B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle wenigstens eines Teils eines Produktionsprozesses einer Folienextrusionsanlage sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.

Es ist bekannt, dass Folienextrusionsanlagen anhand von Eingangsparametern und Ausgangsparametern hinsichtlich einer Produktionssituation und/oder hinsichtlich einer Folienproduktsituation bewertet werden können. Dies gilt insbesondere für die Einstellung, also die Steuerung und/oder die Regelung der Folienextrusionsanlage. So ist beispielsweise eine Vielzahl von Eingangsparametern notwendig, um die Folienextrusionsanlage so einzustellen, dass sie eine definierte Folienproduktsituation erzeugt. Solche Eingangsparameter können zum Beispiel Parameter der Rohstoffe, Parameter

der Rezeptur, aber auch Parameter der Folienextrusionsanlage selbst sein. Auch die Bewertung der Qualität des Folienproduktes hängt an einer Vielzahl von Parametern. Beispielsweise kann hier als Ausgangsparameter der Nutzungsparameter, also die tatsächliche Erfüllung einer Funktion der Folie, aber auch messbare Folienparameter wie Reißfestigkeit oder Stretchfähigkeit darstellen.

Bekannte Lösungen basieren bei der Steuerung und/oder Regelung der Folienextrusionsanlage zu einem großen Teil auf der Erfahrung und dem Wissen des Bedienpersonals. So ist dem Bedienpersonal aufgrund der Erfahrungen der Betriebsweise der Folienextrusionsanlagen bekannt, welche Einstellungen vorzunehmen sind, um ein definiertes Folienprodukt zu erzielen bzw. einzelne Ergebnisparameter in der Folienproduktsituation zu verändern, insbesondere zu verbessern. Dies führt jedoch dazu, dass bei unterschiedlichem Bedienpersonal auch unterschiedliche und vor allem nicht nacharbeitbare Prozesse dazu führen, dass unterschiedliche Folienproduktsituationen sich einstellen. Zwar reicht dies üblicherweise grundsätzlich trotzdem aus, um ein ausreichendes Maß an Qualität für das Folienprodukt zu gewährleisten, jedoch wird im Fehlerfall ein hoher Ausschuss erzielt. Insbesondere bei der Umstellung zwischen unterschiedlichen Folienprodukten, aber auch beim Wechsel des Bedienpersonals besteht also ein hohes Risiko, dass das Folienprodukt sich hinsichtlich der Produktionsqualität verändert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise Einflussmöglichkeiten für die Kontrolle einer Folienextrusionsanlage zu finden.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Kontrollverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren dient der Kontrolle wenigstens eines Teils eines Produktionsprozesses einer Folienextrusionsanlage mittels eines Produktionsmodells. Ein solches Kontrollverfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Erfassen von wenigstens einem Modellparameter in Form eines Ausgangsparameters des Produktionsmodells zur Erfassung einer Folienproduktsituation,

- Bestimmen eines Differenzwertes zwischen dem wenigstens einen erfassten Ausgangsparameter und einem korrelierenden Sollwert,

- Ausbilden einer Parameterbeziehung zwischen dem bestimmten Differenzwert und wenigstens einem Modellparameter in Form eines Eingangsparameters des Produktionsmodells,

- Erzeugen wenigstens eines Stellwertes als Vorgabe für den wenigstens einen Eingangsparameter der ausgebildeten Parameterbeziehung.

Ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren dient also dazu, eine Folienextrusionsanlage und den darauf stattfindenden Produktionsprozess zu beeinflussen, insbesondere in steuernder oder regelnder Weise. Die Kontrolle erfolgt dabei auf einer generell bekannten Logik eines Soll-Ist-Vergleichs. Hierfür wird ein Modellparameter in Form eines Ausgangsparameters des Produktionsmodells erfasst. Damit kann die Folienproduktsituation erfasst werden. Dies können zum Beispiel Folienparameter sein, aber auch Stabilitätsparameter der Folienbahn, welche durch die Folienextrusionsanlage produziert wird. Das Erfassen kann dabei direkt oder indirekt sowie inline aber auch offline erfolgen. Insbesondere ist der Schritt des Erfassens in einen Regelungsprozess integriert, sodass eine geschlossene Regelungsschleife ausgebildet werden kann.

In einem zweiten Schritt wird ein Differenzwert bestimmt, also eine Abweichung, zwischen dem erfassten Ausgangsparameter und einem mit diesem Ausgangsparameter korrelierenden Sollwert. Dieser Sollwert kann ein statischer Sollwert, aber auch ein sich regelmäßig variierender Sollwert sein. Insbesondere kann der Sollwert auch zusätzliche Abhängigkeiten aufweisen, zum Beispiel von der aktuell auf der Folienextrusionsanlage produzierten Rezeptur.

Einer der Kerngedanken der vorliegenden Erfindung liegt nun im nächsten Schritt, bei welchem eine Ausbildung einer Parameterbeziehung erfolgt, nämlich zwischen dem bestimmten Differenzwert und wenigstens einem Modellparameter in Form eines Eingangsparameters des Produktionsmodells. Ein solches Produktionsmodell kann zum Beispiel ein algorithmisches Modell, ein empirisches Modell und/oder ein Modell auf Basis einer sogenannten künstlichen Intelligenz sein. So können hier zum Beispiel sogenannte neuronale Netzwerke eingesetzt werden, welche mit entsprechenden Trainingsdaten die einzelnen Modellparameter, welche in realer Weise an der Folienextrusionsanlage vorliegen, abbildet und miteinander in Beziehung setzt. Erfindungsgemäß wird nun eine solche Parameterbeziehung durch das Produktionsmodell zwischen dem Differenzwert und wenigstens einem Eingangsparameter erstellt. Es wird also festgestellt, in welcher Weise und mit welcher Parameterbeziehung die erkannte und bestimmte Differenz mit einem oder mehreren Eingangsparametern des Produktionsmodells zusammenspielt. Im finalen Schritt wird nun wenigstens ein Stellwert als Vorgabe für den wenigstens einen Eingangsparameter der ausgebildeten Parameterbeziehung erzeugt. Dieser Stellwert basiert auf der Parameterbeziehung und erlaubt es nun, die Differenz auszugleichen. Ziel eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens ist es also, unerwünschte Abweichungen von Sollwerten werden durch Regeleingriff bzw. Stelleingriff auszugleichen und zu reduzieren. Hierfür findet eine Kombination von Bestimmungen an der Folienextrusionsanlage einerseits und der Verwendung eines digitalen Produktionsmodells andererseits statt. Der erfindungsgemäße Kerngedanke liegt dabei darauf, dass nicht nur auf der Basis einer Erfahrung des Bedienpersonals oder der tatsächlichen Kenntnisse von der speziellen Folienextrusionsanlage eine solche Regelung stattfinden muss. Vielmehr kann vorhersagbar und nacharbeitbar eine automatisierte oder teilautomatisierte Kontrolle der Folienextrusionsanlage sowie des Produktionsprozesses stattfinden. Erfindungsgemäß ist dies dadurch ermöglicht, dass ein Produktionsmodell nun die Parameterbeziehung zwischen dem Differenzwert und wenigstens einem Eingangsparameter zur Verfügung stellt. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der Folienextrusionsanlage um jede beliebige Form einer Folienextrusionsanlage handeln kann. Insbesondere sind darunter Blasfolienmaschinen, wie auch Flachfolienmaschinen zu verstehen. Je komplexer die Parameterbeziehungen zwischen den einzelnen Modellparametern im Produktionsmodell sind, umso vorteilhafter ist es, wenn das Produktionsmodell zumindest eine künstliche Intelligenz aufweist. Selbstverständlich sind jedoch auch Kombinationen zwischen klassischen algorithmischen Modellen, empirischen Modellen und neuronalen Netzwerken in Form einer künstlichen Intelligenz im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.

Dabei ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich unerheblich, was mit dem erzeugten Stellwert passiert. So kann der Stellwert zum Beispiel in einfachster Weise einfach abgespeichert werden, sodass sozusagen eine nachhaltbare Überwachung des Produktionsprozesses, also ein sogenanntes Monitoring stattfinden kann. Darüber hinaus ist auch eine Ausgabe des erzeugten Stellwertes denkbar, im Prinzip als Hinweis für das Bedienpersonal, mit welcher Parameterbeziehung ein Stellwert für eine Regelung einer Maschine bzw. ein manuelles Eingreifen an der Maschine sinnvoll wäre. Nicht zuletzt ist auch ein aktiver Stelleingriff in Form einer automatisierten Regelung mit dem erzeugten wenigstens einen Stellwert im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar.

Unter einem Modellparameter ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jeder Parameter zu verstehen, welcher im Produktionsmodell eingesetzt werden kann. Insbesondere können solche Modellparameter aufgeteilt werden in Eingangsparameter und Ausgangsparameter der Folienextrusionsanlage.

Neben dem verbesserten Kontrollverfahren und der verbesserten Regelung einer Folienextrusionsanlage sind hier zusätzliche Vorteile beim Folienprodukt erzielbar. Insbesondere kann eine Vorhersage von Folieneigenschaften erfolgen, da durch die Parameterbeziehung des Produktionsmodells eine definierte Korrelation zwischen dem Produktionsergebnis und dem Produktionsprozess der Folienextrusionsanlage hergestellt werden kann. Mit anderen Worten ist es möglich, sozusagen ein Qualitätsversprechen zu geben, welche insbesondere aus Haftungsgründen, aber auch aus Qualitätsgründen in der Kundenbeziehung große Vorteile mit sich bringt.

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren der erzeugte Stellwert als Hinweis an das Bedienpersonal ausgegeben wird. Der erzeugte Stellwert in Form eines Hinweises kann zum Beispiel als optische Anzeige erfolgen. Auch ist die Ausgabe sowohl als einzeln erzeugter Stellwert, aber auch als Stellwertkorridor denkbar. Auch die grundsätzliche Ausgabe, in welche Richtung und bei welchem Eingabeparameter eine Verstellung bzw. ein manueller Eingriff sinnvoll wäre, kann als Ausgabe des Stellwertes zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise wäre die Ausgabe einer falschen Positionierung der Frostlinie bei einer Flachfolienproduktion. Als Hinweis würde der erzeugte Stellwert dem Bedienpersonal ausgeben, dass eine größere Kühlleistung zu erzeugen ist. Somit ist bereits durch die reine Erzeugung des Stellwertes und die entsprechende Ausgabe als Hinweis an das Bedienpersonal eine Verbesserung des Produktionsprozesses möglich.

Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren der erzeugte Stellwert direkt oder indirekt einen Eingangsparameter, insbesondere in Form eines Maschinenparameters, der Folienextrusionsanlage gezielt verändert. Ein solcher Eingriff kann auch als automatische Kontrolle bzw. automatische Regelung verstanden werden. Das gezielte Eingreifen bzw. die direkte Anpassung des Maschinenparameters kann zum Beispiel ein Eingriff in die Schmelzetemperatur bei einem direkten Eingangsparameter sein. Auch eine indirekte Anpassung, wenn zum Beispiel bei falscher Schmelzetemperatur eine Kühlleistung angepasst wird, ist hier denkbar. Hier ist sozusagen eine verbesserte oder optimierte Regelungen mithilfe des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens für die Folienextrusionsanlage möglich.

Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Schritte des Erfassens, des Bestimmens, des Ausbildens und des Erzeugens wenigstens teilweise, insbesondere vollständig oder im Wesentlichen vollständig vor dem Beginn eines Produktionsprozesses der Folienextrusionsanlage durchgeführt werden für eine Ausbildung einer Startkonfiguration des wenigstens einen Eingangsparameters. Auf diese Weise wird es also möglich, mit einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren sozusagen eine Voreinstellung für die Folienextrusionsanlage einzunehmen, um den Produktionsprozess anzufahren. Dabei können insbesondere Startbedingungen, zum Beispiel eine kalte Folienextrusionsanlage, noch nicht belegte Strömungskanäle für Extrusionsmaterial oder Ähnliches berücksichtigt werden. Auf diese Weise wird ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren für einen verbesserten und einen stabilisierten Anlauf der Folienextrusionsanlage eingesetzt. Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Schritte des Erfassens, des Bestimmens, des Ausbildens und des Erzeugens wenigstens teilweise, insbesondere vollständig oder im Wesentlichen vollständig, nach dem Beginn eines Produktionsprozesses der Folienextrusionsanlage durchgeführt werden. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Durchführung des Kontrollverfahrens während des Betriebs des Produktionsprozesses der Folienextrusionsanlage. Mit anderen Worten kann hier eine laufende Regelung und/oder Steuerung im Betrieb der Folienextrusionsanlage möglich sein. Selbstverständlich kann ein solches Betriebskontrollverfahren mit einem Anlaufkontrollverfahren gemäß dem voranstehenden Absatz kombiniert werden.

Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren auf Basis des erzeugten Stellwertes ein Ergebnis eines Stelleingriffs in Form eines veränderten, erfassten Ausgangsparameters erfasst und insbesondere gespeichert wird. Ein solches Ergebnis gibt also die Rückkopplung, wie erfolgreich der erzeugte Stellwert tatsächlich sich ausgewirkt hat. Eine solche Rückkopplung und Speicherung der Rückkopplung erlaubt es, in Zukunft eine entsprechend angepasste Regelung durchzuführen. Führt beispielsweise der auf dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren basierte erzeugte Stellwert nicht zu dem gewünschten qualitativen oder quantitativen Stelleingriff, so kann entweder die Parameterbeziehung spezifisch oder aber sogar das komplette Produktionsmodell durch diese Rückkopplung verändert werden. Dies ist selbstverständlich auch bei zwei oder mehr Modellparametern möglich. Mit anderen Worten wird es auf diese Weise möglich, ein selbstlernendes Produktionsmodell bzw. ein selbstlernendes Kontrollverfahren zu gewährleisten.

Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren für den veränderten, erfassten Ausgangsparameter wieder ein Differenzwert, insbesondere mit dem gleichen Sollwert, bestimmt wird, sodass ein Stellerfolg definiert und insbesondere in das Produktionsmodell integriert wird. Ein solcher Speicher des Stellerfolges oder eine Ausgabe des Stellerfolges führt die Vorteile gemäß dem voranstehenden Absatz weiter. Ein selbstlernendes System wird über die einzelnen Parameterbeziehungen hinaus nun das Produktionsmodell weiterbilden und dieses insbesondere verändern. Ausgehend von einem Basisproduktionsmodell wird das Produktionsmodell durch diese Rückkopplungen spezifisch auf die jeweilige Folienextrusionsanlage angelernt. Selbstverständlich ist es auch möglich, über die einzelne Folienextrusionsanlage übergeordnet solche Lernerfolge, zum Beispiel mithilfe eines Cloudsystems, auch für andere Folienextrusionsanlagen eines Maschinenparks zur Verfügung zu stellen.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren auf Basis des wenigstens einen erzeugten Eingangsparameters eine spezifische Folienextrusionsanlage aus einer Menge an vorhandenen Folienextrusionsanlagen zur Produktion ausgewählt wird. Auch hier handelt es sich beim Kontrollverfahren wieder um eine dem Produktionsprozess vorgelagerte Vorgehensweise. So ist es beispielsweise denkbar, dass unterschiedliche Produktionsmodelle, aber auch unterschiedliche Folienextrusionsanlagen in unterschiedlicher Weise besser oder schlechter auf einen jeweiligen Produktionsauftrag passen. Durch ein Kontrollverfahren wird es nun möglich, automatisiert und/oder unterstützt den für den jeweiligen Produktionsauftrag am besten passenden Teil des Maschinenparks, also eine exakte, spezifische, am besten passende Folienextrusionsanlage auszuwählen. Dabei können unterschiedlichste Prioritäten gewählt werden. Beispielsweise kann die Auslastung einer Folienextrusionsanlage, der Durchsatz oder aber auch Qualitätsanforderungen des Folienproduktes mit entsprechender Priorität versehen werden. Dabei kann diese Auswahl entweder automatisiert oder als Hinweis für eine manuelle Auswahl der entsprechenden spezifischen Folienextrusionsanlage eingesetzt werden.

Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Erzeugung des Stellwertes eine Absicherung einer Mindestqualität, insbesondere in Form einer Obergrenze für den bestimmten Differenzwert, erfolgt. Damit kann sozusagen ein Qualitätsversprechen gegeben werden, dass die maximale Abweichung von der geforderten Produktionsqualität vorgegeben werden kann. Dies kann auch durch Überwachung, insbesondere über den Verlauf der Regelung und die Einstellung der Trägheit bzw. der erlaubten Regelausschläge noch weiter optimiert werden.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Programms auf einem Computer diesen dazu veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich. Es zeigen schematisch:

Figur 1 eine Ausführungsform einer Folienextrusionsanlage,

Figur 2 eine weitere Ausführungsform einer Folienextrusionsanlage,

Figur 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Parameterbeziehung,

Figur 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Parameterbeziehung,

Figur 5 eine Möglichkeit eines Einsatzes eines Kontrollverfahrens,

Figur 6 eine weitere Möglichkeit einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens und

Figur 7 eine weitere Durchführungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens.

In den Figuren 1 und 2 sind beispielhaft Folienextrusionsanlagen 10 dargestellt. In der Figur 1 handelt es sich dabei um eine Flachfolienextrusionsanlage, welche hier schematische mit zwei Extrudern 20 für unterschiedliche Rezepturen ausgestattet ist. Aus der Düse 30 wird eine Folienbahn 40 ausgegeben, welche auf einer Kühlwalze abkühlt und anschließend auf einer Wickelrolle 50 aufgewickelt wird. In gleicher Weise kann ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren jedoch auch bei einer Flachfolien- bzw. bei einer Blasfolienextrusionsanlage gemäß der Figur 2 eingesetzt werden. Auch hier sind schematisch zwei Extruder 20 vorgesehen, wobei die Düse 30 als ringförmige Blasdüse ausgebildet ist. Die Folienbahn 40 wird flachgelegt und ebenfalls oben über eine Wickelrolle nach links abgewickelt bzw. aufgewickelt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen schematisch, wie ein Produktionsmodell, zum Beispiel in Form künstlicher Intelligenz, Eingangsparameter EP und Ausgangsparameter AP miteinander verknüpft. In der Figur 3 sind dabei drei Eingangsparameter EP als Modellparameter MP mit zwei Ausgangsparameter AP verknüpft. Die Eingangsparameter EP werden dabei in das Produktionsmodell eingegeben, und als Ausgabe kommen zwei Ausgangsparameter AP heraus. Die Ausführungsform der Figur 4 funktioniert in umgekehrter Reihenfolge. Dabei ist es unerheblich, ob es sich beim Produktionsmodell PM um ein rein empirisches oder algorithmisches Modell oder um eine künstliche Intelligenz handelt.

Anhand der Figuren 5 bis 8 wird näher erläutert, wie die Stellfunktionalität erfolgt. So zeigt die Figur 5 eine Situation, bei welcher ein Ausgangsparameter AP gemessen wird. Hier ist gut zu erkennen, dass eine Differenz zum Sollwert OW besteht, wobei über das Produktionsmodell PM ein Differenzwert DW ermittelt werden kann. Über die Zeit in Figur 5 nach rechts kann nun über einen entsprechenden Stelleingriff der Ausgangsparameter AP sich in Richtung des Sollwertes OW bewegen.

In der Figur 6 ist dargestellt, wie sich der Stellwert TW auswirken kann. So ist hier eine andere Situation dargestellt, nämlich ein Eingangsparameter EP, der durch einen Stelleingriff SE einen Stellwert überwinden soll. Vom gemessenen bzw. erfassten Eingangsparameter EP soll dieser über die Zeit nach rechts unten bewegt werden, also mit einem negativen Stellwert TW. Inwieweit der Erfolg dieses Stelleingriffs gegeben ist, wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Figur 7 zeigt nun, wie ein entsprechender Stellwert dazu führt, dass der Ausgangsparameter AP sich in Richtung des Sollwertes OW bewegt. Jedoch erreicht dieser zumindest in der ersten Regelungsiteration nicht vollständig den Sollwert OW, sondern nähert sich diesem nur an. Die Differenz kann hier als Stellerfolg SG bezeichnet werden, welcher hier nur zum Teil gelungen ist. Es verbleibt also eine Restgröße an Unterschied, welche für eine nachfolgende Iteration als neuer und damit reduzierter Differenzwert für die folgende Iterationsschleife der Regelung eingesetzt wird.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bez u aszei che n l iste

10 Folienextrusionsanlage

20 Extruder

30 Düse

40 Folienbahn

50 Wickelrolle

PM Produktionsmodell

MP Modellparameter

EP Eingangsparameter

AP Ausgangsparameter

DW Differenzwert

OW Sollwert

TW Stellwert

SE Stelleingriff

SG Stellerfolg