Condition Monitoring: Das Tor zur Industrie 4.0

Industrie 4.0 bezeichnet die vierte industrielle Revolution – und das aus gutem Grund. Das Internet und seine Konnektivitätsmöglichkeiten, zusammen mit dem Internet der Dinge (IoT), maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz (KI), verändern buchstäblich die Art und Weise, wie Fertigungsanlagen betrieben und gewartet werden. Seit der Festlegung ihrer Ziele im Jahr 2010 arbeitet die Fertigungsindustrie daran, die Automatisierung zu nutzen, um die Effizienzsteigerungen durch Industrie 4.0 und das industrielle Internet der Dinge (IIoT) zu steigern.

Einige Unternehmen haben bereits bemerkenswerte Fortschritte bei der Implementierung dieser leistungsstarken vernetzten Systeme in ihren Anlagen erzielt. Darüber hinaus integrieren viele neue Standorte vernetzte Technologien bereits in der Planungsphase, noch bevor die Anlagen überhaupt installiert werden.

Unternehmen, die vor der COVID-4.0-Pandemie den Sprung in die Industrie 19 wagten, waren laut einer Studie von besser auf die Herausforderungen und Umbrüche vorbereitet, mit denen Industriehersteller konfrontiert waren. McKinsey.

Gleichzeitig kämpfen viele Unternehmen immer noch damit, mit veralteter Infrastruktur neue und sich entwickelnde Anforderungen zu erfüllen, für die sie nie konzipiert wurden. Erschwerend kommt hinzu, dass ältere Anlagen oft Schwierigkeiten haben, Abschottung, organisatorische Silos und festgefahrene Arbeitsgewohnheiten zu überwinden, was die Einführung des IIoT behindern kann.

Für ältere Anlagen, die mit diesen Herausforderungen konfrontiert sind, bietet dieser Artikel einen umfassenden Überblick darüber, warum Zustandsüberwachung ist für Fertigungsbetriebe der beste Weg, die von Industrie 4.0 versprochenen Effizienzziele zu erreichen.

Was sind die Vorteile von Industrie 4.0?

Industrie 4.0-Umgebungen sind durch ein Rückgrat vernetzter Systeme verbunden und bilden ein intelligentes Netzwerk aus Maschinen und Prozessen. Stellen Sie sich eine digitale Ebene über den mechanischen und menschlichen Abläufen vor, die die Aktionen der physischen Maschinenebene kontinuierlich überwacht, interpretiert, meldet und in manchen Fällen auch steuert.

Während SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sowie einzelne OEM-Maschinen und viele andere geschlossene Systeme bereits einige dieser Aufgaben übernehmen, stellt uns Industrie 4.0 vor die Herausforderung, diese Systeme im Hinblick auf den Wert ihrer Betriebsdaten zu betrachten. Diese Daten sind unerlässlich, um Anlagenanlagen von Einzelsystemen in ein vernetztes Gesamtsystem zu überführen, das über das Manufacturing Execution System (MES) hinausgeht und das Enterprise Asset Management (EAM) umfasst.

Frühe Anwender des Industrie-4.0-Ansatzes, wie beispielsweise in der Logistik und im Supply Chain Management, haben die Vorteile bereits unter Beweis gestellt. Es ist an der Zeit, dass auch andere Bereiche des Werks die „Smart Factory“-Mentalität übernehmen.

Zustandsüberwachung, vorausschauende Wartung und Industrie 4.0

Für die Instandhaltung verspricht Industrie 4.0 einen höheren ROI als je zuvor. Wartungsteams erhalten Echtzeit-Einblicke in den Zustand und die Leistung ihrer Anlagen, sodass sie Wartungsaufgaben effektiver planen und dort einsetzen können, wo sie wirklich benötigt werden. Dies wird als zustandsorientierte Instandhaltung bezeichnet und basiert auf Zustandsüberwachung in Echtzeit mit Hilfe angeschlossener Sensoren.

Zustandsüberwachung ist die Überwachung wichtiger Anlagenzustandsdaten, wie Vibrationen oder Temperaturen, mithilfe von Sensoren oder Systemen, um Maschinenausfälle frühzeitig zu erkennen. Echtzeit-Zustandsüberwachung ist eine leistungsstarke Industrie-4.0-Technologie, die immer beliebter wird – 48 % der Anlagen nutzen bereits vernetzte Geräte zur Verbesserung ihrer Wartungsprogramme, und 30 % prüfen dies, laut einer Studie von 2021. Anlagenbau.

Halten: Welche Daten sind für die Erstellung eines digitalen Echtzeitbildes des Anlagenzustands unerlässlich? Woher stammen diese Daten? Was müssen wir damit tun, um sie nutzbar zu machen? Für den Betrieb besteht das Ziel darin, die Transparenz des Maschinenzustands mithilfe ausreichender Datenhistorie und KI-Rechenleistung deutlich zu verbessern, um Erkenntnisse zur Anlagenwartung und -zuverlässigkeit zu gewinnen.

Industrie 4.0 hilft Unternehmen, ihre veraltete reaktive Wartung aufzugeben und Übergang zur vorausschauenden Wartung. Bei der vorausschauenden Wartung werden Zustandsüberwachungsdaten und Algorithmen des maschinellen Lernens verwendet, um den Wartungsbedarf vorherzusagen und so unerwartete Ausfälle zu verhindern.

Vor Jahren galt eine 80/20-Wartungsroutine als ideal – 80 % geplante, kalendergesteuerte Arbeiten und 20 % spontane Korrekturwartung. Doch die bewährten Methoden von gestern sind nicht mehr zeitgemäß. Mit der Zeit haben wir erkannt, dass kalenderbasierte Wartung Risiken birgt. Wurde die Schraube festgezogen? Wurden die Verbrauchsteile ordnungsgemäß beschafft? Wurde die Schmierung einwandfrei durchgeführt? Hinzu kommt, dass bei einem kalenderbasierten Ansatz oft in einigen Bereichen zu viel und in anderen zu wenig für die Wartung ausgegeben wird.

Immer mehr Unternehmen bevorzugen heute einen vorausschauenden, anlagenorientierten Ansatz, sodass Wartungsgelder nur dort ausgegeben werden, wo sie unbedingt nötig sind. CXP-Gruppe stellte 2018 fest, dass 91 % der Unternehmen Reparaturzeiten und ungeplante Ausfallzeiten reduzieren, wenn sie in vorausschauende Wartung investieren.

Technologien und Prozesse der Industrie 4.0 arbeiten darauf hin, ungeplante Wartungsnotfälle zu minimieren und die Effizienz zustandsbasierter Bestandsaufnahme, Arbeitskräfte und Reparaturen zu steigern.

Warum Condition Monitoring die Grundlage von Industrie 4.0 ist

Ein effektiver Zustandsüberwachungsplan ist der entscheidende Schlüssel zur Erzielung neuer Geschäftswerte im Rahmen von Industrie 4.0. Der Schlüssel zu einem erfolgreich implementierten Zustandsüberwachungsplan ist die Datenkonnektivität – der Datenfluss vom Monitor zu den Softwaresystemen des Wartungsteams. Dies ist zugleich der schwierigste Teil. Analyselösungen sind nur so komplex, wie ihr Daten-Backend sie unterstützen kann. Anders ausgedrückt: Die Menge und Qualität der verfügbaren Daten beeinflusst die Effektivität eines Zustandsüberwachungsplans.

Die Vorteile von vorausschauende Wartung erfordert ein ausreichendes Datenerfassungssystem, das die wichtigsten Anlagenkomponenten überwacht und aussagekräftige Daten dorthin bringt, wo sie benötigt werden. Daher ist die Automatisierung der Datenerfassung für ein Betriebsteam oft der realistischste Weg, um voranzukommen. Viele Teams berichten:

• Zu viele Assets zu warten
• Mangel an Fachwissen zur Anlagenzuverlässigkeit
• Eine Verschiebung von fachkundigen zu generalisierten Teammitgliedern
• Zeitmangel

All diese Herausforderungen lassen sich durch ein hochwertiges Zustandsüberwachungssystem effektiv bewältigen. Teams profitieren in der Regel am meisten von einem anlagenzentrierten Ansatz, bei dem Daten gezielt erfasst und organisiert werden, um Erkenntnisse über den Anlagenzustand zu liefern. Sensoren sollten die Vibrations-, Temperatur- und Leistungssignaturen der 20 % kritischsten Anlagenkomponenten erfassen.  

Viele Anlagen setzen die Zustandsüberwachung vorrangig bei Geräten ein, die für Standardinspektionen zu gefährlich und für unerwartete Ausfälle zu kritisch sind: Pumpen an schwer zugänglichen Stellen, Bereiche mit gefährlichen Temperaturen, Deckenventilatoren in Rohrleitungen und Riemenantriebsventilatoren mit Schutzvorrichtungen, die den Zugang zu den Lagern verhindern. Die Installation einer Zustandsüberwachung in diesen Systemen verbessert die Gesundheits- und Sicherheitsbedingungen, liefert messbare Daten zum Schadensrisiko und verhindert so letztendlich Ausfallzeiten.

Systemintegration ermöglicht die Kommunikation zwischen Assets und Teams

Die Daten der Zustandsüberwachung allein sind unvollständig. Sie wissen nicht, wann eine Anlage zuletzt gewartet wurde, welche Maßnahmen durchgeführt wurden oder wann die nächste Wartung fällig ist. Sie sehen weder die Ausfallhistorie der Anlage noch, welche Teile für bestimmte Aufgaben benötigt werden und ob diese Teile vorrätig sind.

Sobald die relevanten Daten erfasst sind, muss das System sie an eine Plattform weiterleiten, wo sie aggregiert und mit Daten aus anderen Systemen integriert werden können. Dort können sie mit Maschinenausfallindikatoren verglichen werden. Je mehr wir im Voraus sehen, desto besser können wir uns darauf vorbereiten, Maschinenausfälle zu vermeiden.

Kontinuierliche Überwachung muss mit einer sorgfältig gepflegten Anlagenhistorie sowie spezifischen Laufzeit- und Fehlerdaten kombiniert werden, um einen zustandsorientierten Wartungsplan zu erstellen. Techniker werden benachrichtigt, wenn sich der Zustand einer Anlage ändert, und die Arbeiten werden basierend auf dem Echtzeit-Zustand der Anlage priorisiert.

Effektive Zustandsüberwachungssysteme sollten Folgendes umfassen:

• Datenkonnektivität: Die Daten werden in einen nutzbaren Zustand gebracht und an einem zugänglichen Ort gespeichert
• Systemkonnektivität: Integration von Anlagenzustandsdaten mit verwandten Systemen, die von Wartungsteams verwendet werden
• Teamkonnektivität: Das gesamte Personal hat Zugriff auf Anlageninformationen, was effizientere Wartungsmaßnahmen ermöglicht.

Visualisierung einer Roadmap zur Industrie 4.0

Viele Prozesse beginnen mit der Zustandsüberwachung – sie bildet die Grundlage für die kontinuierliche Weiterentwicklung vernetzter Systeme. Bei Integrationsproblemen oder Budgetbeschränkungen folgen Sie dem klassischen Pilotmodell: Konzentrieren Sie sich auf realisierbare Projekte, die dringende Bedürfnisse mit sichtbarem Nutzen angehen. Gehen Sie selektiv vor und vermeiden Sie vorgefasste Meinungen.

Hier sind drei Schlüsselprinzipien für den Fortschritt:  

1. Fokus auf Werttreiber

• Denken Sie wertorientiert, nicht technologisch voraus, und konzentrieren Sie sich auf branchenspezifische Schlüsselwerttreiber.
• Entwickeln Sie eine überzeugende Vision und inspirieren Sie die Organisation durch Leuchtturm-Pilotprojekte.

2. Mobilisieren Sie die Organisation

• Treiben Sie die Transformation von oben mit klarer Unternehmenseigentümerschaft voran.
• Sichern Sie sich schnell Gewinnvorteile, um den Wert frühzeitig unter Beweis zu stellen.
• Pflegen Sie eine hochagile Kultur.
• Bauen Sie ein funktionsübergreifendes Team auf, das verschiedene Abteilungen und Silos repräsentiert.

3. Erneuern Sie die Infrastruktur

• Definieren Sie einen integrierten Zieltechnologie-Stack basierend auf einer gründlichen Analyse des Status Quo.
• Wählen Sie einen Übergangspfad und aktivieren Sie ihn lokal, bevor Sie global skalieren.

Klein anfangen, um schnell zu skalieren

Fangen Sie klein an. Eine kleine Gruppe, die in den Kernaspekten von Industrie 4.0 und Zustandsüberwachung geschult ist, trägt wesentlich dazu bei, die interne Unterstützung für ein vernetztes System zu fördern.

Sie können die Wirksamkeit von Industrie 4.0 leicht nachweisen, indem Sie messbare Projektziele festlegen, die leicht über die Leistungsfähigkeit bestehender Prozesse hinausgehen. Stellen Sie sicher, dass die Geschäftsleitung das Projekt voll unterstützt – und engagieren Sie sie im Zweifelsfall bestmöglich als Impulsgeber und Impulsgeber.

Der Übergang zur Industrie 4.0 eröffnet zahllose Möglichkeiten. Die Technologien wachsen zusammen: Sensoren, Netzwerke und Rechenleistung werden verbessert, während die Preise sinken.

Teams können ihr Zustandsüberwachungsprogramm nun über die 20 % wichtigsten Anlagen hinaus auf die nächste Betriebsebene skalieren und so ihre Anfangsinvestition in deutlich höhere Erträge umwandeln. Im Handumdrehen erreichen wir eine werksweite Zustandsüberwachung, die ein noch höheres Maß an Konnektivität ermöglicht.