt sein, um ein Paar von Sende/Empfangsvorrichtungen aufzuweisen, wie beispielsweise jene, die in den Schnittstellenmodulen vorgesehen sind, und um mit dem Kommunikationsring 312 in einer Ringkonfiguration verbunden zu sein. Die tatsächliche Anordnung der Schnittstellenmodule 306, 308 und anderer Steuervorrichtungen 318 um den Kommunikationsring 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 Verwendung einer herkömmlichen Twisted-Pair-Leitung konstruiert und die Kommunikation ist zu den SAE-Datenverbindungsstandards konform, wie beispielsweise J1587, jedoch können auch andere Formen von Kommunikationsleitungen 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 Bedienerbefehlen 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-Maschinenüberwachungssystem 302 bilden, werden zusätzliche an Bord gelegene Steuerungen 318, wie beispielsweise Motor- und Getriebesteuerungen, vorteilhafterweise in diese Architektur 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 alle an Bord gelegenen Steuerdiagnosen bzw. Diagnosevorrichtungen vorzusehen.
Zwei getrennte serielle Kommunikationsausgabeleitungen werden vom Hauptmodul 304 des Maschinenüberwachungssystems 302 vorgesehen. Eine Leitung 320, die zur routinemäßigen Einspeicherung und Ausspeicherung von Daten an ein Servicewerkzeug vorgesehen ist, wird zwei serielle Kommunikationsanschlüsse speisen, und zwar einen im Bedienerabteil und einen nahe der Basis der Maschine. Die zweite serielle Leitung 322 wird einen getrennten Kommunikationsanschluß speisen, der für einen Telemetrie-Systemzugang vorgesehen ist, um es dem Maschinenüberwachungssystem 302 zu gestatten, mit dem Funksystem 324 über eine Schnittstelle in Verbindung zu kommen, um Fahrzeugwarnungen und Daten nach außen zu übertragen, und um Servicewerkzeugfähigkeiten über Telemetrie vorzusehen. Somit ist es dem Maschinenüberwachungssystem 302 gestat tet, mit außerhalb gelegenen Systemen in Verbindung 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.
Merkmals- bzw. Charakteristikdaten- und Systemdiagnosen werden von Sensoren und Schaltern aufgenommen, die über die Maschine verteilt sind, und von anderen an Bord gelegenen Steuervorrichtungen 318, wenn die Zündung an ist. Merkmalsdaten werden als entweder innere, abgefühlte, übermittelte oder berechnete eingeordet, und zwar abhängig von ihrer Quelle. Innere Daten werden innerhalb der Grenzen des Hauptmoduls 304 erzeugt und gehalten. Beispiele von inneren Daten sind die Tageszeit und das Datum. Abgefühlte Daten werden direkt von Sensoren aufgenommen, die mit den Schnittstellenmodulen 306, 308 verbunden sind, und weisen pulsbreitenmodulierte Sensordaten, 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 Steuervorrichtungen 318 ausgesandt. Übermittelte Daten sind die, die von den anderen an Bord gelegenen Steuervorrichtungen 318 aufgenommen worden sind, und die über den Kommunikationsring 312 zur Aufnahme vom Hauptmodul 304 ausgesandt worden sind. Service-Meter- bzw. Fahrstrecke, Kupplungsschlupf, Fahrzeugbelastung und Brennstoffverbrauch sind Beispiele für berechnete Merkmale. Berechnete Datenkanalwerte basieren auf intern gesammelten, übermittelten oder berechneten Datenkanälen.
Mit Bezug auf 2 erzeugen Mittel 210 eine Datenbasis mit statistischen Normen bzw. Normwerten für die Flotte (Norm-Flottendatenbasis) und aktualisieren sie 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 Datenbasis.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Datenbasiserzeugungs- und -aktualisierungsmittel 210 und die Vergleichsmittel 212 in einem mikroprozessorbasierten Computersystem 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 Merkmalsdaten empfangen werden. Dieses Verfahren wird unten genau beschrieben.
Die Vergleichsmittel 212 erzeugen immer ein Abweichungssignal, wenn ein Parameter einer Maschine von dem Wert des in der Datenbasis gespeicherten Parameters um eine vorbestimmte Schwelle abweicht.
Die vorbestimmte Schwelle bzw. der Schwellenwert kann experimentell oder statistisch bestimmt werden. Dieses Verfahren wird auch genau unten besprochen.
Die Abweichungssignale von den Vergleichsmitteln 212 werden vom Flottenmanager 214 empfangen. Unter Verwendung der Abweichungssignale, irgendwelcher Fehler an Bord, die von der Maschine aufgezeichnet worden sind, und eines Instandhaltungszeitplans 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 benötigten Reparaturen eingeplant werden können.
Mit Bezug auf die 4-6 wird die Erzeugung und Aktualisierung der Datenbasis und das Verfahren zum Vergleich der laufenden bzw. Ist-Flottendaten mit der Datenbasis besprochen werden.
Das Flußdiagramm der 4 veranschaulicht den allgemeinen Betrieb bzw. Ablauf des Verfahrens. In einem ersten Steuerblock 402 werden die laufenden bzw. Ist-Flottendaten gesammelt. In einem zweiten Steuerblock 404 wird die Referenzmaschine für jede Maschinenbauart 204, 206 bestimmt. Dieses Verfahren wird genauer mit Bezug auf 5 und 6 unten besprochen werden.
In einem dritten Steuerblock 406 werden die Parameter jeder Maschine mit den jeweiligen Referenz- bzw. Bezugsmaschinendaten verglichen und eine "Unterschiedsmaschine" bzw. "Differenzmaschine" entsprechend jeder Maschine in der Flotte wird bestimmt. Die Unterschieds- bzw. Differenzmaschine besteht aus der Differenz zwischen dem Wert jedes Parameters für eine spezielle Maschine und dem entsprechenden Wert des gleichen Parameters in der jeweiligen 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 entspricht. Wenn in einem ersten Entscheidungsblock 412 die in der laufenden Differenzmaschine (j) gespeicherte Differenz für den laufenden Parameter (p) den vorbestimmten entsprechenden Parameter übersteigt, schreitet die Steuerung dann zu einem sechsten Steuerblock 414 voran. Anderenfalls geht die Steuerung zu einem siebten Steuerblock 416 voran.
Im sechsten Steuerblock 414 wird ein Signal erzeugt, welches die Abweichung anzeigt, und wird an den Flottenmanager gesandt. Abweichungssignale können direkt an den Flottenmanager gesandt werden, wenn sie auftreten, oder die Signale können als eine Gruppe für jede Maschine, jede Maschinenbauart und/oder die Flotte geliefert werden. Die Steuerung schreitet dann zum siebten Steuerblock 416 voran.
Im siebten Steuerblock 416 wird der Parameterzähler p inkrementiert bzw. weitergeschaltet. In einem zweiten Entscheidungsblock 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 Steuerblock 420 voran. Anderenfalls kehrt die Steuerung zum ersten Entscheidungsblock 412 zurück.
Im achten Steuerblock 420 wird der Maschinenzähler j inkrementiert bzw. weitergeschaltet. In einem dritten Entscheidungsblock 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 5 wird nun das Verfahren zur Bestimmung der Referenzmaschinendaten genauer erklärt, welches im zweiten Steuerblock 404 beschrieben worden ist. In einem neunten Steuerblock 502 werden die Daten für jede Referenzmaschine ausgelesen. Diese Daten können alle vorherigen Daten aufweisen, die bei der Erzeugung der alten Referenzmaschine verwendet worden sind. In einem zehnten Steuerblock 504 wird ein Referenz-Maschinenzähler m initialisiert.
In einem elften Steuerblock 506 werden die Maschinendaten für alle benötigten Maschinen der laufenden Maschinenbauart 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 einem dreizehnten Steuerblock 512 voran.
Im dreizehnten Steuerblock 512 wird die Referenzmaschine der laufenden Maschinenbauart erzeugt und/oder aktualisiert. Dieses Verfahren wird mit Bezug auf 6 genauer beschrieben.
In einem vierzehnten Steuerblock 514 wird der Referenzmaschinenzähler m inkrementiert bzw. weitergeschaltet. In einem fünften Entscheidungsblock 516 wird der Referenzmaschinenzähler m mit einem Maximum verglichen. Wenn m das Maximum übersteigt, dann sind alle Referenzmaschinen bestimmt worden und die Steuerung kehrt zur Hauptsteuerroutine der 4 zurück. Anderenfalls kehrt die Steuerung zum elften Steuerblock 506 zurück.
Insbesondere mit Bezug auf 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 Parameter, wenn ein Sensor einmal in der Sekunde ausgelesen wird, eine mittlere Tendenz des abgefühlten Wertes für eine vorbestimmte Zeit über ein gegebenes Zeitinterval berechnet, beispielsweise können die aufgenommenen Daten über einminütige, zehnminütige oder einstündige Perioden oder irgendeine geeignete Zeitperiode gemittelt 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 vorbestimmter 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 Zeitinterval in der Datenbasis gespeichert. Die mittlere Tendenz 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 basierend 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 Zeitfenstereinschränkungen für jede physische Maschine bestimmt. In einem Ausführungsbeispiel ist der gültige Datenpunkt für einen gegebenen Parameter der Mittelwert aller gespeicherten 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 Datenpunke für jeden Parameter berechnet.
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 Referenzmaschine 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 jeweiligen Parameter. In einem dritten Ausführungsbeispiel ist der in der Referenzmaschine für jeden Parameter gespeicherte Wert der geglättete bzw. getrimmte Mittelwert (trimmed mean) der gültigen Datenpunkte für den jeweiligen Parameter. Ein getrimmter bzw. geglätteter Mittelwert wird durch das Weglassen der oberen X% und der unteren X% der gültigen Datenpunkte bestimmt, wobei X ein bevorzugtes Trimm- bzw. Glättungsniveau ist, beispielsweise 25%. Es sei bemerkt, daß die mittlere Tendenz eines jeden Parameters unter Verwendung irgendeines der drei Ausführungsbeispiele bestimmt werden kann.
In einen neunzehnten Steuerblock 610 wird die Referenzmaschine für jede Maschine im Speicher gespeichert und die Steuerung kehrt zur Hauptsteuerroutine der 4 zurück.
Mit Bezug auf die Zeichnungen sieht die vorliegende Erfindung 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 Parameter werden gespeichert und an eine zentrale Stelle gemäß 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 Datenbasis in Echtzeit aktualisiert und stellt die Norm bzw. den Bezug dar, mit dem zukünftige Parameter verglichen werden.
Mittel 212 vergleichen die laufenden Parameter oder Flottendaten für jede Maschine mit der entsprechenden Referenzmaschine. Irgendwelche Abweichungen werden dem Flottenmanager berichtet. Der Flottenmanager empfiehlt unter Verwendung irgendwelcher anderer Alarme, der berichteten Abweichungen und durch Untersuchung der Parameterdaten irgendwelche erforderlichen Maßnahmen, die ergriffen werden müssen.
Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Eine Einrichtung zum Vergleichen einer Maschine in einer Maschinenflotte ist vorgesehen. Die Einrichtung fühlt eine Vielzahl von Merkmalen jeder Maschine in der Flotte ab und bestimmt darauf ansprechend einen Satz von Flottendaten. Die Einrichtung bestimmt weiter einen Satz von Referenzmaschinendaten als eine Funktion der Flottendaten, vergleicht die Daten für die Maschine mit den Referenzmaschinendaten und erzeugt darauf ansprechend ein Abweichungssignal.

Claims

Vorrichtung zum Vergleich einer Maschine in einer Flotte von Maschinen, wobei Folgendes vorgesehen ist: Mittel (208) in jeder Maschine zum Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen jeder Maschine in der Flotte und darauf ansprechendes Bestimmen eines Satzes von Flottendaten, wobei der Satz von Flottendaten eine Vielzahl von Parametern basierend auf den Merkmalen jeder Maschine umfasst, und wobei jeder Parameter mit einem Zeitintervall und einem Zeitfenster assoziiert ist, wobei die Werte einer Vielzahl von Parametern in einer zentralen Datenbasis (210) gespeichert werden, und zwar ansprechend auf das assoziierte Zeitintervall und Zeitfenster; Mittel (210) ansprechend auf den erwähnten Satz von Flottendaten zur Bestimmung eines Satzes von Referenzmaschinendaten; und Mittel (212) zum Vergleich der laufenden Daten für die Maschine mit den Referenzmaschinendaten und darauf ansprechendes Erzeugen eines Abweichungssignals.
Vorrichtung zum Vergleichen einer Maschine von einer Flotte von Maschinen nach Anspruch 1, wobei Folgendes vorgesehen ist: Mittel (210) ansprechend auf den Satz von Flottendaten zur Bestimmung eines Satzes von Referenzmaschinendaten und zum Erzeugen von mindestens einem Merkmal basierend auf anderen Merkmalen und Vergleichen eines erzeugten Wertes des mindestens einen Merkmals mit einem Ist-Wert, des mindestens einen Merkmals, und wobei ein Parameter gleich der Differenz zwischen den modellierten Werten und den Ist-Werten des mindestens einen Merkmals ist; und Mittel (212) zum Vergleichen der Daten für die Maschine mit den Referenzmaschinendaten und darauf ansprechendes Erzeugen eines Abweichungssignals.
Vorrichtung zum Vergleichen einer Maschine in einer Flotte von Maschinen, die Folgendes aufweist: Mittel (208) zum Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen einer jeden Maschine in der Flotte, um einen ersten Parameter als eine Funktion von zumindest einem Merkmal zu bestimmen, um einen zweiten Parameter gleich zumindest einem anderen Merkmal zu setzen, um ein weiteres Merkmal als eine Funktion eines Satzes von Merkmalen zu erzeugen, um einen erzeugten 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 (210), die auf die Datenbasis ansprechen, um einen Satz von Referenzmaschinendaten zu erzeugen; und Mittel (212) zum Vergleichen von Daten für die eine Maschine mit dem Satz von Referenzmaschinendaten, und um darauf ansprechend ein Abweichungssignal zu erzeugen.
Vorrichtung zum Vergleich einer Maschine in der Flotte, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotte Maschinen einer ersten Art und Maschinen einer zweiten Art aufweist; die Mittel (210), die auf den Satz von Flottendaten ansprechen, geeignet sind, um erste und zweite Sätze von Referenzmaschinendaten zu bestimmen, die den ersten bzw. zweiten Maschinenarten entsprechen; und die Mittel (212) zum Vergleichen von laufenden Daten für die Maschine mit jeweils einem der ersten und zweiten Sätze von Referenzmaschinendaten geeignet sind, und um darauf ansprechend ein Abweichungssignal zu erzeugen.
Verfahren zum Vergleich einer Maschine in einer Flotte von Maschinen, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: Abfühlen einer Vielzahl von Merkmalen jeder Maschine in der Flotte und darauf ansprechendes Bestimmen eines Satzes von Flottendaten, wobei der Satz von Flottendaten eine Vielzahl von Parametern basierend auf den Merkmalen jeder Maschine umfasst und wobei ferner jeder Parameter mit einem Zeitintervall und einem Zeitfenster assoziiert ist, und wobei die Werte der Vielzahl von Parametern in einer Datenbasis gespeichert werden, und zwar ansprechend auf das assoziierte Zeitintervall und Zeitfenster; Bestimmen eines Satzes von Referenzmaschinendaten ansprechend auf den erwähnten Satz von Flottendaten; und Vergleichen der laufenden Daten für eine Maschine mit den Referenzmaschinendaten und darauf ansprechendes Erzeugen eines Abweichungssignals.