Bei der Zustandsüberwachung (CM) handelt es sich um ein vorausschauendes Wartungskonzept, das sich zur Überwachung des Allgemeinzustands von Anlagen/Systemen und zur Erkennung von Fehlern und Unregelmäßigkeiten auf die Datenerfassung in Echtzeit stützt. Unternehmen, die die Zustandsüberwachung einsetzen, können anhand dieses Konzepts potenzielle Probleme erkennen, bevor kritische Anlagen ausfallen, und dadurch ungeplante Ausfallzeiten minimieren und die Lebensdauer der Anlagen maximieren.
Der Überwachungsprozess umfasst in der Regel eine fortlaufende Datenerfassung durch verschiedene Hightech-Sensoren und -Instrumente, die an den von der Wartungsabteilung zu überwachenden Anlagen installiert sind. Die Sensoren ermöglichen eine Reihe von Diagnosen von Aspekten wie Vibrationspegel, Temperatur, Druck und Geräuschen.
Sobald die Wartungsabteilung über die Daten verfügt, kann sie diese mithilfe einer (oder mehrerer) der unzähligen verfügbaren Techniken und Software-Tools analysieren und interpretieren. Die beiden häufigsten Verwendungszwecke für Zustandsüberwachungsdaten sind:
- Trendüberwachung. Die Trendüberwachung kann anhand fortlaufender Messungen und Datenanalysen Trends erkennen, die auf eine Qualitätsminderung von Anlagen hindeuten. Das Unternehmen kann insbesondere entscheiden, welche Metrik der beste Indikator für den Allgemeinzustand der Ausrüstung ist, und anhand dieser Metrik Trends in der Anlagenleistung bewerten und schließlich vorhersagen, wann die Qualitätsminderung der Anlage die kritische Grenze überschreiten wird. Die Trendüberwachung wird häufig zur Verfolgung der Motorleistung eingesetzt.
- Zustandsüberprüfung. Im Gegensatz zur Trendüberwachung beruht die Zustandsüberprüfung auf der regelmäßigen Messung von Anlagen während des Betriebs. Anhand dieser Daten kann die Wartungsabteilung dann den aktuellen Zustand der Anlage bewerten. Ein Beispiel für die Zustandsüberprüfung ist die Überprüfung der Qualität des Schmierstoffs einer Maschine mithilfe eines Ölschauglases.
Unabhängig von der Art der Nutzung der Zustandsüberwachungsdaten können Sie Ihre Datenanalysetools so programmieren, dass sie Warnmeldungen oder Benachrichtigungen generieren, wenn potenzielle Probleme auftreten. Die Warnungen veranlassen das Wartungsteam oder den Techniker, den Fehler zu beheben.
Zustandsüberwachungstechniken werden zumeist für rotierende Ausrüstungen (z. B. Getriebe, Zentrifugen, Kolbenmaschinen usw.) eingesetzt. Sie ermöglichen die Optimierung von Wartungsarbeiten, insbesondere in Branchen wie Fertigung, Stromerzeugung und Transportwesen, in denen Maschinen und Anlagen für den täglichen Betrieb von entscheidender Bedeutung sind.
In diesen Branchen kann selbst eine kleine Fehlfunktion erhebliche finanzielle Verluste und Produktivitätseinbußen nach sich ziehen. An einer Fertigungsstätte kann eine defekte Maschine beispielsweise zu Produktionsverzögerungen, Terminüberschreitungen, Versäumnissen bei der Einhaltung von Vorschriften und erhöhten Kosten führen. In der Transportbranche kann ein fehlerhafter Luftfahrzeugmotor Flugstornierungen, Umsatzeinbußen und sogar Sicherheitsprobleme zur Folge haben.
Letztendlich ermöglicht die Zustandsüberwachung den Wartungsteams eine proaktivere Vorgehensweise bei der Wartung, wodurch Unternehmen Geld sparen und die betriebliche Effizienz maximieren können.
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Die Implementierung eines Zustandsüberwachungsprogramms ist ein relativ unkomplizierter Prozess, der drei Hauptschritte umfasst.
Der erste Schritt zur Implementierung eines CM-Programms besteht darin, so viele Anlagendaten wie möglich zu erfassen. Dazu sollten historische Daten (z. B. Wartungsverlauf) und die gesamte Dokumentation des Herstellers und/oder der Zulassungsbehörden gehören.
Sensoren sind die treibende Kraft hinter jedem Zustandsüberwachungsprogramm. Der erste Schritt zur Implementierung eines Programms besteht daher in der Installation der Sensoren, die die erforderlichen Daten erfassen. Unterschiedliche Anlagen erfordern unterschiedliche Arten von Sensoren und unterschiedliche Vorgehensweisen für die Sensorinstallation. Berücksichtigen Sie daher unbedingt die Anforderungen aller Ihrer kritischen Anlagen.
Sobald Sie alle Ihre Zustandsüberwachungssensoren installiert haben, beginnen diese mit der Erfassung von Maschinenzustandsdaten wie Vibration und Position, Rotordrehzahl, Temperaturmessungen und operativen Prozessen. Mithilfe dieser Daten können Sie Referenzmesswerte für Anlagen bestimmen und erkennen, was für eine Ausrüstung normal ist und was nicht.
Sofern Ihre Wartungsabteilung eine Software zur Überwachung des Maschinenzustands installiert hat, werden Wartungsdatenkollektoren mit der kontinuierlichen Überwachung und Analyse von Sensordaten beauftragt, um den Allgemeinzustand der Anlage zu bewerten und potenzielle Maschinenstörungen vorherzusehen.
Ihr Unternehmen und/oder Ihr Wartungsteam können verschiedene Techniken und Tools zur Implementierung eines Zustandsüberwachungsprogramms einsetzen. Zu den gängigen Lösungen gehören:
Elektromagnetische überwachung
Die elektromagnetische Überwachung misst Feldverzerrungen und Veränderungen im Wirbelstrom zum Ermitteln von Korrosion, Rissen, Schwachstellen und anderen Fehlern. Der Techniker legt an den Oberflächenwänden und Rohrleitungen der Anlage Magnetfelder an, um Fehler an Oberflächenmaterial und Einrichtungen zu erkennen.
Infrarot-Thermografie
Bei der Infrarot-Thermografie handelt es sich um eine Art der zerstörungsfreien Prüfung, bei der mittels Wärmebildtechnik Überhitzung und andere temperaturbedingte Probleme erkannt werden. Es werden Wärmebildkameras eingesetzt, um die von einem Objekt/einer Oberfläche abgegebene Infrarotstrahlung zu erfassen und in ein visuelles Bild (oder Thermogramm) umzuwandeln. Unternehmen nutzen diese Art von CBM hauptsächlich zur Überwachung von Motoren, zur Inspektion von Lagern und zur Überprüfung von Gas-, Schlamm- oder Flüssigkeitsständen.
Laserinterferometrie
Bei der Laserinterferometrie werden anhand von lasergenerierten Lichtwellenlängen Abweichungen von der Referenzwellenverschiebung einer Anlage gemessen. Mit einem Interferometer misst der Wartungstechniker Interferenzmuster, die auf Fehler wie Korrosion und Aussparungen im Oberflächen- und Untergrundmaterial hindeuten.
Ölanalyse
Die Ölanalyse bewertet die Eigenschaften des Öls (z. B. Viskosität, Azidität usw.) in einer Anlage, um Verunreinigungen oder Verschleißpartikel zu erkennen. Dabei wird in der Regel eine Schmierölprobe aus der Anlage entnommen und zur Analyse an ein Labor geschickt. Die Ölanalyse kann für die Überwachung von Anlagen wie Motoren, Getrieben und Hydrauliksystemen sinnvoll sein.
Vibrationsüberwachung
Bei der Vibrationsüberwachung (oder Vibrationsanalyse) werden Vibrationssensoren eingesetzt, um Vibrationsfrequenzen in einer Anlage zu messen und Anomalien zu erkennen, die auf ein Problem hindeuten können. Da beispielsweise rotierende Anlagen (z. B. Motoren und Pumpen) mit zunehmendem Alter zu stärkeren und lauteren Vibrationen neigen, lassen sich durch Messung von Veränderungen der Vibration Verschleiß und Schäden erkennen, bevor die Anlage ausfällt. Anhand von Vibrationsdaten lässt sich eine Vielzahl von Problemen erkennen, wie Fehlausrichtungen, Unausgewogenheiten, Verschleiß oder Störungen von Lagern, verbogene Wellen und lose Komponenten, um nur einige Fehler zu nennen.
Schallemissionsprüfung
Die Schallemissionsprüfung ist eine Art Vibrationsanalyse, bei der jedoch Schall mit wesentlich höheren Frequenzen eingesetzt wird, um Stöße und Risse zu erkennen. Schallmuster zeigen ungewöhnliche Geräusche oder Vibrationen auf, die auf ein Problem oder eine drohende Störung hindeuten können. Diese Technik eignet sich besonders gut zum Erkennen von Fehlern an rotierenden Ausrüstungen wie Motoren, Pumpen und Lüftern.
Ultraschallanalyse
Die Ultraschallanalyse (auch Ultraschallprüfung genannt) setzt hochfrequente Schallwellen ein, um Lecks, Risse oder Fehler an einer Ausrüstung zu erkennen. Sie ermittelt die Abnutzung von Anlagen sowohl mit berührenden (Körperschall) als auch mit berührungslosen (Luftschall) Datenerfassungstechniken. Berührende Methoden werden in der Regel zum Erkennen von mechanischen Problemen wie Schmierproblemen, Getriebeschäden und gebrochenen Rotorstäben eingesetzt, die hochfrequente Geräusche erzeugen. Berührungslose Methoden können Probleme wie Druck- und Vakuumlecks in Druckgassystemen erkennen, die zum Erzeugen niederfrequenter Geräusche tendieren.
Motorschaltungsanalyse (MCA)
Bei der Motorschaltungsanalyse, die auch als Motorprüfung bezeichnet wird, werden mittels spannungs- oder strombasierter Prüfungen elektrische Unausgewogenheiten ermittelt und der Qualitätsverlust der Isolierung gemessen, was beides zu Motorausfällen führen kann. Die MCA wird hauptsächlich zur Überwachung von Elektromotoren verwendet.
Zur Zustandsüberwachung können auch andere Methoden wie Sichtprüfungen und Leistungstests eingesetzt werden. Natürlich hat jede Technik ihre Stärken und Schwächen, so dass die beste Wahl für Ihre Abteilung von Ihren Ressourcen, Ihren Ausrüstungen, Ihrer Umgebung und Ihren organisatorischen Anforderungen abhängt.
Die Zustandsüberwachung und das IIoT sind zwei eng miteinander zusammenhängende Konzepte, die bei gemeinsamem Einsatz die Effizienz und Zuverlässigkeit von Wartungsmanagementsystemen verbessern können.
Die Zustandsüberwachung basiert auf der fortlaufenden Datenerfassung von Sensoren und anderen Quellen, um Probleme zu verhindern oder zu mindern. Das industrielle Internet der Dinge hingegen ist ein Netzwerk miteinander verbundener Geräte und Anlagensensoren, die untereinander und mit der Cloud kommunizieren, um Daten zu erfassen und auszutauschen.
Der gemeinsame Einsatz von Zustandsüberwachung und IIoT ermöglicht eine umfassendere und genauere Überwachung sowie eine effizientere Kommunikation über Wartungsaufgaben und Probleme. Er ermöglicht nicht nur die Kommunikation und den Austausch von Diagnosedaten zwischen über das Internet verbundenen intelligenten Anlagen und somit sofortige System- und Anlagenvergleiche, sondern hilft den Teams auch, fundiertere Entscheidungen über den gesamten Produktionsbetrieb zu treffen. Darüber hinaus ermöglicht das IIoT die Erfassung und Übertragung von Daten und die Fernüberwachung von Systemen, was besonders für Systeme an abgelegenen oder gefährlichen Stellen nützlich sein kann.
Diese Funktionen ermöglichen den Wartungsabteilungen ausgefeiltere Analysen, die gleichzeitige Nutzung von Daten mehrerer Maschinen und die Automatisierung von Prozessen, für die normalerweise Wartungstechniker (mit den damit verbundenen Kosten) erforderlich wären. Letztendlich können Unternehmen dank Zustandsüberwachungssystemen und IIoT die Art der Überwachung wichtiger Anlagen, Prozesse und Systeme verändern und so die Zuverlässigkeit, Effizienz und Sicherheit ihrer Wartungsabläufe verbessern.
Einer der Hauptvorteile der Zustandsüberwachung besteht darin, dass sie den Wartungsteams die Implementierung eines präventiven Wartungsmanagements und einer Überwachung des Allgemeinzustands von Maschinen ermöglicht. Wenn potenzielle Probleme erkannt werden, bevor sie zu Geräteausfällen führen, können Wartungsteams die Wartungsaktivitäten zum günstigsten Zeitpunkt einplanen, wodurch die Auswirkungen auf die Produktion verringert und Ausfallzeiten durch unerwartete Abschaltungen minimiert werden.
Die Zustandsüberwachung bietet gegenüber herkömmlichen Wartungslösungen mehrere weitere Vorteile, darunter:
Die Zustandsüberwachung liefert Echtzeitdaten über die Leistung eines Systems oder einer Komponente, die zur Optimierung der Wartungsplanung und -terminierung genutzt werden können. Dadurch lässt sich die Häufigkeit von Wartungsarbeiten verringern und gleichzeitig sicherstellen, dass sie nur bei Bedarf und auf der Grundlage der tatsächlichen Systemleistung durchgeführt werden.
Durch die frühzeitige Erkennung und Behebung von Problemen trägt die Zustandsüberwachung dazu bei, die Lebensdauer von Ausrüstungen und Komponenten zu verlängern und so den Bedarf an kostspieligen Austauschmaßnahmen oder Reparaturen zu verringern und den ROI der Anlagen zu maximieren.
Mit der Zustandsüberwachung lassen sich Ineffizienzen in einem System oder einer Komponente erkennen, wie beispielsweise übermäßiger Energieverbrauch oder unnötiger Verschleiß. Durch die Bewältigung dieser Probleme kann die betriebliche Effizienz verbessert werden, was geringere Kosten und eine höhere Produktivität zur Folge hat.
Mithilfe der Zustandsüberwachung lassen sich potenzielle Sicherheitsgefahren, wie abgenutzte oder beschädigte Komponenten, erkennen, bevor sie Personen- oder Sachschäden zur Folge haben. Dies verbessert die allgemeine Sicherheit und verringert das Risiko von Unfällen und Verletzungen.
Obwohl die Zustandsüberwachung einem Unternehmen die Rationalisierung seines Wartungsmanagementsystems erleichtern kann (insbesondere im Falle der IoT-gestützten Zustandsüberwachung), hat sie doch auch Nachteile, die Unternehmen berücksichtigen sollten:
Die Implementierung eines Zustandsüberwachungsprogramms kann ziemlich kostenintensiv sein, da in der Regel Sensoren und andere Überwachungsgeräten installiert werden müssen und eine Investition in Datenanalysesoftware und Personal zur Verwaltung des Programms und der Ausrüstungen erforderlich ist. Die Kosten für die Ausführung eines Zustandsüberwachungsprogramms können insbesondere für kleinere Unternehmen unerschwinglich sein.
Die Zustandsüberwachung kann komplex sein und Spezialkenntnisse und Fachwissen für die Einrichtung und Verwaltung erfordern. Manche Unternehmen verfügen möglicherweise nicht über genügend geschultes Personal für den effektiven Betrieb des Systems und müssen daher gegebenenfalls Fachpersonal oder externe Berater einstellen. Darüber hinaus sind Zustandsüberwachungssysteme zur Durchführung von Diagnosen an den Anlagen eines Unternehmens auf Hightech-Sensoren angewiesen. Ältere Anlagen ohne entsprechende Infrastruktur erfordern möglicherweise umfangreiche Nachrüstungen.
Zustandsüberwachungssysteme können eine große Datenmenge generieren, deren Verwaltung und Analyse eine große Belastung darstellen kann. Es kann für die Wartungsteams schwierig sein, die Daten zu sichten und die wichtigsten Datenpunkte und Trends zu bestimmen.
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Der IBM Blog erläutert den Unterschied zwischen Zustandsüberwachung und vorausschauender Wartung.
Lesen Sie, wie IBM Research die Entwicklung der vorausschauenden Wartung in der Technologie und im Bankwesen vorantreibt
Mehr als zwei Drittel der von Unternehmen erfassten Daten bleiben ungenutzt, was Leistungs- und Zuverlässigkeitsprobleme zur Folge hat.