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DE102013017045A1 - Verfahren zur Identifikation und/oder Wiedererkennung von Komponenten eines elektromechanischen Systems - Google Patents

Verfahren zur Identifikation und/oder Wiedererkennung von Komponenten eines elektromechanischen Systems Download PDF

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DE102013017045A1
DE102013017045A1 DE201310017045 DE102013017045A DE102013017045A1 DE 102013017045 A1 DE102013017045 A1 DE 102013017045A1 DE 201310017045 DE201310017045 DE 201310017045 DE 102013017045 A DE102013017045 A DE 102013017045A DE 102013017045 A1 DE102013017045 A1 DE 102013017045A1
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Germany
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DE201310017045
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Inventor
Alexander Verl
Peter Zahn
Florian Frick
Philipp Eberspächer
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FISW STEUERUNGSTECHNIK GmbH
Original Assignee
FISW STEUERUNGSTECHNIK GmbH
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Publication date
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Abstract

Beim Verfahren zur Identifikation und/oder Wiedererkennung von Komponenten eines elektromechanischen Systems wird eine Kennung der jeweiligen Komponente erzeugt. Mittels wenigstens einer Messung zumindest einer physikalischen Größe, die durch wenigstens ein individuelles Merkmal der Komponente beeinflusst wird, wird eine Signatur der Komponente erzeugt. Die erzeugte Signatur wird über den Abgleich mit einer Vergleichssignatur zur Erzeugung einer eindeutigen Kennung verwendet. Mit ihr kann die betrachtete Komponente identifiziert werden, was zum Schutz gegen fahrlässiges oder absichtliches Verwenden von nicht vorgesehenen Komponenten dient.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation und/oder Wiedererkennung von Komponenten eines elektromechanischen Systems nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei der Anwendung von elektrischen Antrieben kommt in industriellen Anwendungen sowie in Fahrzeugen üblicherweise eine Kombination aus einer elektrischen Maschine (Wandlung eines elektrischen Drehfeldes in ein mechanisches Moment), einer entsprechenden Leistungselektronik (Umrichter zur Erzeugung des Drehfeldes aus einem elektrischen Zwischenkreis) sowie einem entsprechenden Reglersystem zur Ansteuerung der Komponenten zum Einsatz. Hierbei wird der in die Wicklungen der elektrischen Maschine hinein- oder hinausfließende Strom auf eine definierte, dem angeforderten Moment entsprechende Größe geregelt. Hierfür ist eine Rückführung der Größe des tatsächlich fließenden Stroms notwendig. Diese Rückführung wird üblicherweise durch Messung des Ist-Stroms in den Anschlussleitungen des Motors mittels geeigneter Strommessglieder ausgeführt.
  • Bei der Projektierung und im Einsatz von modularen Systemen kann es erforderlich sein, Vorkehrungen gegen den Austausch der Komponenten gegen inkompatible oder nicht vom Hersteller freigegebene Komponenten zu treffen. Grund hierfür kann die Erhaltung der Systemintegrität, die Gewährleistung der spezifizierten Funktion der Komponente durch den Hersteller oder vertragliche Vereinbarungen zum Bezug von Austauschteilen nur über freigegebene Lieferanten sein. Hierzu ist jedoch eine Identifikation der tatsächlich verwendeten Komponenten erforderlich. Weiterhin kann eine solche Erkennung die fahrlässige Verwechslung und/oder eine Fehlparametrierung bereits im Rahmen der Projektierung verhindern.
  • Bei Software-Produkten oder komplexen elektronischen Systemen wird ein solcher Schutz gegen nicht vorgesehene Nutzung beispielsweise durch die Verwendung von Freischaltungsschlüsseln in Kombination mit kryptographischen Verfahren gewährleistet.
  • Hierzu sind dedizierte Schnittstellen am abzusichernden System erforderlich, beispielsweise zur Abfrage komponentenintern abgelegter Schlüssel oder Identifikationsmerkmale, zur Verwendung eines Hardware-Dongles oder für die Verbindung zu einem Lizenzserver. Auch ist es üblich, Produkte über mitgelieferte Lizenzinformationen gegen unerlaubte Verwendung zu schützen. All diesen Einrichtungen gemein ist jedoch, dass diese Kosten, Komplexität und damit auch das Ausfallrisiko steigern.
  • Zur Anwendung von solchen Sicherungsverfahren ist es weiterhin notwendig, dass verwendete Komponenten eindeutig und manipulationssicher identifiziert werden. Handelt es sich dabei um Komponenten, welche mit keiner expliziten Schnittstelle zur Übertragung solcher Identifizierungsinformationen ausgestattet sind, ist die individuelle Authentifizierung einzelner Individuen mit den genannten Verfahren nicht möglich.
  • In einem elektromechanischen System befinden sich häufig solche Komponenten, welche über keine explizite Schnittstelle zum Datenaustausch verfügen. Dies betrifft einerseits Komponenten mit elektrischen Verbindungen ausschließlich zur Energieversorgung (beispielsweise elektrische Motoren), aber auch Komponenten mit rein mechanischer Kopplung (beispielsweise Führungen, Spindeln oder Lager). Daher können solche Komponenten mit den derzeit verwendeten Verfahren nicht individuell identifiziert und somit nicht abgesichert werden.
  • Es kann jedoch festgestellt werden, dass reale Komponenten durchaus individuelle physikalische Merkmale aufweisen. Dies können beispielsweise fertigungs- und konstruktionsbedingte Unterschiede sein. Diese beeinflussen dabei durchaus die in der Anwendung erfassbaren elektrischen oder mechanischen Größen, allerdings häufig in sehr geringer Ausprägung. Weiterhin ist der Wirkzusammenhang zwischen den einzelnen Merkmalen oftmals nicht – oder nur teilweise – bekannt.
  • Eine Datenerfassung und -Verarbeitung zur Nutzung dieses Zusammenhangs wird beispielsweise bereits in der Maschinendiagnose eingesetzt, um mechanische Schädigungen von Komponenten durch Überwachung und Auswertung der betriebsmäßig erfassten Ist-Größen zu erkennen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, dass auch Komponenten elektromechanischer Systeme zuverlässig identifiziert und/oder wiedererkannt werden können und damit die genannten Verfahren zur individuellen Absicherung anwendbar werden, ohne dass eine gesonderte Schnittstelle zum Austausch der erforderlichen Daten notwendig ist.
  • Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist eine individuelle Identifizierung der jeweiligen Komponenten ohne zusätzliche Schnittstellen und damit ohne zusätzlichen Kostenaufwand oder Ausfallrisiko möglich. Die individuelle Identifizierung ist mit der bereits vorhandenen Verbindung, beispielsweise zum Austausch elektrischer Energie, möglich. Hierbei wird einem elektromechanischen System bzw. einer zugehörigen Komponente aufgrund der sowieso im Betrieb gemessenen physikalischen Größen eine eindeutige und reproduzierbare Kennung zugewiesen, welche das Individuum selbst oder eine Gruppe von Individuen bezeichnet. Diese Kennung ist jeweils abhängig von einem oder mehreren individuellen Merkmalen der Komponente, welches sich auf eine messtechnisch erfassbare Größe auswirkt. Es wird aus der Messung der physikalischen Größe eine Signatur der jeweiligen Komponente generiert. Zur Identifizierung und/oder Wiedererkennung wird aus dieser Signatur eine zugehörige Kennung erzeugt. Kennzeichnend für diese Kennung ist, dass diese wiederholbar und eindeutig auf Basis der messbaren Größen einer Komponente erzeugt und in digitaler Darstellung verarbeitet werden kann. Für diese Erzeugung einer Kennung aus einer Komponentensignatur können entsprechend ausgewählte Vergleichssignaturen zum Einsatz kommen, welche vorteilhaft erzeugt und in einer Datenbank oder als Modellwissen vorgehalten werden. Die Kennung ergibt sich somit aus der Bezeichnung der Vergleichssignatur, welche die größte Übereinstimmung mit der gemessenen Signatur aufweist. Alternativ kann, beispielsweise soweit der Zusammenhang zwischen Merkmal und gemessener Größe bekannt ist, die Vergleichssignatur analytisch generiert werden.
  • Die das erfindungsgemäße Verfahren charakterisierende Erzeugung einer eindeutigen Kennung ermöglicht die Anwendung der oben genannten Methoden zur Absicherung auch für elektromechanische Komponenten. Dadurch wird es möglich, Systeme gegen absichtliche oder fahrlässige Fehlbenutzung zu sichern und die Verwendung nicht vorgesehener Komponenten zu unterbinden.
  • Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel werden in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
  • 1 die dem Verfahren zugrundeliegende Wirkbeziehung zwischen Merkmal und Messgröße,
  • 2 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 in schematischer Darstellung ein elektromechanisches System, ergänzt um die Funktionalität zur Identifikation der elektromechanischen Komponenten,
  • 4 ein Ausführungsbeispiel der Vorgehensweise zur Absicherung von Komponenten des elektromechanischen Systems,
  • 5 beispielhafte Ergebnisse eines Abgleichs von Signaturen mittels Ähnlichkeitsanalyse.
  • 1 zeigt den entsprechenden Wirkzusammenhang, welcher dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegt. Dargestellt ist ein beispielhaftes elektromechanisches System 1, dessen Zustand 2 sich in bekannte und unbekannte Zustandsgrößen 3 sowie in die für eine Identifikation relevanten Merkmale 4 unterteilen lässt. Sämtliche Elemente dieses Zustands 2 können als über eine nur teilweise bekannte Verkopplung 5 wechselwirkend betrachtet werden. Für das Verfahren relevant sind daraus resultierende messbare Ausgangsgrößen 6, welche sich in einerseits direkt vom Merkmal beeinflusste Größen 8 sowie andererseits unbeeinflusste Stützgrößen 7 unterteilen lassen.
  • Für die individuelle Ausprägung des Merkmals 4 (entsprechend 1) der jeweiligen Komponente kann lediglich die Produktionsstreuung ursächlich sein. Sie kann aber auch gezielt bei der Produktion in die zu identifizierende Komponente eingebracht werden. Kennzeichnend für ein solches Merkmal ist jedoch, dass es für die jeweilige Komponente charakteristisch, jedoch möglichst invariant gegenüber Schwankungen weiterer Umgebungsbedingungen ist.
  • Sofern die Betrachtung der Ausprägung eines einzelnen Merkmals nicht ausreichend für eine eindeutige Identifizierung ist, kann die Kennung der Komponente basierend auf der Kombination mehrerer Merkmale erzeugt werden.
  • Als messbare Größe 6 (entsprechend 1) können für das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft Strom, Spannung, Temperatur, Geschwindigkeit, Beschleunigung und dergleichen eingesetzt werden. Das Verfahren bedient sich dazu der Aufzeichnung einer oder mehrerer dieser physikalischen Größen unter definierten Randbedingungen. Zum Beispiel können an einem elektrischen Motor die physikalischen Größen der Wicklungsströme aufgezeichnet werden, während ein definiertes Bewegungsprofil durchfahren wird.
  • Zusätzlich können weitere Größen, wie zum Beispiel die Temperatur, als Stützgrößen 7 (1) aufgezeichnet und zur Kompensation (beispielsweise temperaturabhängiger) störender Effekte verwendet werden.
  • 2 stellt das grundsätzliche Vorgehen bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Folge von Ablaufschritten dar. Am betrachteten elektromechanischen System 10 erfolgt unter definierten Randbedingungen eine Messung entsprechender Ausgangsgrößen 11, welche von individuellen Merkmalen beeinflusst werden. Zusätzlich können weitere Größen als optionale Stützgrößen erfasst werden.
  • Weiterhin kann das Verfahren in vorteilhafter Weise durch eine gezielte Anregung des elektromechanischen Systems unterstützt werden. So kann beispielsweise die Größe des elektrischen Stroms als physikalische Größe gemessen werden, wobei gleichzeitig eine überlagerte hochfrequente Anregung des Systems beispielsweise durch gezielte Modulation der Leistungselektronik vorgenommen wird. Auf diese Weise werden im Falle eines elektrischen Motors außer der zur mechanischen Drehung äquivalenten Grundschwingung auch individuell charakteristische Oberwellen im Stromsignal angeregt und messbar, soweit diese innerhalb der Bandbreite des verwendeten Sensors liegen. Alternativ kann auch ein geeigneter Bewegungszustand der Komponente vorgegeben werden, welcher die Anregung entsprechender Oberwellen verursacht.
  • Auch ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, lediglich mechanisch gekoppelte Komponenten zu identifizieren. Beispielsweise führen die mechanischen Merkmale einer Antriebsspindel ebenfalls zu messbaren Effekten im Stromsignal des antreibenden Motors. Dieser Wirkzusammenhang ist beispielsweise aus der Diagnose von Maschinenelementen bekannt.
  • In der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Umsetzung dieser aufgezeichneten physikalischen Größen in eine die jeweilige Komponente charakterisierende Signatur im Prozessschritt der Kompression 12. Hierzu werden die Messwerte entweder in ihrer Gesamtheit zur Erzeugung der Signatur herangezogen. Vorteilhaft erfolgt jedoch eine Reduktion der Datenmenge auf die Untermenge der das jeweilige Merkmal eindeutig beschreibenden Daten. Zur Bestimmung sinnvoller Untermengen kann vorteilhaft ein Verfahren zur Abhängigkeitsanalyse 15 verwendet werden.
  • Weiterhin kann in diesem Schritt eine Kompensation von physikalischen Abhängigkeiten basierend auf den zusätzlich aufgezeichneten Stützgrößen erfolgen. Auch kann es vorteilhaft für die Interpretation der Datenreihen sein, diese in eine andere, geeignetere Darstellung zu überführen, beispielsweise Messreihen aus dem Zeit- in den Frequenzbereich zu transformieren. Ziel dieser Vorverarbeitung ist es, für die Erzeugung der individuellen Signatur irrelevante oder hinderliche Informationen aus den Messreihen zu eliminieren.
  • Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf Basis der ermittelten Signatur eine eindeutige Kennung erzeugt. Hierzu wird ein Vergleich zwischen der Signatur und einer Menge von Vergleichssignaturen durchgeführt, vorteilhaft mittels eines Verfahrens zur Ähnlichkeitsanalyse 13. Ein solches Verfahren stellt beispielsweise die Korrelationsanalyse zwischen Signatur und Vergleichssignatur dar. Die entsprechende Kennung 14 ergibt sich aus der Bezeichnung der Vergleichssignatur, welche maximale Ähnlichkeit zur gemessenen Signatur aufweist. Vorteilhaft ist dazu die Gesamtheit der Vergleichssignaturen so gewählt, dass diese maximale Ähnlichkeit stets für genau eine Vergleichssignatur auftritt.
  • Die Menge der Vergleichssignaturen ist entweder in Form einer Datenbank 16 oder durch entsprechende Modellbeschreibungen 16 gegeben. Im Falle einer Datenbank können die Vergleichssignaturen einerseits aus vorteilhaft gewählten generischen Mustern erzeugt werden. Beispielhaft hierzu können Walsh-Funktionen angewendet werden, welche aus der digitalen Signalverarbeitung bekannt sind. Alternativ können besonders vorteilhafte Vergleichssignaturen auf Basis von Systemwissen erstellt werden, welches im Rahmen einer auf Messungen basierenden Abhängigkeitsanalyse gewonnen wird.
  • Sofern der Zusammenhang zwischen dem relevanten Merkmal und der resultierenden Signatur analytisch bekannt ist, kann dieser zur Definition einer modellhaften Vergleichssignatur herangezogen werden. Zur Erzeugung einer Kennung aus kombinierten Merkmalen wird der Schritt der Ähnlichkeitsanalyse des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft für jede Teilmenge einer Signatur angewendet.
  • Die Erzeugung eines überprüfbaren und manipulationsgeschützten Autorisierungsschlüssels kann vorteilhaft mittels eines kryptografischen Verfahrens 17 auf Basis der erzeugten eindeutigen Komponentenkennung erfolgen. Hierzu können äquivalent zur Absicherung von Software-Produkten etablierte Algorithmen, beispielsweise Public-Key-Verfahren, herangezogen werden.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei zum einen in der Produktion der Komponente vorgesehen. Hierbei wird die Kennung erstmalig ermittelt und gegebenenfalls in eine Lizenzdatenbank übernommen oder ein entsprechender Freischaltschlüssel daraus berechnet. Vorteilhaft kann das Verfahren anschließend beim Anwender der Komponente periodisch (beispielsweise bei jedem Einschalten) durchgeführt werden, um die Autorisierung zur Nutzung der Komponente zu verifizieren.
  • In einer weiteren Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die periodische Anwendung lediglich dazu genutzt werden, um den Austausch einer Komponente zu erkennen. Hierzu wird die Kennung erstmalig direkt auf dem Zielsystem erzeugt, hinterlegt und periodisch auf Veränderung überprüft.
  • Weiterhin können Teile des Verfahrens auf einem entfernten Datenverarbeitungssystem, beispielsweise beim Hersteller der Komponente ausgeführt werden. Hierbei wird auf dem betrachteten elektromechanischen System lediglich die Aufzeichnung von Messdaten vorgenommen. Anschließend kann im Rahmen der Ähnlichkeitsanalyse ein wesentlich umfangreicherer Datenbestand (beispielsweise die Menge der Signaturen aller bereits produzierten Motoren) als Referenz verwendet werden. Die Kennung der Komponente kann hierbei als Referenz auf den bei der Produktion aufgezeichneten Datensatz aufgefasst werden.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in den 3 bis 5 dargestellt ist.
  • 3 zeigt beispielhaft ein elektromechanisches System 21 mit einem elektrischen Motor, welcher durch einen Antriebsregler 20 angesteuert wird. Dieser ist um die Funktionalität zur Identifikation der elektromechanischen Komponenten erweitert. Der Antriebsregler 20 beinhaltet eine Regelelektronik 22, die Ansteuersignale für eine Leistungselektronik 23 liefert. Sie ist bei einer beispielhaften Ausbildung als Umrichter mit einem elektrischen Zwischenkreis 24 verbunden. Der Umrichter erzeugt aus der im elektrischen Zwischenkreis 24 gespeicherten elektrischen Energie ein Drehfeld in bekannter Weise. Bei einer anderen Ausbildung kann die Leistungselektronik 23 auch mit dem elektrischen Netz verbunden sein. Nachgeschaltet der Leistungselektronik 23 ist ein Stromwandler 25, welcher ein zur Größe der Ströme in das elektromechanische System proportionales Signal an die Regelelektronik 22 liefert. Die Regelelektronik 22 benötigt diese Rückführung des momentanen Wertes zur Einprägung eines definierten Sollwertes.
  • In der Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Regelelektronik 22 und der Stromwandler 25 zusätzlich an ein Identifikationssystem 27 angeschlossen. Dieses kann, ebenso wie die Regelelektronik 22, an eine Benutzerschnittstelle 28 (Human Machine Interface) angeschlossen sein.
  • Die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, dass das Identifikationssystem 27 auf Basis der durch den Stromwandler 25 gemessenen Signale eine Identifikation der angeschlossenen elektromechanischen Komponente durchführt, die Autorisierung auf Basis eines hinterlegten Schlüssels oder der Verbindung zu einem externen Lizenzserver 30 überprüft und über eine Verbindung zur Regelelektronik 22 entsprechend die Funktion der Komponente freischaltet oder sperrt.
  • Beispielsweise soll ein elektrischer Motor als Komponente eines elektromechanischen Systems identifiziert werden. Dies wird anhand der Auswertung des Oberwellenspektrums der Ströme in dessen Motorwicklung mit Hilfe des beispielhaft umgesetzten erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert. Es ist dafür keine zusätzliche Schnittstelle zum elektrischen Motor notwendig, und die Identifikation erfolgt ausschließlich mit der bereits vorhandenen Sensorik.
  • Als individuelle charakteristische Merkmale kommen in diesem Fall beispielsweise Streuungen in der Geometrie der Motorwicklungen oder den mechanischen Eigenschaften in Betracht. Aufgrund fertigungstechnischer Toleranzen ist eine absolute Übereinstimmung dieser Merkmale zwischen unterschiedlichen Individuen auszuschließen.
  • Ein beispielhaftes Vorgehen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt 4. Dabei ist sowohl der Prozess während der Produktion 40 als auch in der Anwendung 49 der Komponente dargestellt. Ziel ist es, beim Verkauf 46 der Komponente 47 einen individuellen Freischaltcode 48 mitzuliefern, ohne welchen sich die Komponente ansonsten nicht in der Anwendung in Betrieb nehmen lässt.
  • Zur Erzeugung des entsprechenden Freischaltcodes schließen sich an die Herstellung der Komponente 41 die folgenden Prozessschritte an. Der Freischaltcode wird dabei entweder auf Basis individueller, inhärent vorhandener Merkmale der Komponente ermittelt werden, welche auf Grund der Produktionsstreuung vorhanden sind. Alternativ ist es in einem zusätzlichen Prozessschritt möglich, individuelle Merkmale in die Komponente definiert einzubringen (42). Dies könnte beispielsweise eine definierte, von Motor zu Motor unterschiedliche minimale Änderung der Wicklungsgeometrie sein. Anschließend ist es notwendig, die resultierende Signatur der Komponente messtechnisch zu erfassen 43. Hierzu wird beispielhaft der Strom in den Motorwicklungen gemessen, während der Motor durch eine übliche Ansteuerelektronik über einen definierten Weg bewegt wird. Die gemessenen Momentangrößen des Stroms werden zur weiteren Verarbeitung geeignet aufgezeichnet. Parallel können weitere Stützgrößen, wie die Komponententemperatur oder die Momentangrößen der Drehzahl, aufgezeichnet werden. Vorteilhaft kann weiterhin eine überlagerte Anregung des elektromechanischen Systems durch auf die Leistungselektronik aufmodulierten hochfrequenten Stimulus erfolgen.
  • Die Erzeugung der Signatur erfolgt entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, dargestellt in 2, durch eine Kompression 12 der gemessenen Daten. Hierzu können beispielsweise vorteilhaft im ersten Schritt die im Zeitbereich aufgezeichneten Daten mit Hilfe einer Fourier-Transformation in den Frequenzbereich überführt werden. Anschließend erfolgt beispielhaft eine Reduktion auf ein Teilspektrum, spezifiziert durch eine Anfangs- und Endfrequenz, außerhalb derer die Daten verworfen werden. Dieser Bereich wird dabei vorteilhaft so gewählt, dass er den Bereich einer spezifischen hochfrequenten Harmonischen abdeckt. Diese kann beispielsweise von der geometrischen Form der Wicklungen abhängig und charakteristisch für das individuelle Merkmal sein. Dieser Bereich wird anschließend auf einen einheitlichen Wertebereich normiert, damit die Darstellung der gemessenen Signaturen mit den hinterlegten Datenbanksignaturen übereinstimmt. Der auf diese Weise bereinigte und normierte Spektralverlauf stellt eine beispielhafte Signatur der gemessenen Komponente dar.
  • Wenn bei der Messung zusätzliche Zustandsgrößen, wie Temperatur oder Geschwindigkeit, erfasst worden sind, können diese zur Stützung der Messung herangezogen werden. So kann beispielsweise der Einfluss der Temperatur kompensiert werden, wenn die Temperatur ebenfalls erfasst worden ist und der Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem Oberwellenspektrum bekannt ist. Dies gilt ebenfalls für geschwindigkeitsabhängige Effekte.
  • Die Wahl der konkreten Parameter für die Kompression der Messungen wird jeweils für einen Komponententyp im Rahmen einer einmaligen Abhängigkeitsanalyse festgelegt. Hierzu werden beispielsweise von einer großen Zahl von Motoren unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen (wie Temperatur oder Drehzahl) Messwerte und Stützgrößen aufgezeichnet. Anschließend werden Intervalle im Oberwellenspektrum der Komponenten identifiziert, welche die Anforderungen eines individuellen Merkmals gemäß 1 erfüllen. Dies bedeutet, dass das Spektrum an dieser Stelle möglichst wenig von Umgebungsbedingungen und Betriebszustand, aber gleichzeitig maximal von der Identität des Motors abhängig ist.
  • Die Komplexitäts-Reduktion kann auch mehrfach mit unterschiedlichen Parametern durchgeführt werden. Dadurch wird eine Signatur aus kombinierten charakteristischen Merkmalen generiert, was die Zuverlässigkeit bei der Identifikation der Komponenten erhöht.
  • Zur Erzeugung der individuellen Kennung 44 (4) erfolgt eine Ähnlichkeitsanalyse der erzeugten Signatur gegenüber Vergleichssignaturen. Diese können entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielhaft generisch so gewählt werden, dass die Vergleichssignaturen gegeneinander eine minimale Kreuzkorrelation aufweisen, beispielsweise Walsh-Funktionen. Wie in 5 dargestellt, wird mittels Korrelation der komponenteneigenen Signatur zu sämtlichen Vergleichssignaturen die Paarung mit maximaler Ähnlichkeit ermittelt. Dargestellt sind die ermittelten komponenteneigenen Signaturen 60, vier generisch gewählte Vergleichssignaturen in der Signaturdatenbank 61 sowie der Grad der Ähnlichkeit für sämtliche Paarungen 62. Aus 5 ist ersichtlich, dass die Signatur der Komponente 1 eine maximale Ähnlichkeit 63 mit der Vergleichssignatur 1 aufweist, bei Komponente 2 ist die maximale Ähnlichkeit 64 zu Vergleichssignatur 3 gegeben. Die Bestimmung der Ähnlichkeit mittels Korrelationanalyse ist vorteilhaft, da solche Verfahren robustes Verhalten auch bei störungsbehafteten Messdaten zeigen. Die Kennung der Komponente ergibt sich aus der Kombination der für unterschiedliche Intervalle im Oberwellenspektrum zutreffenden Vergleichssignaturen.
  • Die erzeugte Kennung wird anschließend zu einem individuellen Freischaltcode verrechnet. Hierzu kommen beispielhaft die in Software-Produkten verwendeten Public-Key-Verfahren zum Einsatz. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass der Freischaltcode beim Anwender verifiziert werden kann, ohne den lediglich dem Komponentenhersteller bekannten privaten Schlüssel offenlegen zu müssen.
  • Dem Anwender wird im Rahmen des Verkaufs 46 neben der Komponente 47 auch der Freischaltcode 48 übermittelt (4).
  • Die Anwendung 49 der Komponente erfolgt in einem erfindungsgemäß abgesicherten System. Hierdurch soll gewährleistet werden, dass lediglich solche Komponenten in Betrieb genommen werden können, für die ein individuell gültiger Freischaltcode vorliegt. Hierzu wird die Komponente beispielsweise an einen entsprechend erweiterten Antriebsregler 20 gemäß 3 angeschlossen.
  • Durch diese Verfahrensweise wird verhindert, dass nicht freigegebene Komponenten, insbesondere Austauschkomponenten, verwendet werden, durch welche die Funktionssicherheit nicht mehr gewährleistet ist. Auch können vertragliche Vereinbarungen festlegen, dass nur autorisierte Komponenten verwendet werden. Solche nicht vorgesehenen Komponenten können auch Komponenten sein, die nicht kompatibel oder die nicht zu konfigurierten Systemparametern des elektromechanischen Systems kompatibel sind.
  • Die Überprüfung der Identität des Motors kann dabei periodisch bei jedem Einschaltvorgang überprüft werden. Das entsprechende Vorgehen zur Erzeugung der Signatur mittels Messung 50 sowie zur Erzeugung der Kennung 51 erfolgt analog und mit identischen Parametern zu dem Vorgehen in der Produktion 43 und 44.
  • Nach Anwendung des Public-Key-Verfahrens 52 kann ein Abgleich der Komponente gegen den mitgelieferten Freischaltcode 53 oder mit einer Lizenzdatenbank 54 erfolgen. Nur wenn dieser Abgleich eine Übereinstimmung ergibt, wird die Komponente durch den Antriebsregler 20 für den Betrieb freigeschaltet 55. Andernfalls wird die Inbetriebnahme verweigert und der Anwender über die fehlgeschlagene Identifizierung in Kenntnis gesetzt.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Identifikation und/oder Wiedererkennung von Komponenten eines elektromechanischen Systems durch Erzeugung einer Kennung der jeweiligen Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens einer Messung zumindest einer physikalischen Größe, die durch wenigstens ein individuelles Merkmal der Komponente beeinflusst wird, eine Signatur der Komponente erzeugt wird, und dass die erzeugte Signatur über den Abgleich mit einer Vergleichssignatur zur Erzeugung einer eindeutigen Kennung verwendet wird, mit welcher die betrachtete Komponente identifiziert werden kann, was zum Schutz gegen fahrlässiges oder absichtliches Verwenden von nicht vorgesehenen Komponenten dient.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichssignatur in einer Datenbank (16) gespeichert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Signatur mit auf Basis von Modellwissen erzeugten Vergleichssignaturen abgeglichen wird, wenn der Zusammenhang zwischen dem individuellen, physikalischen Merkmal (4) und der messtechnisch erfassten Größe (6) analytisch bekannt ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als messtechnisch erfasste Größe (6) Strom, Spannung, Temperatur, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Schall, elektromagnetische Emission und dergleichen verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Merkmal durch Konstruktion oder Fertigung (41) der Komponente festgelegt ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Merkmal in einem speziellen Prozessschritt (42) in die Komponente eingebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung durch eine definierte Anregung des elektromechanischen Systems (1) unterstützt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte in ihrer Gesamtheit zur Erzeugung der Komponentensignatur (43) herangezogen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Teilmenge der Messwerte zur Erzeugung der Komponentensignatur (43) herangezogen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte durch geeignete Verfahren in eine vorteilhafte Darstellung transformiert werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung der Messwerte mit weiteren messbaren Größen gestützt oder deren Einfluss kompensiert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich zwischen der erzeugten Komponentensignatur und der Vergleichssignatur mittels einer Ähnlichkeitsanalyse (13) durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung auf Basis von mehreren Merkmalen erzeugt wird, indem entsprechende Schritte des Verfahrens zwei- oder mehrfach angewendet werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung und Auswertung periodisch durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung und Auswertung nur einmalig durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der einer Komponente zugeordneten Kennung mittels kryptografischer Verfahren (17) die bestimmungsgemäße Verwendung von Komponenten sichergestellt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Komponente ein elektrischer Motor in industriellen Anwendungen oder an Fahrzeugen ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Signatur lediglich zur Erkennung einer veränderten oder ausgetauschten Komponente herangezogen wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ganz oder teilweise auf einem entfernten Datenverarbeitungssystem ausgeführt wird.
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