Condition Monitoring etablieren – Kompetenz unterstützen

Die Betriebssicherheit technischer Systeme setzt eine konsequente Überwachung der relevanten Parameter voraus. Dabei ist es mittlerweile unerläßlich, die Kompetenz des Instandhaltungspersonals durch Condition Monitoring zu unterstützen. Diesen Bereich hat die Balluff GmbH als innovatives Geschäftsmodell definiert, für das Stefan Hornung als Industrie-Portfolio Manager verantwortlich ist. Entsprechende Lösungen sollen sowohl anwendungsspezifische Besonderheiten als auch zukünftige Entwicklungen berücksichtigen.

Herr Hornung, wie beurteilen Sie den “aktuellen Produktionsbetrieb”?

Die Herausforderung heutzutage ist oft, die ersten Anzeichen einer Systemstörung rechtzeitig zu erkennen, sodass Reparaturen zeitnah erfolgen können – also, bevor es zu gravierenden Schäden oder gar Ausfällen kommt. Allerdings werden Maschinen und Anlagen vielfach “mannlos” betrieben. Das heisst, wenn die ersten Anzeichen einer Störung auftreten, ist das gut geschulte “Ohr des Meisters” meist gar nicht vor Ort. So werden Störungen erst über ihre Folgen wahrgenommen.

Gibt es eine Rangfolge oder eine maschinenspezifische Gruppierung der zu überwachenden physikalischen Parameter?

Welche physikalischen Parameter zur Beurteilung eines Maschinenzustandes herangezogen werden, hängt sehr stark von der Anwendung ab. Die Auswertung der Vibrations- und Schwingungswerte kommt jedoch mit am häufigsten vor, gefolgt von der Erfassung der Kontakttemperatur. Veränderungen im Schwingungsverhalten sind zusammen mit Temperaturschwankungen oft ein frühzeitiges Indiz für sich anbahnende Schäden in einer Vielzahl typischer Industrieanlagen.

Wie präzise und mit welcher Vorlaufzeit lässt sich die Anbahnung einer funktionellen Systemstörung derzeit beobachten?

Auch das ist sehr stark abhängig von der Art der Maschine und deren Anwendung. Aus Kundengesprächen wissen wir, dass zwischen den ersten Anzeichen einer Störung und dem daraus möglicherweise folgenden Ausfall der Maschine Tage bis Wochen vergehen können. Condition-Monitoring-Systeme überwachen Maschinen und Anlagen kontinuierlich, rund um die Uhr, und geben sofort eine Warnmeldung ab, sollte der jeweils beobachtete Zustand in den kritischen Bereich wandern. 

Wie definieren Sie einen relevanten Grenzwert für die kritische Veränderung einer technischen Komponente oder Baugruppe?

Auch für die Definition eines relevanten Grenzwertes gilt: Er ist natürlich abhängig von der Maschine und der Funktion. Hier ist es sehr schwierig, allgemeine Aussagen zu treffen. Bei Vibrationen gibt die  DIN ISO 10816 Anhaltspunkte. Dennoch wird eine Stanzmaschine bezüglich der Vibrationen ganz andere Grenzwerte haben als eine Schleifmaschine. Wann eine Veränderung kritisch wird, hängt zudem auch sehr stark von den Erfahrungswerten des Personals ab. Instandhalter und Maschinenführer kennen ihre Maschinen in der Regel sehr genau und wissen, wann es kritisch wird. Moderne Zustandsüberwachungssysteme helfen dabei, die kritische Veränderung eines Wertes zu erfassen und zu melden. Die Intelligenz eines erfahrenen Personals können und sollen sie nicht ersetzen.

… und welche Toleranzgrenzen dominieren die Messgenauigkeit bei der Erfassung von Zustandsveränderungen?

Sogar zwischen gleichartigen Systemen gibt es da anwendungsspezifische Unterschiede. Entscheidend ist, dass selbst geringfügige Veränderungen der Messwerte – auch schleichend über einen längeren Zeitraum – zuverlässig erfasst werden. Wenn sich beispielsweise ein Lager durch mangelnde Schmierung erwärmt, ist die relative Temperaturveränderung das entscheidende Indiz für einen sich anbahnenden Lagerschaden – unabhängig von der absoluten Temperatur. 

Inwieweit wird Condition Monitoring eingesetzt, um den Product Lifecycle ressourcenschonend zu verlängern?

Condition Monitoring bietet die Möglichkeit, sehr frühzeitig die Verschlechterung des Zustands einer Maschine oder Anlage zu bemerken und problematische Ereignisse sicher zu erkennen. Entsprechend weniger aufwendig und kostspielig sind dann die Reparaturen. Und aus den gewonnenen Daten lässt sich eine optimale  Instandhaltungsstragie ableiten, um den Lifecycle zu optimieren.

… haben Sie Beispiele?

Es empfiehlt sich etwa, die schlechte Schmierung eines Lagers, anhand erhöhter Vibrations- und Temperaturwerte, bereits im Anfangsstadium zu bemerken. Wird der spezifizierte Zustand rechtzeitig wieder hergestellt, verhindert das einen bleibenden Lagerschaden. Die Lebensdauer eines Lagers wird so auch deutlich verlängert – das spart Kosten und schont die Ressourcen. Ein weiteres Beispiel sind Industrieroboter, als fester Bestandteil nahezu jeder automatisierten Produktion. Durch ihre mehrachsige Bauweise haben sie jedoch eine vergleichsweise geringe Steifigkeit und sind daher anfälliger für übermäßige Schwingungen und Stöße. Eine entsprechende Gefahr besteht außerdem für einzelne Bauelemente bei der Handhabung von Werkstücken. Hieraus resultierende Verschleißerscheinungen an Robotergetrieben oder anderen Antriebselementen sollten ebenso frühzeitig entdeckt werden, um ungeplante, kostpielige und zeitaufwändige Produktionsunterbrechungen zu verhindern. Pumpen und Motoren sind ebenfalls zentrale Elemente in nahezu allen Produktionsanlagen. Und ihre Überwachung ermöglicht rechtzeitige Wartung und Reparatur dieser Systeme, bevor sie durch einen Defekt ausfallen.

Welchen aktuellen Status hat die Methode der “Fuzzy Logic”?

Die Methode der Fuzzy Logic ist mir jetzt zwar nicht unbekannt, aber beim Condition Monitoring als expliziter Begriff noch nicht begegnet. In meinen Augen wird der Weg bei Condition Monitoring eher in Richtung künstliche Intelligenz (KI) führen – mit der dann bestimmte Maschinenzustände selbstständig analysiert und darauf basierend Wartungspläne und Wartungsaufträge erstellt werden.

… inwieweit ist dieser Weg bereits eingeschlagen?

Ich habe den Eindruck, dass viele Unternehmen bei der Umsetzung von Themen des “Industrial Internet of Things” (IIoT) noch eher am Anfang stehen. Und so wird sich auch beim Condition Monitoring – als ein Subthema des IIoT – die Entwicklung Schritt für Schritt vollziehen: vom Erfassen der Zustände über das Visualisieren und Analysieren, hin zu selbstlernenden Systemen mit KI. Derzeit liegt der Fokus bei vielen Ansprechpartnern auf der Erfassung und Visualisierung von Maschinenzuständen und damit der Erhöhung der Transparenz. Weitere Schritte werden sicherlich folgen, aber eben nacheinander.

Welche Vorteile bringt es, das “gut geschulte Ohr des Meisters” und die “natürliche Intelligenz erfahrenen Personals” durch KI zu ersetzen?

Bis KI in der Breite im Condition Monitoring Einzug hält, wird wahrscheinlich noch einige Zeit vergehen. Doch schon das heutige Condition Monitoring bringt große Vorteile, indem es sichtbar macht, was in der Anlage oder dem Prozess passiert. So ermöglicht Condition Monitoring eine kontinuierliche “24/7-Überwachung” der Anlagen. Und das wird ein Mensch nie leisten können, denn kein Meister kann an allen Anlagen gleichzeitig vor Ort sein. So werden Fehler, Abweichungen oder Ausfälle viel schneller bemerkt und entsprechend kann auch viel früher darauf reagiert werden. Condition Monitoring und KI erhöhen den, ich nenne es mal, “Gleichzeitigkeitsfaktor”. So wird der Instandhaltung ermöglicht, viele Anlagen eben gleichzeitig und dauerhaft zu überwachen – anstatt nur punktuell und in zeitlichen Abständen. Condition Monitoring und KI erlauben außerdem einen gewissen „Automatismus“ bei der Überwachung. Dadurch kann sich das erfahrene Personal mit seiner “natürlichen Intelligenz” auf die wirklich kniffligen Fälle fokussieren – anstatt sich an eher langweiligen Routineaufgaben und -messungen abzuarbeiten.

… inwieweit benötigt der “digitalisierte Instandhalter” noch sein individuelles Gespür für ungünstige Veränderungen in Produktionsprozessen und entsprechende Einflüsse?

Das individuelle Gespür wird auch das beste Condition Monitoring nie ersetzen können. Aber der digitalisierte Instandhalter kann für sein Gespür jetzt die von Condition Monitoring und KI aufbereiteten Daten nutzen. Früher hat er „manuell“ gehört, gemessen, notiert und justiert. Und das kostete Zeit und Nerven, insbesondere bei schleichenden Veränderungen. Heute bietet ihm Condition Monitoring den Überblick über Prozesse und Einflüsse. So lassen sich Daten und Änderungen anhand gespeicherter Daten zurückverfolgen und in den richtigen Zusammenhang bringen. Für die richtigen Schlüsse und die Ableitung der Maßnahmen aus den mit Condition Monitoring gewonnenen Erkenntnissen wird aber auch der digitalisierte Instandhalter immer sein individuelles Gespür brauchen.

Wie definieren Sie Ihr Geschäftsmodell?

Bei Balluff beschäftigen wir uns schon seit längerem mit dem Thema Zustandsüberwachung. Dabei haben wir festgestellt, was Condition Monitoring wirklich erfolgreich macht: Es ist die Kombination aus einer Sensorik, die individuell auf ein System zugeschnittenen ist, und einer leistungsstarken Visualisierung, Im Rahmen unseres firmeninternen Startups treiben wir diesen ganzheitlichen Ansatz weiter voran. Dabei geht es uns vor allem darum, die Hemmschwelle für den Einsatz von Condition Monitoring zu senken: Noch immer ist es für viele Anwender eine Herausforderung, ein funktionierendes System aus Sensorik, Konnektivität und Visualisierung zusammenzustellen. Das wollen wir nachhaltig ändern.

Wenn man mehr von Ihnen über Condition Monitoring erfahren möchte – welche Möglichkeiten bieten Sie an?

Auf unserer Homepage cmtk.de stellen wir unseren sehr pragmatischen, ganzheitlichen Lösungsansatz ausführlich vor. Ein Besuch auf unserer Website ist auch eine gute Möglichkeit, sich mit dem Thema vertraut zu machen und Kontakt aufzunehmen. Darüber hinaus möchten wir auch in Pandemiezeiten den persönlichen Kontakt und Austausch nicht missen. Daher sind wir weiterhin auf ausgewählten Veranstaltungen präsent, beispielsweise auf der diesjährigen  IFC-Tagung Instandhaltung.

Herr Hornung, herzlichen Dank für Ihre informativen Hinweise, um Condition Monitoring hilfreich zu etablieren.

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Condition Monitoring etablieren - Kompetenz unterstützen
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Condition Monitoring automatisiert die kontinuierliche Überwachung von Produktionsbetrieben und unterstützt die Kompetenz der Instandhalter.
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