====== Automatisierte Prozessoptimierung ====== Mit der Prozessoptimierung können für gewählte Metamaschinenkonfigurationen automatisch geeignete Prozessparameter (Durchsatz, Drehzahl, Temperaturprofil) ermittelt und anhand definierter Zielgrößen bewertet werden. Die Optimierung erfolgt als **Schwarmoptimierung (PSO = Particle Swarm Optimization / Schwarmintelligenz)**. **Öffnen des Optimierungsdialogs** Zum Öffnen des Optimierungsdialogs wählt man im Hauptmenü: **Steuerpfad:** ''Hauptmenü > Simulation > Optimierung…'' Daraufhin startet ein Optimierungsassistent mit mehreren Schritten und hilft bei der Lösung der Optimierungsaufgabe. =====Metamaschinen wählen ===== In diesem Schritt wird festgelegt, **welche Maschinenkonfigurationen** in Form von Metamaschinen zur Optimierung in Betracht gezogen werden sollen. {{ :de_sigma151_dlg_opt_001.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Metamaschinen wählen (1/8)}} Zunächst kann der Anwender eine oder verschiedene **durchmesserunabhängige Metamaschine(n)** auswählen. Die Metamaschine definiert den grundsätzlichen Schneckenaufbau nebst Zudosierungen (z. B. einstufig, zweistufig, Entgasung, Seitenzugabe etc.) und dient als geometriebasierter Rahmen für die spätere Optimierung. === Funktionen === Im oberen Teil des Dialoges kann über das Feld **Verzeichnis** der Ordner gewählt werden, aus dem Metamaschinen geladen werden. **Filter** Es stehen Filtermöglichkeiten zur Verfügung, um die angezeigten Metamaschinen einzugrenzen: * **Filtern n. Verwendungszwecken** * **Filtern n. Materialien** Info: Maschinen werden angezeigt, wenn in der Kategorie mind. ein Filter übereinstimmt. === Maschinenliste (links) === Links befindet sich die Liste **Maschinen** mit den verfügbaren Metamaschinen. Diese können ausgewählt werden. Buttons: * **Alle** – markiert alle Einträge * **Löschen** – hebt Auswahl zurück / löscht Auswahl === Vorschau und Metamaschineninformationen === Im rechten Bereich wird eine grafische Vorschau der Metamaschine angezeigt (Schneckenkonfiguration / Zylinderdarstellung). Unterhalb der Vorschau werden notwendige Kenndaten angezeigt: * **Zugaben** (Anzahl der Zugabestellen) * **Länge** (in L/D-Darstellung) Außerdem befindet sich ein Feld **Kommentar** unterhalb der Metaschine, in dem weitere Informationen einer Metamaschine ausgelesen werden können. =====Baukasten und Werkzeug wählen ===== In diesem Schritt wird festgelegt: * welcher **Maschinenbaukasten** (*.mbk) für die Erstellung und Anwendung der durchmesserunabhängigen Metamaschine (Schnecken- und Zylinderkonfiguration) verwendet wird. * welches **Werkzeug** (Standarddefinition oder eigenes definertes Werkzeug an der Schneckenspitze) eingesetzt wird. {{ :de_sigma151_dlg_opt_002.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Baukasten und Werkzeug wählen (2/8)}} === Baukasten === Im oberen Bereich muss der Maschinenbaukasten der zu optimierenden Schnecken- und Zylinderkonfiguration angegeben werden. Anschließend wird er angezeigt (Pfad zur *.mbk-Datei). **Verfügbare Funktionen:** * Baukasten laden * Baukasten aus anderen Prozess importieren * **Bearbeiten...** – öffnet den Baukasten zur Anpassung (verfügbare Schnecken- und Zylinderelemente) Darunter wird eine grafische Vorschau der daraus erzeugbaren Schnecken-/Maschinenkonfiguration angezeigt. === Metamaschinen-Navigation === Falls mehrere Metamaschinen ausgewählt wurden, kann über: * **Vorherige** * **Nächste** zwischen den Metamaschinen gewechselt werden. So kann geprüft werden, ob der gewählte Baukasten die Metamaschinen abbilden kann. === Bereich Werkzeug === Im unteren Bereich wird das Werkzeug definiert. Weitere Funktionen: * **Standard** – nutzt ein voreingestelltes Standardwerkzeug * **Anderes** – ermöglicht Definition / Import eines eigenen Werkzeugs - Werkzeug importieren aus Datei oder anderem Prozess - Werkzeug neu anlegen * **Bearbeiten...** – Werkzeugdaten öffnen und bearbeiten =====Verfahrensparameter wählen ===== In diesem Schritt werden die **Ausgangs-Verfahrensparameter** für jede gewählte Metamaschine definiert. Diese bilden die Ausgangsbasis, auf der die Optimierung aufsetzt. {{ :de_sigma151_dlg_opt_003.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Verfahrensparameter wählen (3/8)}} Der Aufbau des Dialogs orientiert sich an dem der bekannten [[simulation:verfahrensparameter_-_allgemein|Prozessverfahrensparametern]] * Navigation zwischen mehreren Metamaschinen (**Vorherige / Nächste**) * Anzeige der aktiven **Metamaschine** * Button **Übernehme für alle** (überträgt die aktuellen Einstellungen auf alle ausgewählten Verfahrensparameter der jeweiligen Metamaschinen) Damit können die Verfahrensparameter strukturiert eingestellt werden. =====Prozess-Berechnungseinstellungen wählen ===== In diesem Schritt wird festgelegt, **welche Modellberechnungen** im Rahmen einer einzelnen SIGMA Simulation durchgeführt werden und unter welchen Abbruchbedingungen iterative Teilberechnungen beendet werden. {{ :de_sigma151_dlg_opt_004.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Prozess Berechnungseinstellungen (4/8)}} Weitere Informationen zu den Berechnungseinstellungen finden Sie [[simulation:berechnung|hier]]. =====Zielvorgaben bestimmen ===== In diesem Schritt werden die **Optimierungsziele** definiert. Dazu werden für zu erledigende Aufgabe Prozessgrößen, Grenzen, Zielwerte, Bewertungsmethoden und Gewichtungen festgelegt. {{ :de_sigma151_dlg_opt_005.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Zielvorgaben bestimmen (5/8)}} Die Übersicht enthält für alle Zielgrößenparameter folgende Spalten: * **Parameter (Zielgrößen)** * **min** * **max** * **Ziel** * **Bewertungsmethode** * **Gewichtung** ===Zielgrößen=== * **Durchsatz** * **Verweilzeit** * **Temperatur** * **Energieeintrag** * **Faserendlänge** * **Druck an der Schneckenspitze** === Bewertungsmethoden === In der Spalte **Bewertungsmethode** sind verschiedene Bewertungslogiken für jede Zielgröße auswählbar. * **maximieren** (aufsteigende Bewertung, "max"-Wert ist das Optimierungsziel) * **minimieren** (absteigende Bewertung, "min"-Wert ist das Optimierungsziel) * **Ziel** (Der unter "Ziel" festgelegte Wert ist das Optimierungsziel) Die erste Priorität der Optimierung ist, Prozesse innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu finden. Erst danach wird versucht, die Zielwerte zu erreichen. === Gewichtung === Mit der **Gewichtung** wird festgelegt, wie stark ein Parameter in die Gesamtbewertung eingeht. * hohe Gewichtung: Großer Einfluss auf die Optimierungsbewertung * niedrige Gewichtung: Geringer Einfluss * Gewichtung = 0: Entsprechender Parameter wird nicht berücksichtigt === Zusätzliche Bewertungseinstellungen === * **Beachte Warnungen** * **Beachte Aufschmelzen** Diese Optionen ermöglichen es, Warn- und Aufschmelzbedingungen in die Bewertung der Ergebnisse einzubeziehen. =====Berechnungseinstellungen – Optimierungsstrategie (PSO) ===== In diesem Schritt werden die Parameter der **PSO (Particle Swarm Optimization / Schwarmintelligenz)** eingestellt. {{ :de_sigma151_dlg_opt_006.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Berechnungseinstellungen Optimierungsstrategie (6/8)}} === Einstellparameter (PSO) === * **Schwarmgröße:** Anzahl der Partikel (Lösungskandidaten), die pro Iteration gleichzeitig untersucht werden (größere Schwarmgröße = breitere Suche im Parameterraum, höhere Rechenzeit pro Iteration) * **Geschwindigkeitskoeffizient C1:** Gewichtung der Bewegung eines Partikels in Richtung seines **lokalen Bestwertes** (eigene beste gefundene Lösung). * **Geschwindigkeitskoeffizient C2:** Gewichtung der Bewegung eines Partikels in Richtung des **globalen Bestwertes** (beste Lösung des gesamten Schwarms). * **Trägheitsgewicht:** Gewichtung der Geschwindigkeitskomponente aus der **vorangegangenen Iteration**. **Allgemeine Schwarmeffekte:** * höheres Trägheitsgewicht -> stärkere Beibehaltung der Bewegungsrichtung (explorativ) * niedrigeres Trägheitsgewicht -> stärkere Fokussierung / ruhigere Konvergenz (exploitativ) === Abbruchbedingung der Optimierung === Es kann gewählt werden zwischen: * **Minimale Abweichung unterschritten** * **Maximalzahl an Iterationen erreicht** * **Anzahl der Iterationen** === Empfehlung === Die voreingestellten Parameter sind für die meisten Anwendungsfälle geeignet und werden empfohlen. Sie können bei Bedarf angepasst werden, z. B. für: * größere Suchräume * schnellere Groboptimierung * robustere Konvergenz bei komplexen Zielvorgaben =====Berechnung / Schwarmoptimierung ===== In diesem Schritt wird die eigentliche Optimierung mit den zuvor definierten Einstellungen durchgeführt. {{ :de_sigma151_dlg_opt_007.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Berechnung / Schwarmoptimierung (7/8)}} === Status und Protokoll === **Status** Im linken oberen Bereich wird der Rechenzustand angezeigt: * **Berechnung läuft...** * verbleibende Zeit / Fortschrittsabschätzung **Buttons** * **Abbrechen** – beendet die laufende Optimierung * **Schwarm neu berechnen** – startet den Schwarm erneut (je nach Status ggf. deaktiviert) * **kopieren** – kopiert das Protokoll (Log) in die Zwischenablage **Logfenster** Im Protokollbereich werden Rechenschritte ausgegeben, z. B.: * Berechnung gestartet * Initialisiere Schwarm * Schwarm initialisiert * Starte Schwarmiteration === Visualisierung der Partikel === Im Diagramm (Suchraum) werden Partikel (einzelne Prozesse) visualisiert. * **x-Achse:** Drehzahl * **y-Achse:** Durchsatz Die farbige Darstellung der Partikel wird über die darunter gezeigte Farbskala interpretiert. === Farbskala / Temperaturprofil === Unter dem Diagramm ist eine Farbskala mit der Beschriftung **Temperaturprofil** sichtbar (-50 °C bis +50 °C). Diese dient der Visualisierung eines temperaturbezogenen Parameters bzw. einer Profilabweichung (Zylindertemperaturprofil-Delta). === Iterationsanzeige === Unterhalb des Diagramms: * **Iteration** (mit Schieberegler / Anzeige) Damit kann die Darstellung einzelner Iterationszustände betrachtet werden. =====Ergebnisse auswählen / Prozess speichern ===== Nach Abschluss der Optimierung werden die Ergebnisse (Partikel / Kandidatenprozesse) in einer Ergebnisliste dargestellt. {{ :de_sigma151_dlg_opt_008.png?direct&1000 |Prozessoptimierung – Ergebnisse auswählen / Prozess speichern (8/8)}} === Partikelliste === Unter **Partikel** werden alle berechneten Kandidatenprozesse aufgelistet, typischerweise mit einer Bewertung in Klammern. Funktionen: * Auswahl einzelner Partikel * Mehrfachauswahl für Vergleich (Checkboxen) * Sortierung erfolgt in der Regel nach Bewertung (absteigend / bester Kandidat oben) === Prozessparameter === Im oberen rechten Bereich werden für ausgewählte Partikel die wichtigsten Ergebnisgrößen tabellarisch angezeigt. * **Durchsatz [kg/h]** * **Verweilzeit [s]** * **Temperatur [°C]** * **Energieeintrag [kWh/kg]** * **Faserendlänge [µm]** * **Druck an der Schneckenspitze [bar]** * **Bewertung [%]** Zusätzlich wird eine Zeile **Gewichtung** angezeigt, um die aktive Bewertungslogik transparent zu machen. === Bereich Prozesskennzahlen === Der mittlere Bereich zeigt pro ausgewähltem Kandidaten weitere Konfigurationsdaten: * **Konfiguration** * **Metamaschine** * **Drehzahl [1/min]** * **Durchsatz [kg/h]** * **Zylindertemperaturprofil (delta) [°C]** Damit lassen sich Kandidaten direkt miteinander vergleichen. **Partikel:** Im unteren Bereich steht eine zusätzliche Darstellungs-/Vergleichsfläche für die ausgewählten Partikel zur Verfügung. **Prozess erzeugen:** Mit dieser Funktion kann aus einem ausgewählten Optimierungskandidaten ein SIGMA-Prozess erzeugt bzw. gespeichert werden. Anschließend wird der Assistent mit **Finish** abgeschlossen. ===== Hinweise ===== === Zielvorgaben sinnvoll wählen === * Grenzen (min/max) nicht zu eng setzen, damit der Algorithmus genügend Suchraum hat. * Zielwerte nur dort verwenden, wo ein tatsächlicher Sollwert existiert (z. B. Temperatur, Druck). * Gewichte bewusst setzen (z. B. Durchsatz hoch gewichten bei Produktionsoptimierung, Temperatur/Verweilzeit höher bei produktschonender Verarbeitung). === PSO-Parameter === * Mit den **Standardwerten** starten. * Größere **Schwarmgröße** erhöht die Wahrscheinlichkeit, gute Lösungen zu finden, erhöht aber die Rechenzeit. * Mehr **Iterationen** verbessern häufig die Konvergenz, insbesondere bei komplexen Zielfunktionen. === Ergebnisbewertung==== * Nicht nur den besten Bewertungswert betrachten, sondern auch Prozessrobustheit prüfen. * Mehrere Partikel vergleichen (z. B. ähnliche Bewertung, aber unterschiedliche Drehzahl-/Temperaturprofile). * Vor dem finalen Speichern Plausibilität der Kennzahlen und Warnungen prüfen.