Predictive Maintenance als Teil der Industrie 4.0 - ein Teil des Berichts in der Beilage des Tagesanzeigers
Das jährliche Investitionsvolumen in die Intralogistik bewegt sich bei ca. 2,6 Mrd. CHF in Baumassnahmen, Hardware und Software. Bei einem mittleren Abschreibungszeitraum von 10 bis 20 Jahren liegt der Schweizer Anlagenbestand der Intralogistik bei rund CHF 30 bis 40 Mrd. Die direkten und indirekten Instandhaltungskosten für die Intralogistik dürften etwa CHF 3 bis 4 Mrd. pro Jahr betragen. Der stärker werdende Wettbewerbsdruck erfordert von den Betreibern dieser Anlagen höhere Effizienz, Verfügbarkeit und Produktivität, die nur durch ein entsprechendes Instandhaltungs-, Wartungs- und Erneuerungsmanagement gewährleistet werden kann. Eine Studie des VDMA (2017) macht deutlich, dass «Predictive Maintenance» als Schlüsselthema und Innovationsfeld erkannt und angegangen wird. Über 90 Prozent der Befragten einer Bearing Point Studie (2015) bekräftigten, dass die Bedeutung von Instandhaltung in Zukunft zunimmt. Sowohl Hersteller als auch Betreiber sehen erhebliche Erfolgspotentiale für einen nachhaltigen Erfolgsbeitrag, wenn es ihnen gelingt, die technologischen Entwicklungsfortschritte zu identifizieren und zu nutzen.
In der Vergangenheit war die Instandhaltung darauf beschränkt, regelbasierte Routineaufgaben durchzuführen oder bei einem Anlagenausfall einzuschreiten, um möglichst rasch die Anlagenverfügbarkeit wiederherzustellen. Durch den Einsatz von Sensorik und Computer konnten Expertensysteme entwickelt werden, die eine zustandsorientierte Wartung ermöglichten.
Durch die Vernetzung der umfangreichen Datenerfassung und dem Entwickeln von entsprechenden Algorithmen können nun vermehrt Indikatorenabhängige Fehlermuster erkannt werden. Sie können Vorhersagen über das Versagen von Komponenten treffen. Die Reaktionszeit vor dem Ausfall wird verlängert und die Wartungsplanung optimiert, soweit der Gesamtzustand der Anlage erfasst werden und optimiert werden kann. Der hohe Vernetzungsgrad des Systems, in dem eine hohe Anzahl von Komponenten in verschiedenen Zuständen und Lebensdauern berücksichtigt werden, braucht künftig Assistenzsysteme, die dem Betreiber optimierte Handlungsempfehlungen geben können. Die Studie von Acatech (2015) macht jedoch deutlich, dass bei den befragten Unternehmen im Bereich Wartung und Instandhaltung erheblicher Handlungsbedarf in den Themen Integration von Technologie und Arbeitsmethoden, Daten Management sowie in der Nutzung von Assistenzsystemen zur Planung bestehen.
Prädiktive Instandhaltung
Ein Grossteil der Maschinen- und Anlagenbetreiber verfolgen bis heute eine der folgenden Instandhaltungsstrategien:
Reaktive Instandhaltung
Der Kunde reagiert erst, wenn der Schaden eingetreten ist. Die Instandsetzung ist so nicht planbar und wird deshalb zur Feuerwehrübung. Mit der Lagerhaltung von Ersatzteilen versucht er, das Zeitfenster für die Instandsetzung
so kurz wie möglich zu halten. Grundsätzlich wird die Instandsetzung nach Eintreten eines Schadens immer kostenintensiver als ohne Schaden.
Proaktive Instandhaltung
Der Zustand der Schlüsselkomponenten wird durch mobile Messungen in periodischen Intervallen erfasst und
Massnahmen für die Instandsetzung abgeleitet. Die Umsetzung wird planbar und vor dem Ausfall durchgeführt. Gerade in der Schweiz werden die Intervalle tendenziell zu kurz gewählt. Dadurch werden viele Komponenten deutlich unter dem Ablauf der Lebenszykluszeit ersetzt. Zudem entscheidet oftmals das schwächste Glied in der Kette über den Zeitpunkt des Austausches aller Teile.
Mit der Digitalisierung eröffnen sich nun Möglichkeiten für eine prädikative Instandhaltung: Die Komponenten werden mit Sensorik ausgerüstet, die permanent Parameter messen und übermitteln. Die Daten werden in einer Cloud gespeichert, wo mittels neuster IT-Technologie Komponenten- und Anlagenzustände abgeleitet werden. Die Anlagenzustände, die Grenzwerte und Trends werden dem Anlagenbetreiber mit einem Monitoring sichtbar gemacht. Bei Abweichungen oder Grenzwertüberschreitungen gibt das System eine Handlungsempfehlung.
Prädiktive Instandhaltung wird überall dort interessant, wo durch die zustandsorientierten Massnahmen Anlagenausfälle verhindert werden können, die zu hohen Ausfallkosten, Imageschäden oder Reparaturkosten führen. Der Nutzen einer Prädiktiven Instandhaltung wird in einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit, höherer Prozessqualität, geringere Kosten und erhöhter Lebensdauer der Anlage erwartet. Insbesondere gilt für die Betreiber folgender Nutzen:
Dank dem frühzeitigen Erkennen von Abweichungen und Anomalitäten können Instandhaltungsmassnahmen geplant und mit der Produktion koordiniert werden.
Ersatzteile können bedarfsgerecht bestellt und müssen nicht als gebundenes Kapital an Lager gelegt werden.
Die Auslastung des internen Instandhaltungsteam wird geglättet und die Grösse kann optimiert werden.
Durch den Support können unerfahrene Mitarbeiter trainiert und so dem Fachkräftemangel entgegengewirkt werden.
Inzwischen liefern bereits die ersten Anlagen- und Maschinenhersteller mit smarten Systemen, die ihren Zustand ermitteln und visualisieren können. Es sind aber meist Inselsysteme, die nur für die vom Hersteller gelieferten Anlagen funktionieren. Beispielsweise liefert der Aufzugshersteller ein System, das den Zustand aller am Aufzug verbauten Komponenten wie Motor, Türmechanismus, Steuerung etc. auswertet. Die Lüftungsanlage, die Fertigungsmaschinen, der Hallenkran, usw. im gleichen Gebäude können aber nicht auf das System vom Aufzug aufgeschaltet werden oder sie weisen ein weiteres autonomes System auf. Zudem betreiben die meisten Unternehmungen bestehende Maschinen, die auch in den kommenden Jahren ihren Dienst erbringen sollen und nicht durch neue, smarte Anlagen ersetzt werden. Mit einem ganzheitlichen Lösungsansatz können alle Anlagen und Maschinen, die für den Betreiber relevant sind, unabhängig von deren Alter und Hersteller eingebunden werden.
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