Instandhaltung Strategische Instandhaltung komplexer Anlagen

Steigende Anforderungen hinsichtlich neuer Produkte, Auslastung, Verfügbarkeit und der Nutzung von Kosteneinsparpotenzialen erfordern eine flexible Gestaltung des Betriebs und der Instandhaltung. Für die Instandhaltung bedeutet dies, die Anwendung einer vorausschauenden Instandhaltungsstrategie zu forcieren.

Anbieter zum Thema

Klinkhammer Intralogistics GmbH

Flow Europe GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Die Fähigkeit, die Beanspruchung und damit verbundenen Veränderungen des Zustandes einer Anlage zu überwachen und begründbare Entscheidungen für den Betrieb und die Instandhaltung abzuleiten, versprechen, noch ungenutzte Einsparpotenziale zu heben und einen störungsfreien und wirtschaftlichen Anlagenbetrieb zu gewährleisten. Im Folgenden wird eine neuartige Methode und ein Werkzeug beschrieben, welche am Fraunhofer IFF gemeinsam mit industriellen Partnern entwickelt und erprobt wurden, um den technischen Zustand einer technischen Anlage unter Nutzung des Erfahrungswissens von Herstellern und Nutzern zu beschreiben.

Aufzehrung des Abnutzungsvorrates während der Nutzungszeit

Als Kenngröße zur Quantifizierung der Eigenschaft „Technischer Zustand einer Anlage“ eignet sich der Abnutzungsvorrat. Er ist definiert als „der Vorrat der möglichen Funktionserfüllungen unter festgelegten Bedingungen, der einer Betrachtungseinheit aufgrund der Herstellung, Instandsetzung oder Verbesserung innewohnt“. Durch Nutzung der Anlage und den daraus resultierenden Beanspruchungen und Abnutzungen kommt es zu einer Aufzehrung des Abnutzungsvorrates während der Nutzungszeit. Je stärker die Beanspruchung desto schneller erfolgt diese Aufzehrung. Als Folge steigt die Wahrscheinlichkeit für das Versagen von Funktionen schneller an als geplant. Die Nutzungsdauer von Komponenten reduziert sich, das Risiko von Störungen im Produktionsprozess steigt an und Anlagenkomponenten müssen vor dem Erreichen ihrer errechneten theoretischen Lebensdauer ausgetauscht werden (Abbildung 2). Der Bestimmung von Beanspruchungen in ihrer Höhe und Einwirkungsdauer kommt somit eine Schlüsselrolle bei der Zustandsbewertung zu, da sie wesentlich die Geschwindigkeit der Aufzehrung von Abnutzungsvorrat bestimmt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Beanspruchung einer technischen Anlage oder von deren Komponenten von einer Vielzahl von Einflussfaktoren abhängig ist.

Einflussfaktoren festlegen

Im ersten Schritt der Bewertung muss eine Festlegung darüber getroffen werden, welche Einflussfaktoren nachweisbar die Beanspruchung beeinflussen und welche Daten bereitgestellt werden können. Gut geeignete Datenquellen sind Prozessleit-, Betriebsdatenerfassungs- und Diagnosesysteme. In diesen werden beispielsweise Temperaturen, Werkstückgewichte, Drehzahlen von Spindeln, Schnittkräfte oder Vorschubgeschwindigkeiten erfasst. Weiterhin eignen sich Daten aus dem Anlagenumfeld (Umgebungstemperatur oder Staubbelastung), aus der Produktionsplanung (zum Beispiel Stückzahlen, Losgrößen) und aus der Instandhaltungshistorie (Zeitintervall seit letzter Schmierung, Ergebnis von Ölanalysen).

Diese Daten aus unterschiedlichen Quellen müssen zur Beanspruchungsbewertung verknüpft werden. Da die Beanspruchung meist von mehreren Einflussfaktoren abhängt, die sich teilweise gegenseitig beeinflussen, gestaltet sich die Erstellung eines mathematischen Bewertungsmodells äußerst schwierig. Erfahrungen zeigen, dass aber gerade Anlagenbediener, Instandhalter und Servicetechniker über einen großen Erfahrungsfundus verfügen, um kritische Betriebszustände zu erkennen und Handlungen abzuleiten. Eine Möglichkeit, dieses Potenzial zu nutzen und gleichzeitig die Komplexität zu beherrschen, bietet die Anwendung der Fuzzy-Logik.

Dabei erfolgt das logische Schließen aufgrund von Regeln, die aus umgangssprachlichen Inhalten über die Ursache-Wirkungszusammenhänge des Betriebs- und Ausfallverhaltens einer technischen Anlage generiert werden. Das Regelwerk stellt einen Wissensspeicher dar in dem selbst komplexe Zusammenhänge einfach abbildbar sind. Zu Beginn erfolgt eine Erfassung und Nutzung von apriorischem Wissen des Herstellers oder externer Experten. Eine Ergänzung und Korrektur ist jederzeit durch den Anwender selbst möglich. Bild 3 zeigt beispielhaft die Anwendung der Fuzzy-Logik zur Bestimmung der Beanspruchung eines Elektromotors für den umgangssprachlich gilt: „Wenn die Wicklungstemperatur hoch ist und die Drehzahl gering, dann ist die Beanspruchung sehr hoch“. Die wirkenden Beanspruchungen werden laufend aktualisiert. So erhält man während der Nutzungszeit ein Beanspruchungsprofil, welches sich auf einen adäquaten Verbrauch an Abnutzungsvorrat von Komponenten oder komplexen Anlagen umrechnen lässt.

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