Vorausschauende Wartung: Dauer-Fitness-Check sagt Fehler voraus

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Vorausschauende Wartung

Dauer-Fitness-Check sagt Fehler voraus

Nikolai Helwig (l.) und Tizian Schneider, wissenschaftliche Mitarbeiter von Professor Andreas Schütze, testen das Früherkennungsprogramm an einem elektromechanischen Zylinder. Bild: Oliver Dietze
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Ein Früherkennungs-Programm für Maschinen haben Forscher der Universität des Saarlandes entwickelt. Ihr Dauer-Fitness-Check sagt Fehler frühzeitig voraus. Wartungen lassen sich damit besser planen, drohenden Ausfällen wird vorgebeugt.

Es behält den Zustand von Maschinen pausenlos im Auge, stellt Diagnosen und kündigt an, wann ein Ersatzteil ausgetauscht werden muss: Das Forscherteam von Professor Andreas Schütze an der Universität des Saarlandes hat ein Früherkennungsprogramm für technische Anlagen entwickelt. Ihr cleveres Verfahren haben die Forscher soeben auf der Hannover Messe der Fachwelt vorgestellt.
Die Entwicklung legt den Fokus auf gängige betriebliche Praxis: Roboter in Fertigungsstraßen arbeiten unermüdlich und mikrometergenau – es sei denn, ein Bauteil gibt den Geist auf. Wird etwa ein Linearantrieb beschädigt, der ein werdendes Auto präzise vor dem künstlichen Monteur platziert, läuft es für dessen Roboterarm nicht mehr rund: Er positioniert die Autotür bei der Montage nicht mehr ganz so exakt. Die Folge: Die Tür sitzt falsch. Oder eine Maschinenkomponente ermüdet und fällt plötzlich aus. Die ganze Produktion steht still. Dass es soweit erst gar nicht kommt, daran arbeitet das Ingenieurteam des Sensorexperten Schütze an der Saar-Uni und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik mit Partnern aus Industrie und Forschung.
Ihr System unterzieht Maschinen einer ständigen Vorsorgeuntersuchung. Ganz so, als würde man einen Menschen immerzu mit Fitnessarmbändern und Gesundheits-Checks samt Langzeit-EKG und Dauer-Blutdruckmessung überwachen. „Unser System macht den aktuellen Zustand einer Anlage permanent sichtbar und warnt frühzeitig, wenn sich ein Schadensfall ankündigt. Hierzu bringen wir im Inneren der Maschinen Sensoren an, die wir miteinander und mit den vorhandenen Prozesssensoren kombinieren. So können wir kleinste Veränderungen erfassen“, erläutert Andreas Schütze.
Die Forscher nutzen dabei ein besonderes Phänomen: Lange bevor ein technisches Gerät kaputt geht, macht es andere Geräusche, vibriert, oder läuft heiß. Das Besondere: Es gibt ganz charakteristische Eigenheiten, wie etwas brummt oder rüttelt, und zwar im Normalzustand ebenso wie in den Stadien, in denen sich etwas verändert – und seien die Unterschiede auch nur hauchfein und mit normalen Sinnen noch nicht zu bemerken.
Hier kommt das System der Saarbrücker Messtechnik-Spezialisten ins Spiel: Die Sensoren bemerken diese Veränderungen und ordnen sie selbstständig Schadensabläufen zu. „Wir haben erforscht, wie sich die Signalmuster – etwa die Frequenz von Schwingungen – bei typischen Schadens- und Fehlerzuständen verändern“, erklärt Professor Schütze. Hierzu haben die Forscher die Muster Abertausender von Messdaten untersucht und aus der Masse diejenigen identifiziert, die mit bestimmten Schäden oder Verschleiß einhergehen. „Mit diesem Wissen füttern wir die Sensoren: Wir machen sie intelligent, so dass sie diese Abweichungen selbst erkennen“, erläutert Nikolai Helwig aus Schützes Team. Auf diese Weise brauchen die Forscher keine externe Auswerteeinheit mehr, das System wertet sich selbst aus.
Ziel der Ingenieure ist es, einen Baukasten mit Sensoren und Modulen zu entwickeln, aus denen Maschinenbetreiber für ihre Anlagen ganz individuell einen Fitness-Check zusammenstellen können. „Die Sensoren werden maßgeschneidert in eine Anlage integriert, auch nachträglich noch. Sie zeichnen zuerst eine Zeit lang Rohdaten auf, also die Messwerte, die den Normalzustand wiedergeben“, schildert Helwig. Danach ist das System bereit: Es vergleicht im laufenden Betrieb ständig die Daten mit typischen Sensormustern von beginnenden Fehlfunktionen und Schäden der Anlage. „Unser Verfahren macht auch andere Lösungen für Industrie 4.0 denkbar. Etwa bei der Qualitätskontrolle: Es erkennt, ob Maschinen während eines Fertigungsprozesses in einwandfreiem Zustand gearbeitet haben“, ergänzt Schütze.
Derzeit geht die Entwicklung in die Testphase: Hierbei arbeiten die Messtechniker unter anderem mit Bosch Rexroth und Festo zusammen. Bei Rexroth sollen die Sensoren den Zustand von Werkzeugmaschinen beobachten, bei Festo werden die eingangs erwähnten Linearantriebe, so genannte elektromechanische Spindelachsen oder Elektrozylinder, geprüft.
Die Forschungen sind Teil des BMBF-Verbundprojektes „Modulare Sensorsysteme für Echtzeit-Prozesssteuerung und smarte Zustandsbewertung“ (MoSeS-Pro), das Andreas Schütze federführend koordiniert. Ziel des durch das Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojektes ist ein Baukasten aus Hard- und Software-Modulen: Dieser soll es erleichtern, Sensorsysteme für die Überwachung und Steuerung von Antrieben und Positioniersystemen zu entwickeln, und so schnelle und präzise Fertigungsprozesse ermöglichen, deren Ablauf in Echtzeit überwacht und angepasst werden kann.
Claudia Ehrlich, Universität des Saarlandes in Saarbrücken

@ Webhinweis
Weitere Informationen zum Verbundprojekt MoSeS-Pro – Modulare Sensorsysteme für Echtzeit-Prozesssteuerung und smarte Zustandsbewertung: www.moses-pro.de
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