液体涂料供应系统的预测性维护的制作方法

本发明涉及一种对涂料涂饰系统进行预测性维护的系统和方法。

背景技术：

传统涂料喷涂系统，例如在汽车制造中使用的类型，通常由几条独立的涂料线组成。每条涂料线向喷涂室提供不同颜色的涂料，以分配给多个用户点(例如喷涂机)。一般地，在任何一次仅喷涂或使用一种颜色，因此仅主动使用一条线，而其余线作为备用。

当系统由于未喷涂涂料而处于未使用时，通常是通过将涂料从回路中的涂料罐中泵送出来并泵送返回罐中来保持涂料线中的喷涂压力和涂料速度。这样做有两个原因：首先，因为液体涂料必须保持运动，否则色素可能在涂料线中开始沉淀；其次，因为在喷涂开始之前必须将涂料线灌注至要求压力。诸如欧洲专利ep1789202b1中公开的所谓的智能系统智能地调整循环装置，从而当不需要涂料时降低系统中的流速。这种降低使得能够降低诸如泵的部件的磨损水平。结果，理想的泵维护计划发生改变，并且可能会根据涂料材料需要的时间量(即，何时喷涂涂料)而有所变化。

现有的维护解决方案仅允许用户基于与时间或泵循环有关的设置间隔来设置期望的维护间隔。传统上，为了确保冗余，这些维护间隔是根据部件故障的最坏情况设置的。因此，提供维护通常效率低下，可能会更换和丢弃完全可使用的零件。

使用设置的维护间隔的另一个问题是，如果零件由于某种原因遭受比预期更高的磨损，则可能在下一个计划的维护点之前无法使用。

本发明的目的是提供一种用于对涂料涂饰系统进行维护的改进的系统和方法。

技术实现要素：

一方面，本发明提供了一种对涂料涂饰设施中用于输送液体涂料的设备进行预测性维护的方法。该方法包括：

-确定一组设备部件以及相关的维护要求；

-对于每个部件，提供一组影响部件的有用使用寿命的操作参数；

-对于每个部件，提供一种算法，该算法将操作参数与要对部件进行维护操作之前的剩余时间相关联；

-在涂料涂饰设施的操作过程中监控每个操作参数；

-对于每个部件，将算法与所监控的操作参数一起应用，以计算该部件的剩余时间；

-对于每个部件，将与该部件的剩余时间有关的警报指示提供给维护操作人员。

该方法中提出的预测性维护考虑到了涂料涂饰设施中的部件的实际工作。这使得能够有效地预测部件的寿命，从而能够仅在特定部件需要维护时才进行维护。结果，维护间隔可能会更长，并且部件仅在必要时才会被更换。降低了维护的人工成本、机器停机时间和备件成本。由于该方法能够准确预测何时需要更换磨损部件，因此可以延长正常运行时间。部件发生故障的可能性也降低了，特别是如果该部件承受了比平时更高的工作载荷。

如本文中所使用的术语“算法”可以是一个方程式或一组方程式的形式，通过该一个方程式或一组方程式来计算剩余时间，但是不限于此。例如，将一个或多个操作参数与剩余时间相关联的算法可以通过查找表或其他可访问的数据存储/匹配方法的形式来实现。

操作参数可包括以下一项或多项：涂料罐液位、涂料在涂料罐之间的运动、涂料涂饰系统中任意点的压力、涂料流量、涂料速度、电机速度、温度、涂料过滤器中的压力、油位、噪音、磨损和润滑计划。考虑这些操作参数是有利的，因为这些参数的值与确定部件的剩余时间有关。

操作参数可包括可配置为表示正在泵送的液体涂料的磨蚀性的磨蚀因子。

当预测何时需要维修或更换密封件等部件时，考虑涂料的磨蚀性是重要因素。例如，如果涂料具有很高的磨蚀性，则密封材料在操作过程中可能以更高的速率磨损。

操作参数可包括平均压力或平均流速。

该方法可进一步包括步骤：在涂料涂饰设施的操作过程中记录与操作参数有关的数据。

记录数据可以分析部件的使用情况，从而提供有关部件已完成多少工作的指示。这些信息对于指示部件的健康状况和制定每个部件的预防性维护非常有用。例如，在汽车制造厂中，可以将底涂层涂料(basecoatpaint)涂在车辆的车身部分上，以提供视觉颜色和效果。客户可以选择这种涂料的视觉特性。随后，可将透明涂层涂料(clearcoatpaint)涂在有色底底层上。透明涂层通常与环境形成界面，并且足够耐用以抵抗环境影响，例如，磨蚀或紫外线。透明涂层涂料还可以进一步提供视觉效果，例如，光泽度或“发光”。可以将多层透明涂层或底涂层组合以形成视觉上理想的效果，例如珠光。因此，应当理解，在工厂内，透明涂层泵和底涂层泵经历的使用水平可能会有很大差异。如果确定用于透明涂层涂料的涂料泵的使用率高于用于底涂层涂料的涂料泵，则需要对底涂层涂料泵进行更早的维护。此外，涂料的配方可能变化，导致泵的每个冲程的磨损程度不同。如上所述，因此将涂料的材料特性(例如磨蚀性)作为操作参数是有利的。

该方法可进一步包括向维护操作人员提供关于部件已完成多少工作的指示的步骤。这可以基于所述部件所经受的压力和/或循环速率的平均值。

该方法可进一步包括将一组维护设置存储在可移动存储器存储设备上的步骤。这样就可以在不同部件之间备份或转移维护设置。维护设置可能很复杂，或者基于部件操作的长期历史。因此，将设置转移(或使用诸如台式计算机的装置复制)以与其他部件一起使用是有利的。此外，为新装置复制维护设置很快且容易。例如，可移动存储器存储设备可包括安全数码(securedigitial，sd)卡，该卡可以与台式计算机或笔记本电脑接口以便操纵维护设置。

该方法可进一步包括配置图形用户界面以显示针对一个或多个部件的警报指示的步骤。有利地，警报指示可以以最适当的方式显示给操作人员。例如，单个操作人员可以在单个屏幕上查看多个部件的维护状态。与维护有关的数据，例如操作参数或部件的剩余时间，可以以颜色编码的方式显示给操作人员。操作人员将能够快速确定哪些部件需要注意。通过调整在图形用户界面上被可视地监控的部件的数量，该方法可以应用在尺寸变化的涂料涂饰设施中。

该方法可进一步包括以下步骤：对于每个部件，与包括作业计划或作业队列的数据进行接口，以预测部件的未来操作参数。这有利地使得能够更精确地计算部件的剩余时间，并且能够更有效地进行维护。例如，可以确定在未来一段时间内某个部件将处于高于正常载荷的状态，因此应该在较早的维护间隔内对其进行更换。当多个泵用于不同颜色的涂料时，该特点特别相关。诸如汽车的制成品可以按客户要求定制为特定颜色。因此，特定颜色的泵的剩余时间/磨损程度将在很大程度上取决于客户订购的特定颜色的汽车的数量。可以将客户订单数据输入到作业计划表或作业队列中。可以将来自该作业计划表的数据输入到算法中，以基于所预测的未来工作量来回顾性地确定部件的剩余时间。

该方法可进一步包括步骤：将与每个部件的剩余时间和每个部件的操作参数有关的第一组数据上传到服务器。

该方法可进一步包括步骤：从服务器下载第二组数据，第二组数据来源于第一组数据和使用上述方法的多个其他实例上传到服务器的数据。

该方法可进一步包括步骤：配置多个涂料涂饰系统中的任何一个的控制器，以基于第二组数据来调整部件的操作参数。

该方法可进一步包括步骤：处理已经上传到服务器的数据，以便确定用于配置部件的一组最佳的操作参数，以增加部件的剩余时间。

将与部件使用和维护要求(即，操作参数和剩余时间)有关的数据上传到服务器是有利的。多个涂料涂饰设施可以执行类似的方法，从而生成数据库，该数据库包含与不同涂料涂饰设施内的部件的部件使用和维护要求有关的信息。该信息可用于确定如何根据维护要求更有效地使用部件。例如，可以确定在特定设施中使用特定泵是特别有效的，因为这导致较低的维护要求。其他设施的操作人员能够观察到特定泵的操作参数，从而通过应用相关的设置/操作参数来提高泵的效率。

作为另一个实施例，世界各地的不同的涂料涂饰设施可以以不同的循环速率操作涂料泵。在较高的循环速率下，物品(例如汽车)的喷涂过程可能会较快，但是将需要较高水平的维护。在较低的循环速率下，汽车的喷涂过程可能会较慢，但是对泵的维护要求较少。使用第一组数据，可以确定每个循环速率通常需要多少维护。在给定的时间范围内，根据喷涂汽车产生的相对于泵所需的维护量的值，可能存在一个最佳的使用循环速率。通过对上传的数据进行处理，可以确定这个最佳的循环速率。

本发明允许不同设施的操作人员通过网络(例如互联网)共享关于涂料涂饰设施中的部件的操作的知识。这种知识共享有助于提高涂料涂饰系统的效率，使其得到进一步改进。

在本发明的第二方面，提供了一种涂料涂饰系统，其包括：

-用于输送液态涂料的设备，包括具有相关维护要求的部件；

-监控设备，配置为监控影响部件的有用使用寿命的操作参数；

-至少一个具有存储器和处理器的控制器。

对于每个部件，存储器存储将操作参数与要对部件进行维护操作之前的剩余时间关联起来的算法。对于每个部件，处理器被编程为将算法与监控到的操作参数一起应用，以计算部件的剩余时间并提供与部件的剩余时间有关的警报指示。

所提供的涂料涂饰系统有利地使得能够执行如第一方面所述的预测性维护方法。

部件中的至少一个可以是泵。

泵可包括以下中的任何一个或多个：凸轮从动轴承、轴承、凸轮、流体密封件、变速箱或风箱。

控制器的存储器可以至少部分地集成到可移动存储器存储设备中。存储器的一部分可位于安全数码(sd)卡上，例如闪迪生产的卡。

每个部件可以有一个控制器。

控制器是可以更换的。这样使得可以快速访问交换、移动和重新分配控制器。该系统可以允许连接多个控制器以提供额外的输入和输出功能，并且可以灵活地适应未来的需求。该系统易于更换(即插即用)。例如，可以添加并入了计划数据的输入的控制器，以便能够将该数据用于更准确地预测何时需要更换部件。

该控制器可包括至少一个控制卡，可操作该控制卡以提供到计算设备的数据链路(datalink)。可以通过诸如台式电脑或笔记本电脑的计算机将与维护要求有关的数据转移到控制卡或从控制卡转移出来。

该系统可进一步包括具有存储在硬盘驱动器上的作业计划数据的接口。该算法可以与作业计划数据相关，以确定未来的维护要求。

控制器可进一步包括到服务器的数据连接，其中控制器的处理器被编程为使用数据连接将与每个部件的剩余时间和每个部件的操作参数有关的第一组数据上传到服务器。

控制器的处理器可以被编程为下载来源于被上传到服务器的数据的第二组数据。

控制器可配置为基于第二组数据来调整操作参数。

在本发明的第三方面，提供了一种服务器，包括：

-处理器和存储器；以及

-到涂料涂饰系统的控制器的多个数据连接。

服务器的处理器被编程为：使用多个数据连接来接收第一组数据，该第一组数据包括操作参数和要对每个涂料涂饰系统内的部件执行维护操作之前的剩余时间量，然后将第一组数据存储在存储器上。多个数据连接可以用于传输来源于第一组数据的第二组数据。

对于涂料涂饰系统的每个部件，处理器可以被编程为处理第一组数据，以确定最佳操作参数，当将该最佳操作参数应用于每个部件时，会增加要对部件执行维护操作之前的剩余时间量。该信息可以存储在第二组数据中。

附图说明

图1为已知涂料循环系统的示意图；

图2为根据本发明实施例运行计算机软件的计算设备的第一个示例性屏幕截图；

图3为根据本发明实施例运行计算机软件的计算设备的第二个示例性屏幕截图；

图4为示出根据本发明实施例的方法和系统中发生的数据传输的示意性框图；

图5为根据本发明实施例运行计算机软件的计算设备的第三个示例性屏幕截图；

图6为示出根据本发明实施例的连接到服务器的多个涂料涂饰系统的示意性框图；

图7为示出根据本发明实施例的方法的流程图；

图8为示出根据本发明实施例的方法的一部分的流程图。

具体实施方式

参照图1，示出了一个示例性涂料循环系统，该示例性涂料循环系统将在可以应用所要求保护的方法的实施例的涂料涂饰设施中找到。涂料循环系统20包括容纳液体涂料容器的涂料罐11。在下文中，术语智能泵(smartpump)或智能背压调节器(smartbackpressureregulator，smartbpr)指的是连接到涂料循环系统(例如，欧洲专利ep1789202b1中公开的)的自动控制变量泵或bpr。这种所谓的智能系统可以配置为通过与控制器26的连接来自动控制诸如泵或bpr的设备。如上所述，所谓的智能系统可以配置为智能地调整系统中任何设备/部件的设置，以便在不需要涂料时降低系统中的流速。可以操作智能泵22以将来自涂料罐11的涂料可选地通过涂料过滤器13供应到喷涂室14。喷涂室14通常包括一个或多个涂抹器16。例如，这些涂抹器可以是由机器人手臂操纵的喷嘴。喷涂室14中未使用的涂料通过自动控制的智能bpr25循环回到涂料罐11。智能泵22和智能bpr25由控制器26控制。来自压力传感器24的信号作为输入提供给控制器26。控制器26可以是可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)或其他合适的可编程设备。控制器26可包括存储控制或维护设置的存储器。控制器26可以是可更换的，以便将不同的控制或维护设置应用或转移到新泵。控制器26可包括数据连接接口，该数据连接接口使得控制器能够与其他计算设备连接以进行数据传输。

如上所述，当不需要涂料时，智能泵22智能地维持涂料生产线中的压力降低，从而使得部件的磨损水平降低，同时保持所需的循环以防止色素沉降。

已授权的欧洲专利申请ep1789202b1中描述了这种涂料循环系统的例子，其内容通过引用结合于此。

虽然控制器26显示为从压力传感器24接收输入，但是可以从多个部件接收输入。例如，可以从凸轮从动轴承、主轴承、凸轮、流体密封件、风箱和润滑计划(未单独显示的零件)接收输入。输入可包括操作参数，例如，涂料罐液位、涂料运动、压力、流速、涂料速度、泵速、涂料过滤器之前和之后的压力、温度。在涂料涂饰设施的操作过程中可以监控操作参数。

参照图2，示出了来自运行一个智能泵软件的计算设备(未示出)的示例性屏幕截图。计算设备与控制器26(仅在图1中显示)接口，以显示操作参数201的实时状态。该信息可以显示或不显示在计算设备(未示出)上。在任一种情况下，操作参数201均由智能泵软件监控。将算法(未示出)应用于所监控的操作参数，以确定部件的剩余时间(即，在需要维护注意之前的剩余时间量)。智能泵软件的元件可以在控制器26或计算设备上运行。该计算设备可以是例如台式pc、笔记本电脑或平板电脑。

该算法可以是一个方程式或一组方程式的形式，其中通过基于作为操作参数的输入执行计算来确定输出(部件的剩余时间)。该算法可以以查找表或其他可访问的数据存储/匹配方法的形式实现。例如，可能的输入和输出的列表可以存储在数据库的计算存储器中。可以使用匹配过程或类似过程从该数据库中检索正确的输出。

实时操作参数状态可以被记录在控制器26的存储器或可移动存储器存储设备(未示出)上。该数据可以输入到算法中以计算部件的剩余时间。该数据可以通过可移动存储器存储设备转移到不同的泵，使得即使添加新的泵或建立包含泵的新工厂也可以继续使用该数据。

参照图3，示出了根据本发明实施例的与部件的剩余时间有关的警报指示。警报指示为警报窗口301的形式，该警报窗口可以显示在运行智能泵软件程序的台式计算机、平板电脑或笔记本电脑的屏幕上。警报窗口301可包括与时间指示符304和维护指令305相关联的部件标签303。此处显示的部件标签303包含已确定的一组示例性部件。指令305可以与多个部件标签303和时间指示符304相关联，例如在“轴承润滑(bearinggreasing)”指令下所示。时间指示符304指示部件的剩余时间，部件的剩余时间可以使用与影响部件的有用使用寿命的操作参数有关的算法来计算。

一些部件可以具有可定义为表示正在泵送的材料的磨蚀性的磨蚀因子305。查看警报窗口301的维护操作人员能够查看当前的磨蚀因子，并且能够根据使用的涂料类型进行手动更改。当使用运行智能泵软件程序的计算设备手动更改磨蚀因子时，可以使用算法自动更新时间指示符304。

查看警报窗口301的维护操作人员能够在操作过程中监控部件，从而确定哪些部件需要注意。通过阅读维护说明305，维护操作人员知道要进行什么操作才能确保适当地维护部件。时间指示符可以用颜色进行编码，具体取决于需要何种关键部件维护。使用智能泵软件程序可以完全定制查看警报窗口301。例如，当设置系统时，仅可以显示一些时间指示符，或者可以显示与多个泵有关的信息。

参照方程式1，示出了一种示例性方程式，可以将该示例性方程式编程到本发明的实施例的算法中。该方程式是轴承制造商用来预测轴承寿命(或轴承的剩余时间)的标准计算方法。该方程式表明轴承速度(速度)对轴承寿命的影响相对较小，而轴承载荷是影响轴承寿命的主要因素。在实施例中，算法可以将该方程式与从来源获得的以下收集数据结合使用：部件的先前使用数据、使用作业队列数据的部件的预测未来使用数据(在下文中更详细地讨论)，以及从其他系统经由网络获得的数据(也将在下面更详细地讨论)。利用这些数据可以对预测进行微调并提高准确性。

在所示的实施例中，警报指示采取具有图形用户界面的智能泵计算机程序的窗口的形式。当操作人员查看此窗口时，仅提醒部件的剩余时间。警报指示也可以采取警报、灯、文本消息或任何其他形式的电子通知或视觉提示的形式。

参照图4，示出了显示输入到算法的示例性输入的流程图。算法410可以处理控制器26上或计算设备(未示出)上的输入。算法410可以考虑部件承受的载荷，以确定部件的剩余时间。载荷可以取决于操作参数，例如，压力402、流速401、循环速率403或其他操作参数404。在智能泵中，压力和流速可以变化。例如，在未主动喷涂涂料过程中，这些值会比较低。计算出的部件420的剩余时间考虑了这些因素并提供了准确的剩余时间，而不是像现有技术方法那样通常仅仅利用循环速率。如上所述，剩余时间420的值可以通过警报指示在计算设备上被处理和/或呈现给维护操作人员。压力402和流速403可以记录到存储器430中，算法410可以考虑这些值的时间历史。该算法可以考虑压力、循环或流速的平均值。与仅使用单个方程式(例如方程式1中所示的方程式)的传统方法相比，使用这些输入可提高确定剩余时间的准确性。

对于某些部件，操作参数还包括特定于部件的参数，例如磨蚀因子406，该磨蚀因子表示正在泵送的液体相对于部件的材料的磨蚀性。例如，由于涂料液体的磨蚀性，密封件可能会发生磨损。这种磨损的速率还可以取决于其他操作参数，例如压力和流速。

算法410可以从作业队列数据407接收输入。作业队列数据可包括由软件收集的数据，一旦零件被装载到输送系统上时，这些软件监控汽车oem、一级或工业工厂中的零件的位置。作业队列数据可用于向颜色阀门提供需求信号，以打开和关闭向喷涂室14中的涂抹器16的涂料供应。作业队列数据407提供关于在未来一段时间内特定泵将承受多少载荷的指示。例如，该算法可确定大量的汽车零件要被喷涂成红色，因此，红色涂料泵将在未来的某个时间点需要维护。因此，可以在适当的维护间隔内进行维护。该算法可进一步基于不同泵的计划工作量来准备维护计划。

参照图5，示出了根据本发明的一些实施例的维护警报指示。根据要采取的维护措施，显示部件标签303并对其进行颜色编码。维护说明305显示在部件标签303下方。

参照图6，示出了根据本发明一些实施例的多个涂料涂饰系统如何连接到服务器的图。涂料涂饰系统1、2和3(603、604、605)的控制器通过互联网连接606a-d连接到互联网601。控制器可包括直接与部件接口的控制卡。或者，控制器是台式计算机或具有网络连接性的任何其他类型的计算设备。控制器可包括控制卡和台式计算机。服务器602通过连接607连接到互联网。连接606a-d和607可包括无线(例如，)连接或通过与互联网提供商接口的调制解调器的有线连接。尽管在所示的实施例中仅存在三个涂料涂饰系统603、604、605，但是应当理解，可以存在更多系统，例如数百或数千。同样，可以存在更多服务器。服务器602可以是诸如微软云平台的商业云计算服务。

涂料涂饰系统603、604、605通过互联网601连接到服务器。涂料涂饰系统的控制器(未示出)可以记录部件的操作参数和剩余时间值，并将该第一组数据存储在存储器中。第一组数据可以按设置的时间间隔定期同步(上传)到服务器。在该情况下，涂料涂饰系统不必通过互联网永久连接到服务器。或者，可以将操作参数和剩余时间值实时上传到服务器。

服务器602处理第一组数据并生成第二组数据。第二组数据可以是第一组数据的统计分析。例如，第二组数据可以包含例如对于可能操作泵的每个泵循环速率需要更换泵的平均次数的值。第二组数据通过互联网601传输到涂料涂饰系统606a-c。操作人员可以使用控制器上安装的计算机软件查看数据。操作人员还可以使用软件来操纵数据以获得有用的信息，例如，根据从其他涂料涂饰系统获得的数据来确定最佳的泵循环速率设置，以确保维护要求是经济的。

参照图7，示出了表示根据本发明实施例的方法的流程图。

首先，根据步骤701，确定一组部件和相关的维护要求。可以参考制造商文献来确定维护要求。

在步骤702中，对于每个部件，提供影响部件的有用使用寿命的一组操作参数。例如，如果部件是泵，则操作参数可包括循环速率和压力。

在步骤703中，为每个部件提供一种算法，该算法将操作参数与要在部件上执行维护操作之前的剩余时间相关联。例如，该算法可以确定如果泵以特定的循环速率和压力运行给定的时间长度，则必须在两周内进行更换泵的维护操作。因此，在步骤704中，在操作过程中监控每个操作参数。同时，在步骤705中，可以在操作过程中记录与操作参数有关的数据。该数据可用于进一步提高部件的效率，如上所述。按照步骤706，可以将维护设置存储在可移动存储器存储设备上，以便可以将其容易地复制到其他部件。维护设置可包括与基于部件的过去使用要在部件上进行维护操作之前的剩余时间有关的数据。尽管图7中显示了步骤705和706与步骤4结合进行，但这些步骤也可以与任何其他步骤(例如步骤707)结合进行。

在步骤707中，将算法与所监控的操作参数一起应用，以计算部件的剩余时间。如上所述，该算法可以是具有输入和输出的方程式。或者，该算法可以是包括一组静态数据的查找表。根据步骤708，该方法可涉及与作业队列数据接口以预测部件的未来操作参数。步骤708可以在所示方法中的任何时候进行。

在步骤709中，向维护操作人员提供与部件的剩余时间有关的警报指示。

参照图8，示出了表示根据本发明的实施例的方法的一部分的流程图。该方法的第一步801可以放在在剩余时间已经计算完毕的图7所示的任何步骤(例如步骤703)之后。

在步骤801中，将第一组数据上传到服务器。第一组数据与每个部件的剩余时间和每个部件的操作参数有关。该数据可以从多个涂料涂饰系统上传，也可以通过互联网上传。

在步骤802中，对数据进行处理以确定用于配置部件的一组最佳的操作参数，以增加部件的剩余时间。可以在服务器上进行该处理(即，使用服务器的处理器和存储器)。

在步骤803中，下载来源于第一组数据的第二组数据。通常，该处理将使用涂料涂饰系统中的计算设备或控制器进行。