Potentiale und Herausforderungen der modellbasierten Zustandsüberwachung von Servopressen
Kernthesen
- Analytische Zustandsschätzer können zur Inline-Überwachung von Servopressen eingesetzt werden.
- Mit Hilfe eines Abgleiches zwischen messbaren und analytisch bestimmten Zustandsgrößen lassen sich Symptome des Pressenzustandes erzeugen.
- Durch die Analyse der unterschiedlichen Symptome können verschiedene Fehler detektiert und räumlich isoliert werden.
Zusammenfassung
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung analytischer Zustandsschätzer für die inlinefähige Überwachung und Fehlerdiagnose von Servopressen. Im Rahmen des Projektes sollen analytische Modelle unterschiedlicher Antriebssysteme von Servopressen entwickelt und experimentell validiert werden. Mit Hilfe dieser Modelle und rekursiver Berechnungsverfahren soll es zukünftig möglich sein, den aktuellen Zustand der Servopresse digital auf der Maschinensteuerung zu schätzen und abzubilden. Im Vergleich zu datengetriebenen Ansätzen zur Zustandsüberwachung bieten analytische Modelle den Vorteil eines besseren Verständnisses von Ursache-Wirkung Zusammenhängen und einer sehr guten Adaptierbarkeit der Modelle. Treten während des Betriebes der Servopresse Verschleißerscheinungen innerhalb des Antriebsstranges auf, werden diese durch einen Abgleich zwischen den messbaren und den geschätzten Zustandsgrößen in Form von analytischen Symptomen detektiert. Diese Symptome können anschließend für eine Schadensdiagnose herangezogen werden und bieten die Möglichkeit, Schäden innerhalb des Antriebsstranges zu lokalisieren. Durch die direkte Berechnung auf der Maschinensteuerung kann der Maschinenbediener direkt über den Ort und der Größe der Anomalie, beispielsweise ein Lagerverschleiß, informiert werden und gezielte Gegenmaßnahme einleiten. Zukünftige Instandhaltungsmaßnahmen sollen somit zustandsorientiert erfolgen und ungeplante Stillstände in der Produktion reduziert.
Darstellung des Nutzens für KMU
Servopressen werden in der Industrie in einer Vielzahl von Unternehmen für unterschiedlichste Prozesse und Produkte eingesetzt. Mit dem Einsatz von Servopressen geht neben einer erhöhten Flexibilität bei der Prozessauslegung auch die Verfügbarkeit einer Vielzahl von hochaufgelösten Antriebsdaten einher. Das in diesen Daten enthaltenen Informationspotential zur Zustandsdiagnose wird jedoch bislang von den produzierenden Unternehmen noch nicht vollständig genutzt. Ziel ist es mit Hilfe von Zustandsschätzern, Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten im Rahmen der Produktionsplanung gezielt planbar zu machen und die vorbeugende Instandhaltung von Maschinenelementen weitestgehend durch eine zustandsorientierte Instandhaltung zu ersetzen. Kosten für die Instandhaltung verschleißbehafteter Komponenten sollen somit nur anfallen, wenn es der Zustand der Komponenten verlangt. Weiterhin sollen durch die Zustandsüberwachung und zustandsorientierte Wartung unerwartete Schäden und kostenintensive Ausfälle der Produktion vermieden werden. Darüber hinaus sollen die Informationen über den Zustand innerhalb des Antriebstranges räumlich hochauflösend verfügbar sein, damit MitarbeiterInnen der produzierenden Unternehmen zielgerichtet an den defekten Komponenten Wartungsarbeiten vornehmen können. Insbesondere durch den zunehmenden Facharbeitermangel in Deutschland wird es den KMUs in Zukunft zunehmend schwerfallen, ihre erfahrenen Facharbeiter adäquat durch neues Personal zu ersetzen. Den Unternehmen fehlt somit perspektivisch erfahrungsbasiertes Wissen zu den Servopressen, weshalb die mit diesem Forschungsvorhaben angestrebten Zustandsschätzer hochauflösend und kontinuierlich über den Maschinenzustand Informationen bereitstellen sollen.
Referent: M. Sc. Viktor Arne - Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen – Technische Universität Darmstadt
