Eines der großen Versprechen von Industrie 4.0 ist die vorausschauende Wartung. Im Gegensatz zur reaktiven Wartung, bei der das Teil erst ausgetauscht wird, wenn die Maschine bereits streikt, stellt Predictive Maintenance sicher, dass die Wartung rechtzeitig ausgeführt wird, bevor es zum Stillstand kommt.
Gegenüber der vorbeugenden Wartung, bei der Teile prophylaktisch ersetzt werden, obwohl sie noch funktionieren, nutzt die vorausschauende Wartung die Komponenten so lange wie möglich. Die vorausschauende Wartung basiert nicht auf Vermutungen, sondern auf Sensordaten, aus denen ein Algorithmus Rückschlüsse auf die tatsächliche Alterung des Teils zieht. Einige Lösungen gibt es schon, für Verbindungssysteme waren sie allerdings nicht überzeugend. Das ändert sich jetzt.
„Wir wollen eine Lösung anbieten, die sich meldet, bevor eine Leitung ausfällt“, sagt Guido Ege, Leiter Produktentwicklung und -management bei Lapp. Eine Komponente, die wenige Euro kostet, kann dann nicht mehr eine ganze Produktion lahmlegen und hohe Kosten nach sich ziehen. „Wir wollen mithelfen, Fabriken smart, zuverlässiger und transparenter zu machen, und da ist Predictive Maintenance ein Schlüsselthema“, betont Ege.
Fokus zunächst auf Ethernet-Leitungen
Als erstes hat sich Eges Team die industrielle Datenkommunikation vorgenommen, denn sie ist ein wichtiges Wachstumsfeld von Lapp. Ethernet-Leitungen eignen sich mit ihrem komplexen Aufbau besonders für Predictive Maintenance, weil sie mit ihren notwendigen Hochfrequenzeigenschaften eigene Fehlercharakteristika zeigen. Das fängt mit einer gebrochenen Abschirmung an, die zu erhöhten Störungen durch EMV führt. Brechen Litzen, nimmt die Dämpfung zu und die Datenrate sinkt, bei komplettem Aderbruch fällt die Kommunikation schließlich ganz aus.
Das Team hat sich als Ziel gesetzt, den optimalen Austauschzeitpunkt einer Leitung vorauszuberechnen, und damit den Austausch so zu planen, dass die Produktion möglichst wenig gestört wird. Die voraussichtliche Lebensdauer wird aus den Veränderungen der Übertragungseigenschaften errechnet. Ethernet-Leitungen sind aber nur der Anfang. Im nächsten Schritt sollen auch stromführende Leitungen überwacht werden.
Lösung ohne Opferadern
Das Team wollte ein Messprinzip entwickeln, das ohne Veränderung des Leitungsaufbaus funktioniert, also ohne zusätzliche Mess- oder Opferadern im Kabel, die einen erhöhten Aufwand bei der Installation bedeuten. Die Vorhersage sollte allein über ein Protokoll und einen speziellen Algorithmus erfolgen. Der Installateur kann die Leitungen dann wie gewohnt anschließen und muss keine zusätzlichen Opferadern verbinden. So ist auch ein Retrofit bestehender Anlagen möglich.
Die Messung und Auswertung erfolgt in der sogenannten PMBx (Predictive Maintenance Box). Sie wird in die Ethernet-Leitung eingebracht und überwacht das Leitungsstück zwischen Anwendung und PMBx.
Die Datenpakete laufen ohne merkliche Verzögerung vom einen Ethernet-Port zum anderen Port. Für eine angeschlossene SPS ist die PMBx unsichtbar, sie hat keinen Einfluss auf die Datenübertragung. Sie eignet sich damit auch für bestehende Anlagen, ohne dass Änderungen an der Software der SPS notwendig sind.
Mix aus mehreren Parametern
Die Ausfallprognose basiert auf einem Mix aus übertragungsrelevanten Parametern, aus denen der Lapp Predictive Indicator berechnet wird. Das erlaubt Plausibilitätsprüfungen und minimiert Fehlinterpretationen von Messwerten.
Für die Energiekettenleitungen von Lapp wurden im hauseigenen Testzentrum Messwerte im Big-Data-Ansatz gesammelt und anschließend durch mathematische Algorithmen analysiert. Die resultierenden Parameter werden dann mit den Daten des Anwenders in der PMBx im laufenden Betrieb zum Lapp Predictive Indicator verrechnet. Derzeit fährt Lapp hier den Ansatz des Edge Computing, auf Kundenwunsch kann die Berechnung aber in der Cloud geschehen.
Je mehr Daten – auch vom Kunden – vorliegen, umso genauer die Prognose. Lapp prüft nach den ersten Testläufen im hauseigenen Logistikzentrum die Anwendung von Machine-Learning-Ansätzen, um die Vorhersagequalität des Algorithmus deutlich zu steigern. Zukünftig soll es möglich sein, eine Restlebensdauer zu berechnen, die abhängig ist vom Bewegungsprofil der Leitung.
Wenn man die Leistungsfähigkeit des Kabels vorausschauend berechnen kann, dann kann der passende Austauschzeitpunkt geplant werden. Der Instandhalter ist verfügbar, das Ersatzbauteil wird rechtzeitig bestellt und es kann ein Zeitraum genutzt werden, in dem die Maschine ohnehin nicht läuft, zum Beispiel während einer Umrüstung oder zeitgleich mit anderen Wartungsarbeiten.
„Wir sind mit einigen Interessenten und Pilotkunden im Gespräch, mit denen wir unsere Lösung in die konkreten Anwendungen integrieren und auf den Kunden zuschneiden wollen“, berichtet Ege. „Im nächsten Schritt wollen wir ein passendes Geschäftsmodell entwickeln.“
Beispiel für disruptive Innovation
Lapp verdankt den Erfolg auch dem neuen Innovationsprozess Innovation for Future. Damit möchte das Unternehmen radikale und disruptive Innovationen realisieren, für die zum Beispiel ein klassischer Stage-Gate-Prozess ungeeignet ist.
Ege ist optimistisch, dass sich Lapp mit Innovation for Future tiefgreifend verändern und sich weiter vom Anbieter physischer Produkte zum Anbieter von Systemlösungen entwickeln wird. „Innovation for Future schafft dafür die Freiräume“, sagt er.
