Condition Monitoring

Typische Probleme in der Fertigung

Die Überwachung des Verschleißes an Komponenten einer einzelnen Maschine, Anlage oder in einer komplexen Fertigungsstraße oder Produktionslinie stellt eine große Herausforderung in der Industrie dar. Betroffen sind beispielsweise Komponenten und bewegliche Bauteile, wie Motoren, Getriebe, Stellglieder, hydraulische und pneumatische Zylinder sowie optische Sensoren oder Kameras. Selbst Rollen, Lager, Ketten und Riemen wie auch Flüssigkeitsstände, Filter, elektrische Kontakte und Kabelverbindungen werden durch den Produktionsbetrieb in Anspruch genommen. Die unterschiedliche Abnutzung der Teile wird durch verschieden starke Beanspruchung hervorgerufen und wirkt sich wiederum auf deren Lebensdauer aus. Zudem sind die Betriebszeit bzw. Einsatzzeit, Umgebungsbedingungen, wie bspw. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Staub sowie die Häufigkeit der Wartung und Instandhaltung weitere Einflussfaktoren für die Belastung einzelner Teile.

Störungen und Ausfälle bzw. das Versagen einer Komponente oder nur eines einzelnen Elements darin führen zum Stillstand der Maschine, eines Systems oder der gesamten Anlage. Die Folgen der Unterbrechung des gesamten Fertigungsprozesses sind zumeist schwerwiegend und verursachen im Extremfall nicht nur materielle Schäden. Neben erhöhten Kosten für Stillstandszeiten, Produktionsausfälle oder Ausschussteile, können auch Lieferverzug mit Verzugsstrafen anfallen oder Auftrags- und Kundenverlust drohen. Die Fehlersuche und Identifikation der defekten Teile erfolgt dann unter Zeitdruck und ist meist schwierig und aufwendig. Nicht bevorratete Ersatzteile haben zudem eine Lieferzeit. Auch externe Service-Techniker benötigen eine Anfahrtszeit und sind eventuell nicht sofort verfügbar.

Doch wie kann diesem Zustand begegnet werden?

Condition Monitoring mithilfe von IIoT-Technologien

IIoT-Technologien bieten eine zuverlässige und nachrüstbare Lösung für das Condition Monitoring. Dabei werden für die Funktion der Anlage kritische oder mit hohen Verschleiß behaftete Komponenten und Bauteile mit Sensoren und Messgebern ausgestattet. Bei einer Neuanlage können die Sensoren optimal eingeplant werden, aber selbst bei der Nachrüstung bzw. im Retrofit ist eine Ausstattung mit Sensoren meist einfach möglich. Diese Sensoren werden auf der Feldebene einer Maschine oder einer ganzen Produktionsanlage über das Internet of Things vernetzt. Die kontinuierliche Datenerhebung, Datenspeicherung und Auswertung zur Zustandsüberwachung der Maschinen erfolgt über ein intelligentes Softwaretool bzw. geeigneter Condition Monitoring Software, wie z. B. dem Baustein Collect der IIoT Building Blocks.

Ein solches System kann direkt auf der Maschinensteuerung installiert werden. Alternativ können Daten über das Netzwerk. z. B. über den Schnittstellenstandard OPC UA gesammelt werden oder das System kommuniziert über das offene Netzwerkprotokoll MQTT direkt mit der Cloud. Dabei werden große Datenmengen hinsichtlich der Funktionalität einzelner Elemente und Komponenten erfasst sowie weitere Messwerte gespeichert. Die Erfassung relevanter Werte, Messgrößen und Zustandsdaten, insbesondere auch solcher, die kurz vor einem Ausfall auftreten können, z. B. Schwingungen, Geräusche, Stromverbrauch etc. sind dabei besonders von Bedeutung. Jedoch kann selbst die Speicherung von großen Mengen hochfrequenter Daten, mit bspw. Abtastraten von 1, 2 oder 4 ms, mit der richtigen Software sichergestellt werden, sodass die Performance der Maschinensteuerungen sowie die Leistungsfähigkeit des Produktionsprozesses nicht beeinträchtigt werden. Dies kann bspw. durch die Verwendung einer Edge Cloud sichergestellt werden.