Wie sieht die Wartung in der Fabrik der Zukunft aus?

Internet der Dinge, künstliche Intelligenz, 3D Druck … Die Fabrik der Zukunft ist digital. Dadurch, dass die Steuerung anhand einer großen Anzahl von Daten erfolgt, kann die vorausschauende Wartung verallgemeinert werden.
 
Es ist Zeit für die 4. Industrielle Revolution. Nach der Mechanisierung, der Industrialisierung und der Automatisierung hält nun die Digitalisierung ihren Einzug in unsere Fabriken. Der 3D Druck, das Internet der Dinge, die Robotik und die künstliche Intelligenz verändern die Art und Weise, in der Produkte geplant, hergestellt und gewartet werden, grundlegend.
 
In der Fabrik der Zukunft oder der Industrie 4.0, wie es auch genannt wird, sind die Produktionsstätten von einem kontinuierlichen Datenfluss durchflutet. Während die digitale Welt früher in den Forschungsabteilungen aufhörte, kann heutzutage jeder Abschnitt im Lebenszyklus eines Produktes digitalisiert werden. Das fängt bei der Konzeption mit digitalen Versuchsmodellen an und führt über die Logistik bis zur Wartung.

Pannen vorhersehen, die Lebensspanne von Maschinen verlängern

In der Industrie 4.0 werden sogar ganze Produktionen von Daten gesteuert (data driven). Von der digitalen Kontrolle des Roboters im MES (Manufacturing Execution System), bringt die Echtzeit-Sammlung von Daten aus der Produktion wertvolle Indikatoren für die Bereiche Qualität, Leistung und Verfügbarkeit.
 
Der Vorteil besteht natürlich darin, dass nun eine vorausschauende Wartung möglich wird. Man bringt einfach Sensoren für Druck, Temperatur oder Schwingungen an Maschinen an und ist so in Echtzeit über den Zustand der Maschinen informiert. Abweichungen von Normwerten können sofort festgestellt werden und dienen als Anzeichen für zukünftige Pannen oder Störungen.
 
Je nach den von der Qualitätssicherung definierten kritischen Grenzwerten entscheidet das System dann, wie hoch das Risiko einer Störung ist und ob ein Wartungseinsatz veranlasst werden muss.
 
Die vorausschauende Wartung trägt auch zur Verlängerung der Lebenszyklen von Geräten bei, da sie optimal überwacht und gewartet werden. Da der Anlagenbetreiber nahezu alles über die Funktionsweise seiner Geräte weiß, kann er die Parameter für ihren täglichen Betrieb optimieren.

Die absolute Priorität für Industrieanlagen: Geräte müssen funktionieren!

Wir sprechen hier von keinen Kleinigkeiten. Nach einer Studie von L’Usine Nouvelle und KPMG hat die Verfügbarkeit von Geräten für zwei Drittel aller Industrieunternehmen die absolute Priorität, noch vor der Reduktion von Kosten und der Verbesserung der Qualität.
 
Genau hier hilft die Digitalisierung. Stillstandszeiten werden auf ein Minimum reduziert. Denn jeder Maschinenausfall beeinträchtigt die Produktivität und verursacht zusätzliche Kosten. Auch verspätete Lieferungen und Qualitätseinbußen können den Ruf des Unternehmens schädigen.
 

Ziel: „zero downtime“

Die Industrie rüstet auf, um das Ziel „zero downtime“ zu erreichen. Die gleiche Studie zeigt, dass 83% der Befragten bereits eine EAM-unterstützte Software zur Einsatz- und Tourenplanung eingeführt haben oder im Begriff sind, dies zu tun. 78% nutzen ein Tool zur Telewartung, 60% eine Software zur vorausschauenden Wartung. Die virtuelle und die erweiterte Realität (30%) und der 3D Druck (34%) folgen dicht dahinter.
 
Obwohl mehr als die Hälfte der befragten Unternehmen eine vorausschauende Wartung einführen will, bleibt die präventive Wartung das momentan am häufigsten genutzte Modell (91% der Befragten). Der Übergang zur vorausschauenden Wartung wird zurzeit durch fehlende digitale Kompetenzen gebremst.

Die Luftfahrt & die Stahlproduktion: zwei Fälle wie aus dem Lehrbuch

Es liegt in der Natur der Sache, dass sich einige Sektoren stärker für die vorausschauende Wartung interessieren als andere. Die Luftfahrt ist hier ein Vorreiter, weil die Wartungskosten den größten Ausgabenposten nach Treibstoff darstellen.
 
Alle beteiligten Akteure der Luftfahrtindustrie haben ein Interesse daran, Pannen vorherzusehen. Die Fluglinien wollen, dass ihre Flugzeuge so kurz wie möglich am Boden wissen. Die Triebwerkhersteller möchten den Lagerbestand an Ersatzteilen verringern. Safran zum Beispiel hat eine extra Abteilung gegründet, die nur für big data zuständig ist (Safran Analytics). Auch Airbus bietet Fluglinien bereits seinen eigenen Service für vorausschauende Wartung an.
 
Ein anderes Beispiel liefert die Stahlproduktion. Stahlplatten durchlaufen verschiedene Phasen der Erwärmung, des Abkühlens und des Wasserbades. Die Qualität der auf diese Weise hergestellten Platten und die Parameter der Produktion kann man überprüfen, indem man Kameras installiert, die Formen wiedererkennen können.
 
Die übermittelten Daten können wichtige zusätzliche Indikatoren für die Nutzung der Maschinen liefern. Eine beschädigte Walze kann zur Deformation der Oberfläche einer Stahlplatte führen. Aus Sicht der Qualitätskontrolle ist sie vielleicht noch akzeptabel, aber das Erkennen von ersten Abweichungen ermöglicht es, einen Einsatz der vorausschauenden Wartung auszulösen.

Wertvolle Daten zur Weiterentwicklung des Produkts

Die Nutzung von künstlicher Intelligenz und dem Internet der Dinge (IoT) in der vorausschauenden Wartung dient nicht nur dazu, Maschinen „intelligent“ zu machen. Dank verbundener Dinge kann die Industrie einen Link zu ihrem Produkt bewahren, selbst nachdem es verkauft wurde. Sie weiß nun, wie ihr Produkt benutzt wird, welche Funktionalitäten angenommen werden.
 
Der Hersteller kann sein Produkt auf Grundlage dieser Daten weiterentwickeln und dafür sorgen, dass das Nachfolgemodell stärker zu den realen Bedürfnissen der Nutzer passt. Er kann auch die entsprechenden Wartungsprozesse optimieren. Diese Rückmeldung ist sehr viel wertvoller als alle Umfragen zur Kundenzufriedenheit.
 
Dadurch werden auch neue wirtschaftliche Modell denkbar, wie zum Beispiel die Fakturierung nach Nutzung. Um auf das Beispiel der Luftfahrt zurückzukommen: Einige Triebwerkshersteller bieten bereits Wartungsverträge während des Flugs an.

3D Druck für die Herstellung von Ersatzteilen

Die Fabrik der Zukunft nutzt auch den 3D Druck. Anders als bei der traditionellen Produktion wird ein Teil bei dieser Methode Schicht für Schicht nachgebildet. Das ermöglicht es, kleine Serien von Ersatzteilen herzustellen, mit quasi unbegrenzten Möglichkeiten für Personalisierungen.
 
Für Wartungseinsätze bedeutet das, dass Ersatzteile möglichst nah am Einsatzort mit 3D Druck hergestellt werden können. Das führt zur einer Reduktion von Lagern und Logistikaufwand.
 

Die Wertschätzung der Rolle des Menschen

Die Rolle des Menschen wird in der Fabrik der Zukunft endlich wieder wertgeschätzt. Während der Mensch lange Zeit der Maschine gedient hat, ist es nun umgekehrt. Mit der Kobotik – ein Kunstwort aus „Kollaboration“ und „Robotik“ – teilt der Roboter den gleichen Raum wie der Mensch und übernimmt schwierige, sich wiederholende, unangenehme oder gefährliche Aufgaben.
 
Der Mensch bekommt mehr Möglichkeiten. Wenn ein Wartungstechniker mit einem Helm mit erweiterter Realität ausgestattet ist, bekommt er alle Informationen, die für seinen Einsatz wichtig sind (Pläne, technische Zeichnungen usw.), im Helm eingeblendet.
 
Die virtuelle Realität unterstützt die Aus- und Weiterbildung. Der Wartungstechniker wir in ein immersives Universum versetzt und führt alle Handgriffe aus, die er auch in der realen Situation wiederholen muss. Er kann so oft wie er will, von vorne anfangen, seine Aktionen filmen und sich so ständig selbst verbessern.