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Daten aus der Instandhaltung erfolgreich nutzen

Condition Monitoring

Daten aus der Instandhaltung erfolgreich nutzen

Zu wissen, wie es um die einzelnen Komponenten einer Werkzeugmaschine tatsächlich bestellt ist, kann kostenprägende Vorteile verschaffen, die weit über die Absicherung der Verfügbarkeit hinausgehen. Entscheidend ist die Intelligenz der Algorithmen, die die im Lebenszyklus ermittelten Rohdaten zu betrieblich wertvollen Informationen aufbereiten – und wie gut Condition Monitoring die Arbeitsabläufe unterstützt.

Bild: Siemens

Für die in einer wirtschaftlichen Fertigung geforderte hohe Maschinenauslastung muss hohe Verfügbarkeit gewährleistet und die Fertigungsgenauigkeit über eine lange Laufzeit aufrechterhalten werden. Stillstandszeiten sind zu minimieren, insbesondere müssen ungeplante Stillstände verhindert werden. Gleichzeitig führt in vielen Unternehmen ein immer strafferes Asset-Management dazu, dass die Ersatzteilbevorratung auf minimierte Kapitalbindung, Lager- und Logistikkosten hin optimiert wird.

Und auch in den Instandhaltungsabteilungen werden die Prozesse verschlankt und gestrafft – kurz: Die Bedeutung der Instandhaltung für Produktivität, Lieferfähigkeit und Wettbewerbsfähigkeit eines Fertigungsunternehmens steigt, während ihre Ressourcenausstattung, wie alle Aspekte eines Fertigungsunternehmens, Gegenstand konsequenter Optimierung sind. Zudem muss heute jede Instandhaltung damit rechnen, dass auch die Werkzeugmaschinenhersteller und deren Lieferanten den härtesten Kriterien der Wirtschaftlichkeit genügen müssen – und darum ihre eigene Ersatzteilebevorratung ebenfalls optimieren. Ersatzteile, die früher ab Lager abrufbar waren, werden heute häufig erst bei Bedarf gefertigt – was beim Betreiber zu längeren Stillstandszeiten führt, wenn Ersatzteile nicht vorausschauend bestellt werden konnten, weil der Ausfall unerwartet kam.

Damit die Instandhaltung ihre Aufgabe noch verantwortlich und verlässlich erfüllen kann, ist es erfolgsentscheidend, ob und mit welchem Aufwand zuverlässige, aussagekräftige Informationen zum tatsächlichen Zustand und Wartungsbedarf jeder einzelnen Maschine frühzeitig gewonnen werden können. Auch im Normalbetrieb werden immer aussagekräftigere Daten über den Maschinenzustand benötigt. Denn es müssen zunehmend detaillierte Nachweise über die Fertigungsgenauigkeit im Prozess erbracht werden.

Ausgehend von der Automobilindustrie und dem Bereich Aerospace ist dieser Trend inzwischen auch in anderen Branchen deutlich zu erkennen. Insgesamt wird damit effizientes Condition Monitoring für Werkzeugmaschinen immer mehr zum unverzichtbaren Bestandteil einer durchrationalisierten Fertigung. Erst eine engmaschige Zustandsüberwachung ermöglicht eine verantwortliche, vorbeugende, planbare und am Verschleiß ausgerichtete, kostenoptimierte Instandhaltung.

Prävention für jede einzelne Achse

Die Strategie der am tatsächlichen Maschinenzustand orientierten Instandhaltung hat den grundsätzlichen Vorteil, dass Wartungs- und Instandhaltungsbedarf für jede Maschinenkomponente, etwa für eine Achse einzeln festgestellt wird. Gleichzeitig kann die Zahl der Einsätze an jeder Maschine durch bedarfsgerechtes Feststellen und Zusammenlegen aktuell nötiger und in absehbarer Zeit anstehender Arbeiten reduziert werden – wenn nämlich die nach Maschinenkomponenten aufgeschlüsselten Zustandsdaten über die Zeit zu Trends verdichtet werden. Dadurch ist der zeitliche Vorlauf gegeben, der für rechtzeitige Ersatzteildisposition und effiziente Arbeitplanung einfach nötig ist.

Quelle für strategisch wichtige Informationen

Condition Monitoring wird zwar häufig mit Verschleißüberwachung gleichgesetzt, doch greift dies zu kurz. Die Zustandüberwachung gibt bereits umfassende Auskunft über den Maschinenzustand bei der Inbetriebnahme und der Abnahme, und damit über die zu erwartende Fertigungsqualität und Produktivität.

Durch den Vergleich eines ersten per Condition Monitoring aufgenommenen Maschinenstatus mit einem zweiten, nach der Aufstellung beim Betreiber erstellten ‚Fingerprint‘ können Veränderungen aufgedeckt werden, die etwa durch Transport, Montage und Belastungstest entstanden sind – und das Maschinenleben und die Total Cost of Ownership sowie das Ausfallrisiko nachhaltig beeinflussen können. Dies ist aber mit den üblicherweise bei einer Endabnahme überprüften Leistungsparametern, Quantität und Teilequalität, nicht aufzudecken.

Spätestens hier wird deutlich, dass sowohl Maschinenbetreiber als auch Maschinenhersteller vom Condition Monitoring profitieren können: Für den Betreiber sinkt das Ausfallrisiko, für den Maschinenhersteller das Risiko für Garantieleistungen. Außerdem eröffnen sich neue Chancen zur Kundenorientierung, und Geschäftsmodelle bei Service und Wartung – bis hin zum Verkauf garantierter Fertigungskapazität statt ’nur‘ einer Maschine.

Letztlich werden im Rahmen des Condition Monitorings detaillierte Informationen über das Alterungsverhalten einer Maschine gewonnen, teilweise auch besondere, konstruktionsbedingte Anforderungen eines Werkstücks an die Maschine und auch über Optimierungspotentiale im Fertigungsprozess selbst. Werden diese Erkenntnisse in den jeweiligen Designprozess zurückgespeist, können verborgene Verbesserungspotentiale erkannt und erschlossen werden.

Auswirkungen des Condition Monitoring in der Praxis

In modernen Steuerungs- und Antriebssystemen fällt bereits ohne zusätzliche Sensorik eine Vielzahl von Daten an, die einen detaillierten Aufschluss über den Maschinenzustand erlauben. Die Herausforderung liegt in der Sammlung, strukturierten Speicherung, Aufbereitung und Verdichtung zustandsrelevanter Einzelwerte zu aussagekräftigen, einfach erfassbaren Informationen für Instandhaltungs- und Servicepersonal, aber auch Maschinenbediener. Zum einen dürfen die für die Erhebung von Zustandsdaten nötigen Tests das Fertigungsgeschehen nicht beeinträchtigen. Zum anderen muss die anfallende Datenflut so zu konkreten Informationen für die Instandhaltung, den Maschinenservice und wo nötig auch für den Bediener verdichtet werden, dass sie für die betriebliche Praxis verwertbar und wertvoll werden.

Das Know-how liegt in den Algorithmen

Als Zugang zum Condition Monitoring bietet Siemens die EPS Network Services an. Neben einer algorithmischen Auswertung der ermittelten Daten umfassen sie sowohl die Automatisierung der Testverfahren, als auch nötiger organisatorischer Abläufe zum Anstoßen des Instandhaltungs-Workflows, wie etwa die Benachrichtigung von Wartungs- und Servicetechnikern über E-Mail oder SMS – bis hin zur Integration übergeordneter Unternehmensysteme. Das erleichtert die Überwachung und vorbeugende Instandhaltung einer größeren Anzahl von Maschinen. Zudem unterstützen die Services bei der Analyse betriebswichtiger Kennzahlen wie der Overall Equipment Efficiency (OEE) – auch für die Optimierung der Total Cost of Ownership (TCO). Durch diese Verknüpfung von Condition Monitoring, zustandsorientierter präventiver Instandhaltung samt Workflow-Unterstützung lassen sich Planungssicherheit und Kostenkontrolle deutlich verbessern.

Lokale und online-basierte Services

Bisher war Condition Monitoring in derart praxisgerechter und strategisch nachhaltiger Ausprägung nur als Online-Service verfügbar. Inzwischen stellt der Konzern Condition Monitoring in zwei Varianten zur Verfügung: Einmal als Online-Dienst, bei dem Datenspeicherung und Auswertung in individuellen, nach aktuellem Stand der Datensichertsheitstechnik geschützten Bereichen zentraler Server erfolgen, und außerdem auch als rein lokale Installation beim Maschinenbetreiber.

Bei der Online-Variante werden die Rohdaten über eine gesicherte Datenverbindung zu zentralen Servern übertragen und dort aufbereitet und gespeichert. Vom Maschinenbetreiber autorisierte Fachkräfte der Instandhaltung, aber auch auf Wunsch Mitarbeiter des Maschinen- oder Steuerungsherstellers können online auf die Informationen zum Maschinenstatus zugreifen. Bei Fragen, die über die reine Instandhaltung hinausgehen, etwa bei Service und Diagnose, können so schnell und effizient auch externe Fachkräfte eingebunden werden.

In der lokalen, ‚EP-Satellite‘ genannten Variante, werden Datenhaltung und Funktionalität dagegen lokal gehostet. Sie laufen also auf Servern ab, die im Betreiberunternehmen aufgestellt sind. Damit können die Condition Monitoring-Algorithmen auch ohne Online-Anbindung genutzt werden. Diese Systemvariante ist von daher dann das Mittel der Wahl, wenn für das Betreiberunternehmen eine Online-Anbindung ihrer Produktionsmittel auch über gesicherte Netze nicht in Frage kommt.

Einbindung von Fremdsteuerungen über OPC-Interface

Die dabei verwendeten Testverfahren und ebenso die dabei erfassten Einzeldaten setzen auf die Funktionalität und Datenwelt der Siemens-Produkte für Werkzeugmaschinen auf. Diese nahtlose Integration in die CNC macht für Sinumerik-gesteuerte Maschinen den Aufbau eines effektiven Condition-Monitoring-Systems mit EP-Satellite oder mit den Online-Diensten einfach. Über die herstellerunabhängige OPC-Schnittstelle können jedoch auch Steuerungen von Drittanbietern sowie externe Sensorik in das Condition Monitoring eingebunden werden. Dadurch ist es möglich, alle relevanten Maschinen einer Produktionsstätte mit einem einzigen, einheitlichen Software-System sowie einheitlichen Arbeitsabläufen zu überwachen und instandhalterisch zu betreuen.

Wirksame Kostenkontrolle und -steuerung

Eine nach Stand der Technik auf hohe Wirtschaftlichkeit hin optimierte Fertigung muss Investitionen, Betriebs- und Instandhaltungskosten minimieren, Durchsatz und Fertigungsqualität maximieren und zuverlässig die dazu geforderte Verfügbarkeit und Präzision garantieren. Gleichzeitig sind belastbare Daten zu Durchsatz, Verfügbarkeit, Fertigungsqualität und Wartungsaufwand zur Verfügung zu stellen – für Kostenkontrolle, Fertigungsplanung und zum Nachweis der Teilequalität.

All diese Informationen fallen im Rahmen eines Condition Monitoring nach Stand der Technik an. Insbesondere in komplexeren Fertigungen ermöglicht ein Condition Monitoring einen erfolgsentscheidenden Zugang zu einer wirksamen Kostenkontrolle und -steuerung. Dabei weisen die aus dem Condition Monitoring gewonnenen Erkenntnisse häufig auf Verbesserungspotentiale hin. Werden sie in den Design-Prozess der Maschinen, der darauf gefertigten Produkte und in den Fertigungsprozess selbst zurückgespeist, können wichtige Wettbewerbsvorteile erschlossen werden – insbesondere, wenn Maschinenhersteller und Betreiber dabei kooperieren.