Predictive Maintenance

Wartung 4.0 senkt Kosten

| Autor: Stefanie Michel, Reinhold Schäfer

Mit schlauer Instandhaltung lassen sich die Porduktionskosten weiter senken.
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Mit schlauer Instandhaltung lassen sich die Porduktionskosten weiter senken. (Bild: NSK)

Die vorausschauende Wartung soll den Unternehmen helfen, mit ihren Maschinen mehr Effizienz und eine höhere Produktivität zu erzielen. Studien zeigen einen Rückgang der Wartungskosten bis 30 % und bis 70 % weniger ungeplante Stillstände. Und das Beste: Mittlerweile haben sich die Hersteller von Zulieferteilen darauf eingestellt und bieten schon die dazu notwendigen Produkte an.

Hersteller stehen im weltweiten Wettbewerb und ihre Kunden erwarten Lieferung und Service rund um die Uhr. Wer nicht liefern kann, den ersetzt im Zweifelsfall ein anderer Lieferant. Deshalb wird es immer wichtiger, drohende Stillstandszeiten und unvorhergesehenen Ausfall von kritischen Komponenten rechtzeitig im Vorfeld zu erkennen. Viele Anlagen- und Maschinenbauer haben im Zuge der Digitalisierung schnell erkannt, dass sich im Bereich Service und vorausschauende Wartung durch den Einsatz von Sensorik und Big Data Analytics einiges verbessern kann. Auf den Störfall zu warten, soll der Vergangenheit angehören.

Die Hersteller haben die Bedeutung von Predictive Maintenance bereits erkannt

Die Bedeutung von Predictive Maintenance – besonders als Teil einer Industrie 4.0 beziehungsweise als Anwendung des Internet of Things (IoT) – haben Hersteller, Anwender und Verbände bereits erkannt; das haben der VDMA-Kongress Predictive Maintenance 4.0 im Februar und die Predictive-Maintenance-Ausstellung auf der Hannover Messe im April dieses Jahres ebenso gezeigt, wie es bereits eine Studie von McKinsey von 2015 eingeschätzt hat. Peter-Michael Synek, stellvertretender Geschäftsführer des Fachverbandes Fluidtechnik im VDMA: „Predictive Maintenance ist aktuell die meistdiskutierte und -hinterfragte Maintenance-Repair-Overhaul-Strategie.“ Die Gründe liegen auf der Hand: Laut einer aktuellen Studie des Weltwirtschaftsforums und des Beratungsunternehmens Accenture, die der VDMA zitiert, könnten bei geplanten gegenüber ungeplanten Reparaturen 12 % und bei den Wartungskosten fast 30 % eingespart werden. Darüber hinaus könne der Anteil ungeplanter Stillstände um 70 % zurückgehen. In der Studie von McKinsey erwartet man 50 % weniger Ausfallzeiten sowie 20 bis 40 % geringere Wartungskosten für Produktionsanlagen und Medizinprodukte. Eine Roland -Berger-Studie zeigt zudem, dass mit Predictive Maintenance nur noch 15 % der Zeit mit Instandhaltung verbracht wird, bei „reaktiver“ Instandhaltung sei dies 40 % der Zeit. Das Einsparpotenzial hinsichtlich Kosten und Zeit ist also enorm, sodass sich die Investitionen bald amortisieren könnten.

Die Entwicklung in Richtung vernetzter Produktion und Industrie 4.0 unterstützt das Konzept der vorausschauenden Wartung, denn die intelligenten Komponenten können aufgrund der integrierten Sensorik zahlreiche Daten aufnehmen und an ein Auswertesystem übertragen. Somit ist Predictive Maintenance eine hervorragende Strategie, um das Zusammenspiel zwischen Maschinenbau und IT anwendungsbezogen zu nutzen. Synek: „Ziel dieser neuen Instandhaltungsstrategie ist es, unvorhergesehene Ausfälle zu vermeiden und damit verbundene Produktionsengpässe zu reduzieren beziehungsweise auszuschließen. Dadurch nimmt die Produktivität zu, Instandhaltungs- und Servicekosten sinken, Fertigungsqualität und Planungssicherheit steigen. Im Ergebnis fallen auch die Gesamtbetriebskosten.“

Das hört sich nun für den Anwender sehr vielversprechend an. Doch was bieten die Hersteller von Zulieferteilen konkret an, damit es nicht zu unvorhergesehenen Ausfällen der Maschinen kommt? Denn gerade bei Anwendern mit automatisierten Prozessen muss alles wie am Schnürchen laufen. Ausfälle – noch dazu aufgrund unzureichender Wartung – kann man sich dort überhaupt nicht leisten. Doch wie nachfolgende Beispiele zeigen, haben sich schon einige Zulieferer darauf eingestellt.

Mit schlauer Instandhaltung auf dem Weg zu Industrie 4.0

Mit Produkten und Lösungen, die vom Sensor in die Cloud führen, zeigt der Automobilzulieferer Schaeffler, wie die Zustandsüberwachung mit Datensicherung und -verarbeitung in Zukunft aussieht, wie Kunden von den Schaeffler-Online-Services zur Fernüberwachung von Maschinen und Anlagen profitieren und wie Wartungsintervalle erstmals belastungsabhängig bestimmt werden können. Der Technologiedemonstrator Antriebsstrang 4.0, den das Unternehmen in diesem Jahr auf der Hannover Messe präsentierte, stehe beispielhaft für vorausschauende Instandhaltung bei industriellen Antrieben. An diesem Exponat will Schaeffler unter anderem die automatisierte Wälzlagerdiagnose konkret erfahrbar machen.

„Mit unseren Technologieträgern und Softwareprodukten wie Bearinx demonstrieren wir das Potenzial digitalisierter Produkte, das wir auf zahlreiche Branchen übertragen, wie etwa Werkzeugmaschine, Windkraft oder Bahn“, so Dr. Stefan Spindler, Vorstand der Sparte Industrie der Schaeffler AG. Er ist sicher: „Schaeffler hat die besten Voraussetzungen, die Chancen der Digitalisierung zu nutzen und den klassischen Maschinenbau zur vernetzten Industrie 4.0 weiterzuentwickeln.“

Der Technologiedemonstrator „Antriebsstrang 4.0“ besteht aus Motor, Kupplung und Getriebe und soll stellvertretend für verschiedenste Antriebe in allen Leistungsklassen und Anwendungen stehen. In den Antrieb integriert seien zahlreiche Sensoren, Messgeräte und Aktoren, die ihre Messwerte an die Cloud-basierte Softwareplattform übermitteln beziehungsweise auf Basis der Datenanalyse entsprechend angesteuert werden. Ein Beispiel ist die Berechnung der Restlaufzeit von Wälzlagern im Betrieb – und somit auf Basis realer Belastungen. Mit dieser Marktneuheit biete Schaeffler den Betreibern von Maschinen eine vorausschauende Instandhaltungslösung, die sehr weit in die Zukunft reiche, ohne dass bereits eine Unregelmäßigkeit an den Antrieben aufgetaucht und detektiert worden sein müsse.

Integriertes Messsystem ermöglicht vorbeugende Wartung

Speziell für Windkraftanlagen hat der Wälzlagerhersteller SKF ein Cloud-basiertes Instandhaltungs-Supportsystem entwickelt. Es dient sowohl zur Datenerfassung als auch zur -analyse, denn das System ist an Sensoren angeschlossen, die Temperatur-, Luftfeuchtigkeits- und Schwingungswerte oder auch andere Betriebsparameter erfassen. Die so gewonnenen Daten können zudem mit Fotos und Videoclips angereichert und in die Cloud hochgeladen werden. Damit erhalten die Betreiber per App aussagekräftige Informationen über den Zustand ihrer Windenergieanlage. Es ist auch möglich, sofortige Warnhinweise oder konkrete Tipps zum Ergreifen von Gegenmaßnahmen auszugeben, falls sich manche Messwerte außerhalb von definierten Toleranzen bewegen sollten.

Besonders häufig kommt es natürlich bei bewegten Vorgängen zu erhöhtem Verschleissund damit zu Wartungsfällen. Damit dies rechtzeitig erkannt wird, bietet Bosch Rexroth zum Beispiel ein in einer Linearführung integriertes Messsystem an. Es ist durch die Integration zusätzlicher Temperatur- und Bewegungssensoren bereits auf zukünftige Anforderungen von Industrie 4.0 vorbereitet. Die zusätzlichen Sensoren ermöglichen Maschinenkonstrukteuren beispielsweise das Auslesen der Temperaturlast und der tatsächlichen Dynamik. Die Sensordaten bilden auch die Basis für zukünftige Konzepte zur vorausschauenden Wartung. Der Anwender kann damit Betriebszustände online erfassen und auswerten. Messen die Beschleunigungssensoren Veränderungen wie zunehmende Vibrationen, dann deutet das auf Verschleissoder andere Probleme hin. Die Instandhaltung kann dann geplant eingreifen, bevor es zu einem Maschinenstillstand kommt.

Smart Plastics warnen rechtzeitig vor einem Ausfall

Auch Energieketten verrichten ihren Dienst jahrelang als unscheinbare Hilfseinrichtung, um bewegte Kabel in der Fertigung zu schützen. Doch manchmal sind die Einsatzfälle so materialverschleißend, dass djene auch einmal ausfallen können. Damit dieser Materialverschleissrechtzeitig angezeigt wird, hat Igus nun einen Sensor in die Kette eingebaut. Doch nicht nur dort verrichten die Sensoren als Smart Plastics von Igus ihren Dienst. Auch bei der Linearführung Drylin und der intelligenten Leitung dienen sie zur Überwachung des Zustands. „Die mit einem Sensor ausgerüsteten Produkte warnen rechtzeitig vor einem Ausfall“, erklärt Harald Nehring, Prokurist bei Igus. Das Angebot mit dem Namen Isense bestehe aus unterschiedlichen Sensoren und Überwachungsmodulen. Durch die Vernetzung mit dem Igus-Communication-Modul (Icom) erfolge die direkte Integration in die Infrastruktur des Kunden.

Auch Leuze Electronic entwickelt in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit Murrelektronik Sensorleitungen mit „Smartcore-Technologie“. Aufgrund dieser werden in einer bewegten Leitung Fehler – beispielsweise Aderbruch oder Wackelkontakte – erkannt, noch bevor die Leitung störanfällig wird oder ganz ausfällt, heißt es. Damit würden kostenintensive Anlagenstillstände vermieden. Durch eine in IO-Modulen integrierte Messfunktion werde der in der Instandhaltung tätige Mitarbeiter mit einer prädiktiven Diagnosemeldung informiert, wenn sich die Leitung bei etwa 85 % ihrer maximalen Lebensdauer befindet.

Lückenlose Aufzeichnung und Analyse von Prozessdaten

In der Smart Factory bestehen vielfältige Anforderungen hinsichtlich Online- und Offline-Zustandsanalyse, vorausschauender Wartung, Mustererkennung, Maschinenoptimierung oder Langzeitarchivierung von Daten. Dies setzt eine möglichst lückenlose sowie zyklussynchrone Datenerfassung voraus. Genau dafür hat Beckhoff nach eigenen Angaben Twincat Analytics entwickelt: Die prozessrelevanten Daten stehen lokal oder als Cloud-basierte Lösung auf einem Server im Unternehmensnetzwerk beziehungsweise in einer öffentlichen Cloud zur Verfügung.

Maschinenwartungen werden im Produktionsleitstand visualisiert

Und auch bei den Anbietern von Produktionssystemen ist die vorausschauende Wartung ein Werkzeug, das bereits angeboten wird: Im aktuellen Release der MDE/MES-Lösung Evoperformance hat der Softwarehersteller EVO Informationssysteme GmbH die Visualisierung von Instandhaltungsmaßnahmen an Maschinen im Produktionsleitstand integriert. Die Erfassung der geplanten und ungeplanten Wartungen kann über mobile Geräte oder an einem PC erfolgen. Mit zusätzlich integrierten Standardfunktionen werden die Wartungsmaßnahmen im Produktionsleitstand in Echtzeit angezeigt.

Diese Visualisierung soll die Transparenz in der Fertigung steigern und es dem Anwender ermöglichen, zeitnah Kapazitätsengpässe zu erkennen und darauf zu reagieren. Mithilfe der geplanten und ungeplanten Instandhaltungsmaßnahmen könne der Verantwortliche in der Fertigungssteuerung sofort die Maschinenausfälle erkennen. Der Produktionsplaner könne sich so noch besser und schneller einen Überblick über die verfügbaren Maschinen verschaffen.

Webbasierte Fernwartung: schneller Service für hohe Anlagenproduktivität

Doch mit vorausschauender Wartung alleine ist es nicht getan. Muss eine Maschine gewartet werden, ist es nämlich oft erforderlich, dass Personal des Herstellers kommt, um die Wartung durchzuführen. Sind dann erst weite Reisen notwendig, kann es trotz geplanter, vorbeugender Wartung zu Verzögerungen aufgrund von Verspätungen kommen. Doch dafür hat man bei Weidmüller eine Lösung: Mit dem webbasierten Fernwartungssystem U-link lassen sich laut Michael Matthesius, Global Industry Manager Maschinenbau bei der Weidmüller Gruppe, Maschinen effizient und sicher überwachen. Die Lösung vereinfache die Fernwartung und erhöhe die Anlagenproduktivität durch einen beschleunigten Service. Dem sicheren Remote-Zugang diene ein Webportal mit integriertem VPN-Rendezvous-Server in Deutschland, ein Router mit integrierter SPI-Firewall (stateful inspection), die Authentifizierung durch x.509-basierte Zertifikate (OpenVPN mit SSL-Verschlüsselung) und die manuelle Zugriffsfreigabe an der Maschine. Matthesius nennt einen weiteren Vorteil: „Die Fernwartungslösung U-link ist nicht limitiert. Sie lässt sich optimal an die Bedürfnisse eines sich ständig wandelnden und wachsenden Unternehmens anpassen.“

Wie diese Beispiele zeigen, sind die Voraussetzungen geschaffen, um eine Fertigung im Sinne von Industrie 4.0 aufzubauen. Die erforderlichen Ausrüstungen werden bereits angeboten und stehen für den Einsatz einer vorausschauenden Wartung bereit.

Digitale Daten sinnvoll nutzen und dabei den Datenschutz berücksichtigen

All dies zeigt, dass schon heute vieles möglich ist – wenn die digitalen Daten sinnvoll genutzt werden. Für Komponentenhersteller bieten sich neue Geschäftsmodelle an: entweder selbst als Cloud-Anbieter zu agieren oder Auswertesoftware in einer bestehenden Cloud-Plattform anzubieten. Der Anlagenbetreiber kann zum einen zwar Zeit und Kosten einsparen, zum anderen muss er sich aber in beiden genannten Fällen mit dem Datenschutz und der Datensicherheit auseinandersetzen.

Eigentum an Daten muss im Vorfeld geklärt werden

Nach deutschem Recht gibt es kein Eigentum an Daten – und diese sind begehrt. So können beispielsweise Wälzlagerhersteller die Informationen sowohl für ihre eigene Produktentwicklung nutzen, um ihre Lager entsprechend zu optimieren, als auch Erkenntnisse aus realen Anwendungen hinsichtlich Belastung und Reibwerte abfragen. Außerdem lassen sich branchenspezifische Anforderungen anhand der Korrelation mehrerer Daten identifizieren, die heute in dieser Weise noch nicht vorhanden sind.

Bisher sind sich die Hersteller einig, dass die Daten dem Anwender gehören und sie nur darauf zugreifen dürfen, wenn eine Erlaubnis vorliegt. Dennoch sollte der Anlagenbetreiber im Vorfeld mit allen Beteiligten die Rechte an den Daten definieren und klären. MM

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