Produktionsprozesse optimieren: Mit einer Zustandsüberwachung halten Sie Ihre Produktion am Laufen

Damit Ihr Betrieb möglichst effizient arbeiten kann, müssen Maschinen, Anlagen, Werkzeuge und die Infrastruktur in einem definierten Zustand sein. Die Überwachung dieser Bedingungen kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen.

Der klassische Weg für diese Aufgabe ist die Inspektion. Dabei werden alle relevanten Betriebsgrößen (Ist-Werte) mit den vorgegebenen Soll-Werten verglichen. Die Höhe der Abweichung bestimmt die erforderlichen Folgemaßnahmen.

Planen Sie eine Zustandsüberwachung für Produktionsprozesse so oft wie nötig, so selten wie möglich.

Relevante Aussagen bekommen Sie natürlich nur, wenn der Zeitraum zwischen 2 Inspektionen kurz genug ist. Sie können diesen Zyklus aber nicht beliebig verkürzen, denn jede Inspektion ist mit diversen Nachteilen verbunden:

• Personaleinsatz;
• Kosten für den Einsatz von Messgeräten;
• Ausfallkosten, falls die Inspektion nicht im laufenden Betrieb durchgeführt werden kann;
• Mögliche Folgefehler durch Eingriffe während der Inspektion.

All das hat einen erheblichen Einfluss auf Ihre Produktionssteuerung. Denn Sie müssen die Prüfabläufe als festen Bestandteil integrieren.

Gefahrenquellen für Produktionsprozesse: Routine und voraussehbare Ergebnisse

Eine weitere Gefahr, die durch zu kurze Inspektionszyklen auftritt, ist von psychologischer Natur. Wenn Ihr Mitarbeiter, der die Inspektion durchführt, fast sicher über das Ergebnis ist, schleichen sich schnell Fehler ein:

• Messergebnisse werden ignoriert („Das kann doch gar nicht sein“),
• Messungen werden gar nicht erst durchgeführt, weil es noch nie einen Fehler gegeben hat.

Aus diesem Grund werden in sicherheitsrelevanten Bereichen die Inspektionsbedingungen häufig geändert und Gut/Schlecht-Aussagen vermieden.

Beispiel: Bei einem Wartungsbetrieb für Magnetventile der Luftfahrtindustrie wurden bewusst defekte Aggregate in den Prüfablauf eingebracht. Der Betriebsleiter hatte festgestellt, dass gerade bei der sehr aufwändigen und unbequemen Messung der Hubwege immer „Toleranzwert eingehalten“ angekreuzt war. Tatsächlich wurden auch die schadhaften Ventile als fehlerfrei eingestuft. Ein Defekt in diesem Bereich ist so selten, dass die Messungen gar nicht durchgeführt wurden.

Bei einem Fehler wären die Folgen aber dramatisch gewesen.

Der Betriebsleiter änderte das Messverfahren: Nun musste bei bestimmten Prüfspannungen der exakte Hubweg vermessen werden. Die Höhe der Spannung wurde durch ein Programm zufällig bestimmt. Der 1. Prüfer stellt nun die Spulenspannung ein und ermittelt den Hubweg. Er weiß dabei gar nicht, ob die Werte gut oder schlecht sind. Der 2. Prüfer vergleicht den gemessenen Wert mit der Vorgabe, die ein Rechner ermittelt hat.

So durchbrechen Sie die Prüfroutine bei der Zustandsüberwachung von Produktionsprozessen

• Ändern Sie die Prüfabläufe regelmäßig.
• Wenn sich die Abläufe nicht ändern lassen, wechseln Sie das durchführende Personal (Rotationsprinzip).
• Vermeiden Sie Gut/Schlecht-Aussagen zum Ankreuzen.
• Achten Sie auf eine sorgfältige Dokumentation der Mess- und Prüfergebnisse. Stellen Sie für eine Anlage individuelle Prüfpläne zusammen (wöchentlich, monatlich, jährlich).
• Machen Sie Ihren Mitarbeitern klar, dass es nicht um das Entdecken von Fehlern geht, sondern um das Erkennen von Entwicklungen.

Nicht nur der Messwert ist entscheidend für die Zustandsübewachung von Produktionsprozessen, sondern die Tendenz

Besonders den letzten Punkt sollten Ihre Mitarbeiter verinnerlichen. Es ist nicht nur maßgeblich, ob ein Messwert innerhalb der Toleranz bleibt, sondern in welchem Maß sich sein Wert geändert hat.

Beispiel: Das Innenmaß einer Lagerschale beträgt 30 mm ± 0,02 mm. Für Lager 1 ermittelt Ihr Mitarbeiter einen Wert von 30,018 mm. Für Lager 2 werden 30,006 mm gemessen. Auf den 1. Blick scheint klar zu sein, dass Lager 1 schlechter ist als Lager 2. Sie müssten für dieses System kürzere Inspektionsfristen ansetzen. Vergleichen Sie aber die Werte mit den letzten Messwerten, so ergibt sich ein ganz anderes Ergebnis.

Lager 1 hatte bei der letzten Messung einen Wert vom 30,0175 mm. Es hat sich in einem halben Jahr kaum verschlechtert. Lager 2 hatte bei der letzten Messung noch einen Wert von 29,99 mm. Mit diesem Wissen können Sie davon ausgehen, das Lager 2 im nächsten Prüfdurchlauf als Schadteil eingestuft wird.

Die kontinuierliche Erfassung von Produktionsprozessen hat viele Vorteile

Bei der bisherigen Betrachtung ging es fast ausschließlich um kontinuierliche Veränderungen. Hier lassen sich Trends leicht erkennen. Spontane Ausfälle, die durch Materialermüdung oder kurzfristige Überlastung auftreten, können Sie damit aber nicht verhindern.

Bei einem spontanen Ausfall verfügen Sie in der Regel auch nicht über eine Fehlerhistorie. Sie wissen nicht, was kurz vor dem Auftreten des Fehlers passiert ist.

Beispiel: Der Abrieb einer Lagerschale ist mehr oder weniger kontinuierlich. Es wird nicht vorkommen, dass ein Lager vor 3 Monaten einen guten Wert hatte, bei der aktuellen Inspektion auch, aber in der Zwischenzeit in einem schlechteren Zustand war. Bei der Stromversorgung kann dies aber durchaus der Fall sein.

Eine permanente Zustandsüberwachung der Produktionsprozesse ist das Optimum

• Sie haben alle Werte jederzeit im Überblick.
• Sie können Toleranzgrenzen definieren, bei deren Erreichen Sie gewarnt werden.
• Die Geschwindigkeit einer Größe lässt sich berechnen und so auch der Verschleißzeitpunkt.
• Bei einem Spontanausfall können Sie analysieren, wie sich die Messwerte kurz vor dem Fehler veränderten, um so eine Früherkennung zu realisieren.

Aber wie immer, in der Realität gibt es auch Schattenseiten einer permanenten Überwachung. So werden je nach Ausführung des Systems erhebliche Investitionen erforderlich und die Daten müssen gespeichert und analysiert werden.

Fangen Sie bei der Zustandsüberwachung von Produktionsprozessen klein an, aber vermeiden Sie Insellösungen

Auch wenn Sie zunächst nicht an eine flächendeckende Überwachung aller Produktionsanlagen denken, sollten Sie mögliche Erweiterungen im Blickfeld haben. Das zentrale Nervensystem ist dabei das integrierte Firmennetzwerk. Dabei gilt der folgende Leitsatz: Je höher Sie sich in der Hierarchie des Netzes befinden, desto größer ist die Forderung nach einem universellen Standard.

Beispiel: Für die Vernetzung der einfachen Sensoren an einer Maschine reicht eine Standard-Schnittstelle für Sensoren. Vermeiden Sie aber möglichst ein herstellerspezifisches System. Sie wissen, dass Sie an dieser Stelle in Zukunft ausschließlich wieder einen Sensor anschließen werden, aber nicht von welchem Hersteller. In der nächst höheren Ebene, der Verbindung der Maschinen untereinander, sind die Forderungen schon weit reichender. Da Sie momentan noch nicht absehen können, welche Systeme in dieser Netzebene integriert werden, brauchen Sie hohe Reserven. Wählen Sie ein System, das sehr verbreitet und ständig weiter entwickelt wird und dabei abwärtskompatibel ist, wie z. B. Ethernet-Netze.

So wählen Sie die wichtigsten Anlagen aus, um mit der Zustandsüberwachung der Produktionsprozesse zu beginnen

Um zu prüfen, ob sich ein System zur ständigen Zustandsüberwachung rechnet, gehen Sie folgendermaßen vor:

1. Suchen Sie sich anhand der Checkliste einen typischen Anwendungsfall heraus.
2. Planen Sie so, als hätten Sie eine firmenweite Anwendung im Blick.
3. Wählen Sie dann nur den relevanten Ausschnitt und realisieren Sie diesen.

Wo lohnt sich permanente Überwachung der Produktionsprozesse?

• Liegen schnelle und nicht lineare Veränderungen der Messgrößen vor?
• Kommt es häufiger zu spontanen Ausfällen, deren Ursachen Sie noch nicht ergründen konnten?
• Haben die Folgen eines Ausfalls eine große Wirkung auf den Produktionsablauf?
• Gibt es zwischen den einzelnen Messgrößen sehr starke Wechselwirkungen?
• Gibt es zahlreiche Messgrößen, die bei einer Inspektion erfasst werden müssen?
• Erfordert eine manuelle Inspektion einen Maschinenstillstand (z. B. aus Sicherheitsgründen), der mit einer automatisierten Überwachung vermieden werden kann?

Auswertung: Konzentrieren Sie sich auf den Fall, bei dem die meisten Bedingungen zutreffen und somit die Ausfallfolgen am größten sind.