Vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance): Methoden und Einführung

Vorausschauende Instandhaltung, auch Predictive Maintenance oder prädiktive Wartung genannt, plant Instandhaltungsmaßnahmen anhand einer Prognose der Zustandsentwicklung. Aus Zustandsdaten wie Schwingung, Temperatur oder Ölqualität und ihrem Verlauf wird abgeschätzt, wann ein Bauteil an seine Grenze kommt. Eingegriffen wird gezielt vorher, statt nach festen Intervallen oder erst nach dem Ausfall. Die DIN EN 13306 nennt das voraussagende Instandhaltung, eine Form der zustandsorientierten Instandhaltung.

Einen Vergleich aller Strategien mit Vor- und Nachteilen finden Sie im Beitrag Instandhaltungsstrategien im Vergleich.

Vorausschauende Instandhaltung überwacht den Zustand einer Anlage und schätzt aus dem Verlauf der Messwerte ab, wie sich der Zustand weiterentwickelt und wann ein Eingriff nötig wird. Das unterscheidet sie von der rein zustandsorientierten Instandhaltung, die auf den aktuellen Messwert reagiert. Bei Bestandsmaschinen lässt sich geeignete Sensorik je nach Maschine und Zugänglichkeit nachrüsten (Retrofit).

Reaktive Instandhaltung, auch als korrektive Instandhaltung oder ungeplante Instandhaltung bezeichnet, erfolgt nach einem Anlagenausfall.Die Instandhaltungsstrategie der korrektiven Wartung kann Anlagenausfälle nicht verhindern. Der Produktionsstillstand wird verlängert, falls Ersatzteile für Anlagen und Maschinen bestellt werden müssen. Im Gegensatz dazu basiert vorausschauende Instandhaltung auf der Analyse von Leistungsmetriken, die es Wartungstechnikern ermöglichen, Korrekturmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten. Neue Technologien unterstützen den Übergang von reaktiven zu proaktiven Wartungsansätzen, die eine bessere Effizienz und optimierte Produktionsprozesse ermöglichen.

Die Einführung einer vorausschauenden Instandhaltungsstrategie bietet zahlreiche Vorteile:

Erhöhte Verfügbarkeit

Eine frühzeitige Identifikation und Behebung von Mängeln führt zu einer Reduzierung von Ausfallzeiten und zur Verlängerung des Lebenszyklus von Anlagen. Die Gesamtproduktivität wird erhöht.

Verbesserte Zuverlässigkeit

Proaktives Vorgehen erhöht die Zuverlässigkeit der Maschinen und Anlagen, indem Probleme angegangen werden, bevor es zu Fehlfunktionen oder Ausfällen kommt. Vorausschauende Instandhaltung nutzt Condition Monitoring, um direkt die Leistung und den Zustand der Anlagen während des normalen Betriebs zu überwachen.

Reduzierte Wartungskosten

Die präzise Identifikation des Wartungsbedarfs verhindert unnötige Reparaturen und minimiert die Ausgaben für routinemäßige Wartungsarbeiten und Ersatzteile.

Optimierte Wartungspläne

Wartungsarbeiten werden basierend auf dem tatsächlichen Zustand der Anlagen und Maschinen geplant, was die Effizienz verbessert und zu einer optimierten Nutzung von Ressourcen führt.

Vermeidung kostspieliger Schäden

Eine Vermeidung ungeplanter Ausfallzeiten durch rechtzeitige Problemerkennung und -behebung wird gewährleistet. Kleinere Probleme entwickeln sich nicht zu größeren, kostspieligen Schäden.

Vorausschauende Instandhaltung umfasst verschiedene Techniken, die für unterschiedliche Anlagen- und Maschinentypen geeignet sind:

Zustandsbasierte Instandhaltung

Die Methode nutzt Techniken der Zustandsüberwachung wie Schwingungsanalyse, Thermografie und Ölanalyse, um Anomalien und Verschleiß zu erkennen. Sensoren erfassen fortlaufend Daten, um Trends und Muster zu identifizieren, die zur Problemanalyse im Instandhaltungsmanagement genutzt werden.

Schwingungsanalyse

Schwingungssensoren erkennen Veränderungen im Schwingungsverhalten, zu erkennen, die auf Probleme wie Lagerabnutzung oder Fehlausrichtung hinweisen. Eine frühzeitige Erkennung von Mängeln ermöglicht geplante Wartungsarbeiten, um Ausfallzeiten zu vermeiden.

Ölanalyse

Bei der Ölanalyse werden Schmierölproben untersucht, um Verunreinigungen und Verschleißpartikel zu identifizieren. Diese Methode eignet sich zur Erkennung von Problemen in Getrieben und Lagern.

Akustische Emissionstests

Akustische Tests verwenden Mikrofone, um ungewöhnliche Geräusche von Anlagen und Maschinen zu erkennen. Veränderungen in der Textur eines Werkstoffs, die durch chemische oder thermische Vorgänge bzw. unter mechanischer Belastung ausgelöst werden, können zur Emission von Schall führen. Änderungen in akustischen Mustern ermöglichen rechtzeitiges Eingreifen.

Beispiele: Messverfahren als Grundlage vorausschauender Instandhaltung

Die Messung zeigt den aktuellen Zustand. Vorausschauend wird es erst, wenn aus dem Verlauf der Werte die weitere Entwicklung abgeschätzt wird. Typische Beispiele:

Für vorausschauende Instandhaltung braucht es Messtechnik, eine Verbindung der Daten und eine Auswertung. Wie sie sich von anderen Instandhaltungsstrategien abgrenzt, zeigt unser Vergleich. Gängige Technologien für die geplante Instandhaltung umfassen:

Sensoren

Vorausschauende Wartungstechnologien wie Sensoren und CMMS-Software (Computerized Maintenance Management System) werden eingesetzt, um Echtzeitdaten über den Zustand der Anlagen zu erfassen und Ausfälle zu verhindern, bevor diese auftreten. Verschiedene Sensortypen erfassen Daten zu Schwingungen, Druck, Temperatur, Akustik und dem Ölzustand von Anlagen. Dadurch ist die Identifizierung von verschleißgefährdeten Bauteilen möglich.

Machine Learning

Algorithmen analysieren große Mengen an Daten, um Muster zu identifizieren, die auf Leistungsabweichungen in Echtzeit hinweisen. Durch KI in der Produktion wie Algorithmen und maschinelles Lernen können Vorhersagen darüber getroffen werden, wann eine Maschine oder ein Bauteil voraussichtlich ausfallen wird. So können ungeplante Ausfälle vorhergesagt und vorbeugende Wartungsmaßnahmen umgesetzt werden.

Internet of Things (IoT)

Das IoT ermöglicht die Verbindung von Sensoren über Netzwerke und die Echtzeit-Datenübertragung zur Analyse. Dies erleichtert die Fernüberwachung von Anlagen und Maschinen an verschiedenen Standorten. Echtzeitdaten und Informationen werden aus vernetzten IoT-Netzwerkanlagen im gesamten Unternehmen erfasst.

Die Einführung eines Programms zur vorausschauenden Wartung umfasst mehrere Schritte:

1. Analyse von Maschinendaten

Erfassen und analysieren Sie Sensor- und Leistungsdaten, um eine Basislinie des normalen Betriebs zu etablieren. Diese Basislinie dient als Referenz für die Identifizierung von Abweichungen.

2. Entwicklung vorausschauender Modelle

Nutzen Sie maschinelles Lernen, um historische Betriebsdaten von Anlagen zu analysieren und Modelle zu entwickeln, die zukünftige Ergebnisse vorhersagen und die verbleibende Nutzungsdauer von Anlagen und Maschinen schätzen.

3. Monitoring

Setzen Sie Sensoren zur fortlaufenden Überwachung der Leistungsmetriken ein. Analysieren Sie Streaming-Daten mithilfe vorausschauender Modelle, um potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen.

Ein Befund allein bringt noch nichts. Befunde werden bewertet, nötige Maßnahmen mit Verantwortlichem und Termin umgesetzt und danach wird ihre Wirkung geprüft. Für Planung und Nachweis der Arbeiten vor Ort eignen sich digitale Checklisten, etwa mit dem Wartungsplaner von firstaudit.

4. Erstellung eines vorausschauenden Wartungsplans

Planen und führen Sie Wartungsaufgaben proaktiv basierend auf datengesteuerten Vorhersagen durch, anstatt sich an feste Zeitpläne zu halten.

Wann lohnt sich vorausschauende Instandhaltung?

Nicht für jede Anlage. Sinnvoll ist sie, wenn mehrere Bedingungen zusammenkommen:

• Ein Ausfall ist teuer, legt die Produktion still oder ist sicherheitskritisch.
• Der Schaden kündigt sich vorher messbar an, und zwar früh genug, um noch zu reagieren (P-F-Intervall).
• Es gibt geeignete Daten: Zustandswerte, Betriebsdaten und eine Historie der Ausfälle und Wartungen.
• Ersatzteile und Personal stehen bereit, wenn die Prognose einen Eingriff nahelegt.

Fehlen diese Voraussetzungen, wählen Sie je Ausfallart und Risiko eine andere Strategie. Viele Betriebe starten mit regelmäßigen Messungen bei der Inspektion, etwa mit einem Schwingungsmessgerät oder einer Wärmebildkamera, und sehen sich den Verlauf der Werte an, bevor sie Sensoren fest installieren.

Alarmgrenzen und Fehlalarme

Unpassende Standardgrenzwerte können zu Fehlalarmen führen oder echte Schäden übersehen lassen. Grenzwerte sollten deshalb je Anlage festgelegt und Trends zusätzlich zu den Grenzwerten bewertet werden. Auffällige Befunde gehören in die Hand von Fachleuten; akut kritische Werte erfordern sofortiges Handeln.

Selbst messen oder Dienstleister?

Eigene Messgeräte lohnen sich, wenn regelmäßig gemessen und ausgewertet wird und geschultes Personal da ist. Sonst kann die Messung als Dienstleistung sinnvoller sein. In beiden Fällen braucht es eine klare Auswertung, eine Rückmeldung an die Instandhaltung und eine Zuständigkeit im Betrieb. Ob sich der Aufwand für einen Antrieb lohnt, hängt von den Ausfallfolgen und vom Austauschaufwand ab, nicht nur vom Preis des Antriebs.

Bilder: Adobe Stock – Copyright-Hinweis: © Gorodenkoff – stock.adobe.com