M. Rink, L. Oimann Ipsen International GmbH, Kleve
1. Einleitung
Für die Steuerung und Regelung von Vakuumanlagen sowie der unterschiedlichen Verfahren bietet Ipsen seinen Kunden mit der im Hause entwickelten Verfahrens-Software Vacu-Prof® ein kostengünstiges und leistungsfähiges Werkzeug zur Zeit- und Kostenersparnis in der Fertigung, Erhöhung der Qualitätskonstanz, Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Erhöhung der Betriebssicherheit.
Zusätzlich ergeben sich, je nach Leistungsumfang der installierten Prozess-Software, Vorteile für das Unternehmen wie z. B.: erhöhte Bediensicherheit, verbesserter Bedienungskomfort (Schnelligkeit), zeitgerechte und Baugruppen bezogene Wartung.
Alle für die sichere Führung der Prozesse relevanten Daten werden von dem Computer-System an die SPS und zugehörige eigenständige Regler übergeben. Diese arbeiten dann die Steuer- und Regelvorgaben ab. Alle durch den Prozess erzeugten Daten werden auf dem gleichen Weg zum Computer-System zurück transportiert und stehen dort für spezifische Be- und Verarbeitung zur Verfügung wie z.B. zum Protokollieren, zum Visualisieren, zum Archivieren und zum Melden von Stör- und Grenzwerten.
Eine exakte Reproduzierbarkeit der Fertigungsprozesse ist durch die in der Programmdatei gesicherten und abrufbaren Behandlungspläne garantiert.
Das Expertensystem erstellt Wärmebehandlungs-Programme anhand der Daten in der Materialdatenbank. Diese Daten können vom Anwender neu erstellt, erweitert oder individuell angepasst werden.
Optional werden thermochemische Wärmebehandlungs-Programme mit Hilfe der AvaC®- und SolNit®-Module erstellt.
Durch die Installation der Prozessleitsoftware AutoMag® können diese autarken, im geschlossenen Regelkreis arbeitenden Ofensysteme zu komplexen, vollautomatisch arbeitenden Wärmebehandlungszentren verkettet werden. Das von Ipsen vertretene Konzept des Einsatzes dezentraler und eigenständiger Rechner und Steuerungssysteme hat sich in der Praxis bestens bewährt.
Weiterhin können auf Wunsch Schnittstellen zu fast allen ERP- Systemen realisiert werden. Die Dokumentation kann im bestehenden Hausnetz archiviert werden. Das System ermöglicht weiterhin eine Ferndiagnose von Ipsen aus Kleve.
2. Bedienung
Die Bedienung des Programms ist weitestgehend selbsterklärend. Der Zugriff auf alle wesentlichen Funktionen geschieht mittels Modulnavigation. Die Modulnavigation besteht aus den vier Modulen Prozess, Programme, Stammdatenbank und Archiv, die über Buttons direkt erreichbar sind. Weiterhin kann die Visualisierung (Ofenstatus) sowie das Sevicemenü (Optionen, Konfiguration, Programmhilfe und Ofenauswahl) direkt angewählt werden. Die verfügbaren Funktionen der Steuerbuttons und des Servicemenüs sind abhängig vom angemeldeten Benutzer. Welche Rechte der einzelne Benutzer hat wird in der Benutzerverwaltung geregelt.
Der Startbildschirm oben zeigt alle wesentlichen Programminformationen, Ofenstatus, Programmprofil, Anzahl der Segmente des laufenden Programms, in welchem Segment befindet sich der Ofen im Moment und die berechnete Programmrestzeit. Weiterhin können bis zu fünf Programme direkt angewählt werden.
Die technische Visualisierung zeigt alle relevanten Ofendaten bzw. den Ofenstatus. Alle wichtigen Baugruppen sind dargestellt, die Baugruppen sind entsprechend dem aktuellen Status farbig dargestellt: grün bedeutet z. B. aktiv. Alle Prozessdaten, wie Temperaturen, Drücke und Zeiten, können hier auf einen Blick erfasst werden.
Die 3D-Visualisierung, die Sie oben sehen, ist insbesondere für unerfahrene Anwender interessant, da die Baugruppen schematisch dargestellt und benannt sind. Wie auch in der technischen Visualisierung wird der Status der Baugruppen mit unterschiedlichen Farben dargestellt. Die Bedienung und Wartung des Ofens wird dadurch sehr vereinfacht.
Die vier Module Prozess, Programme, Stammdatenbank und Archiv haben jeweils zwei Darstellungsmöglichkeiten: Liste und Detail. Die Darstellungsform „Liste“ empfiehlt sich bei der Suche nach bestimmten Kriterien. Die Darstellung „Detail“ ermöglicht eine einfache Bearbeitung der jeweiligen Programme/Daten. Die Detaildarstellung ist je nach Modul noch in verschiedene Register unterteilt.
2.1 Das Modul Prozess
Im Modul „Prozess“ können die Programm- und Chargen-Daten des aktuellen Prozesses eingesehen und die nächsten Prozesse vorbereitet werden. Das Modul Prozess hat für den aktiven Prozess bis zu sechs Register: Charge, Prozessstatus, Verlauf, Programmsegmente, Programmparameter und Prozesskontrolle..
Bei der Prozessvorbereitung werden Programmdaten den Chargendaten zugeordnet. Hier stehen vier Register bereit. Zu den Chargen-Daten gehören u. a. die Liste mit den Teilchargen (inkl. Kunden- und Teileinformationen) und das Chargenfoto. Weiterhin sind die Informationen zu den Benutzern, die die jeweiligen Prozesse erstellt haben, dargestellt.
Alle im Modul Prozess vorgenommenen Änderungen werden, inklusive Uhrzeit und durchführendem Benutzer, protokolliert, insbesondere die Änderungen am laufenden Prozess.
2.2 Das Modul Programme
Die Programmdaten werden im Modul „Programme“ angelegt und editiert. Die Detail-Darstellung des Moduls Programme hat bis zu sechs Register: Allgemeine Daten, Werkstoff, Programmsegmente, Programmparameter, Vacu-Prof Expert, AvaC-Simulation. Den Programmen werden im Register „Allgemeine Daten“ Name und Nummer zugeordnet. Programmname und -Nummer sind freiwählbar, wobei die Programmnummer nur jeweils einmal vergeben werden kann. Ein Tauschen der Nummer ist aber möglich.
Es wird genau protokolliert, wer ein Programm erstellt bzw. geändert hat. Bei jeder Programmänderung wird eine neue Versionsnummer vergeben, wobei die inaktiven Versionen nicht gelöscht werden. Dadurch ist eine lückenlose Nachverfolgung der Änderungen möglich. Die Programme könne segmentweise von Hand erstellt werden oder mit Hilfe des Expertensystem (siehe Kap. Expertensystem).
Weiterhin können Bemerkungen mit gespeichert werden sowie festgelegt werden, ob es sich um eine Mustercharge handelt.
2.3 Das Modul Stammdaten
Alle Materialdaten werden im Modul „Stammdaten“ verwaltet. Für ca. 80 Werkstoffe sind Materialdaten hinterlegt. Es können beliebig viele Werkstoffe hinzugefügt werden.
Das Register „Werkstoff“ beinhaltet Werkstoffnamen und –nummern sowie die chemische Zusammensetzung des jeweiligen Werkstoffes. Im Register „Diagramme“ sind ZTU- und Anlassdiagramme hinterlegt (falls vorhanden). Für neue Werkstoffe können sie hinzugefügt werden. Das Register „Expertdaten“ beinhaltet alle für den Vacu-Prof Expert relevanten Daten, wie Vorwärmstufen, Härtetemperaturen, Warmbadtemperaturen, Abschreckdrücke, Glühtemperaturen, Anlasstemperaturen, etc.
Hier sehen Sie das Modul “Stammdaten”, Register “Werkstoff”:
Hier ein Screenshot des Moduls „Stammdaten“, Register „Expert-Daten“ / „Härten“:
Und dies ist das Register „Expert-Daten“ / „Anlassen“ aus dem Modul “Stammdaten:
2.4 Das Modul Archiv
Im Modul „Archiv“ werden alle Chargenprotokolle der durchgeführten Wärmebehandlungen archiviert. Die Chargenprotokolle enthalten alle relevanten Daten, z. B. Programmname, Chargenphoto, Start- und Stoppzeit, Programmänderungen, Störungen etc. Außerdem ist auch archiviert, welcher Benutzer welche Aktion veranlasst hat. Das Archiv ist mittels normaler Datenbankfunktionen durchsuchbar.
Um modernen Akkreditierungsprogrammen zu genügen, wurde die Archivdatenbank so programmiert, dass die Archivdaten nur lesbar und nicht veränderbar gespeichert sind.
3. Das Expertensystem
Wird im Modul „Programme“ das Register „Vacu-Prof Expert“ angewählt, so erscheint die Eingabe Maske des Vacu-Prof-Experts:
Der Vacu-Prof Expert ist ein System zur automatischen Erstellung von Wärmebehandlungsprogrammen. In der beliebig erweiterbaren Werkstoff-Datenbank sind bereits mehr als 80 Stähle hinterlegt. Die Materialdaten in der Werkstoffdatenbank, wie z. B. die empfohlene Härtetemperatur (bzw.. Temperaturband), stammen aus nationalen und internationalen Normen und Datenblättern der Stahlhersteller. Die erforderlichen bzw. empfohlenen Abschreckdrücke für die einzelnen Werkstoffe und Wandstärken sind Erfahrungswerte und hängen vom Ofentyp und der Chargierung ab. Die in der Datenbank in Abhängigkeit vom Material und der Wandstärke hinterlegten Abschreckdrücke können vom Anwender angepasst werden. So ist es möglich, auch neue Werkstoffe mit in die Datenbank einzubinden und die Materialdaten Schritt für Schritt zu erweitern.
Damit der Vacu-Prof Expert ein Programm erstellt, muss zuerst der Werkstoff ausgewählt oder, falls noch nicht vorhanden, in der Datenbank neu angelegt werden.
Je nach gewähltem Werkstoff bietet der Expert unterschiedliche Wärmebehandlungen zur Auswahl an. Folgende Wärmebehandlungsverfahren können z. B. im Expert hinterlegt sein: Härten, Härten inkl. Warmbad-Simulation, Härten und Anlassen, Anlassen, Glühen, sowie optional Niederdruckaufkohlung (AvaC®) und Lösungsaufsticken (SolNit®). Die Anzahl der verfügbaren Wärmebehandlungsverfahren hängt vom Ofentyp und der anlagenspezifischen Ausstattung ab.
Weiterhin benötigt der Vacu-Prof Expert Informationen über die Bauteile (Wandstärke, Bauteilgeometrie) und die Chargierung (Gewicht, Chargenaufbau). Mit diesen Informationen wird nun die „Virtuelle Wandstärke“ ermittelt. Die „Virtuelle Wandstärke“ wird für die Auswahl der Aufheizcharakteristik, der Ermittlungen der Durchwärmzeiten und des Abschreckdruckes benötigt. Sowohl die vorgeschlagene Aufheizcharakteristik, der vorgeschlagene Abschreckdruck sowie die ermittelte „Virtuelle Wandstärke“ können vom Anwender mittels Schiebereglern (Slider) verändert werden.
Wird eine Verfahrenskombination inkl. Anlassen gewählt, so wird über die vorgewählte Sollhärte die passende Anlasstemperatur ausgewählt.
Nach der Eingabe aller Vorgabewerte wird jetzt nach der Betätigung des Buttons „Programm erstellen“ (bzw. F7) ein komplettes Wärmebehandlungsprogramm erstellt.
4. Die AvaC® und SolNit®-Module
Bei Anlagen mit den Optionen Niederdruckaufkohlung (AvaC®) und Lösungsaufsticken (SolNit®) wird der Vacu-Prof 4 um die Module „AvaC-Simulation“ und „SolNit“ erweitert.
Das Modul „AvaC-Simulation“ erstellt Niederdruckaufkohlungs (AvaC®)-Programme. Das Simulationsprogramm berechnet Kohlungsprofile in Abhängigkeit von der Temperatur, Randkohlenstoffgehalt und Grenzkohlenstoffgehalt in Aufkohlungstiefe. Dabei wird die Kohlenstoffübertragung bei der Niederdruckaufkohlung mit Azetylen für die Simulation zugrunde gelegt. Die AvaC-Simulation ist eine Weiterentwicklung des bekannten AvaC-Experts.
Das Modul „SolNit“ erstellt Wärmebehandlungs-Programme für das Lösungsaufsticken (SolNit®) von rostfreien Stählen. In Abhängigkeit von den Legierungsgehalten wird für eine vorgegebene Temperatur die max. Stickstofflöslichkeit und den der dazu passende Stickstoffpartialdruck berechnet. Für eine bestimmte Aufstickungstiefe wird gemäß Diffusionsgesetz die erforderliche Zeit bestimmt.
Beide Module, AvaC® und SolNit®, erstellen komplette Wärmebehandlungsprogramme, inkl. Aufheiz-, Behandlungs- und Abschrecksegmente.
5. Zusammenfassung
Mit dem neuen Vacu-Prof 4.0 steht dem Anwender ein komfortables Werkzeug für die Bedienung von Vakuum-Wärmebehandlungsanlagen zur Verfügung. Das Programm besitzt dieselbe Grundstruktur wie das „Schwesterprogramm“ für Atmosphären-Wärmebehandlungsanlagen Carb-Prof 4.0.
Die Bedienung des Programms ist selbsterklärend. Alle wesentlichen Funktionen können mittels der Buttons Prozess, Programme, Stammdatenbank und Archiv sowie Visualisierung (Ofenstatus) direkt angewählt werden.
Der Vacu-Prof-Expert ermöglicht, dank der integrierten Material-Datenbank, die schnelle Erstellung von Wärmebehandlungs-Programmen auch für „ungeübte“ bzw. unerfahrene Anwender. Die Datenbank ist universell und nahezu unbegrenzt erweiterbar. Diese Materialdaten können vom Anwender neu erstellt, erweitert oder individuell angepasst werden. Optional werden thermochemische Wärmebehandlungs-Programme mit Hilfe der AvaC®- und SolNit®-Module erstellt.
Modernste Programmiertechniken (SQL-Datenbank, Client/Server-Programmierung) auf Basis von herkömmlichen „Windows“-Computern ermöglichen eine einfache Bedienbarkeit.