06504 Cyber-physische Systeme in der Instandhaltung – Herausforderungen und Chancen
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Die Instandhaltung ist ein entscheidender Faktor für die Effizienz und Effektivität von Produktionsprozessen. Mithilfe neuartiger Informations- und Kommunikationstechnologien werden Instandhaltungsprozesse unterstützt und verbessert. Im Zuge der Industrie 4.0 bieten cyber-physische Systeme vielfältige Potenziale für die Instandhaltung. Cyber-physische Systeme vereinen grundsätzlich reale Objekte wie Anlagen, Maschinen, Werkzeuge, Behälter oder Teile mit intelligenten Informationselementen. Dadurch werden die informationstechnischen Fähigkeiten dieser Objekte derart erweitert, dass sie aktive Teilnehmer in intelligenten Netzwerken werden. In diesem Beitrag werden Lösungsansätze dargestellt, die die Herausforderungen und Chancen von cyber-physischen Systemen in der Instandhaltung aufzeigen. von: |
1 Einleitung
Die Instandhaltung nimmt eine strategische Rolle für die Verfügbarkeit und damit Wirtschaftlichkeit von Produktionsanlagen und -prozessen ein. [1] [2] Die effiziente und effektive Planung und Steuerung der Instandhaltungsprozesse sind dabei entscheidende Faktoren. [3] Mit der zunehmenden Vernetzung der Produktion wird das Angebot an Daten und Informationen über die Technologien und Abläufe in der Fabrik steigen, sodass sich daraus weitreichende Chancen zur Prozessoptimierung im Fabrikbetrieb und damit auch in der Instandhaltung ergeben. Demgegenüber stehen jedoch komplexe Herausforderungen, die es zu meistern gilt. Denn neben der Einführung neuartiger Informations- und Kommunikationstechnologien ist vor allem die riesige Menge der automatisch erfassten Daten in einer handhabbaren sowie nutzer- und anwendungsspezifischen Form den verschiedenen Akteuren in der Fabrik bereitzustellen, sodass daraus die notwendigen Informationen für die Prozesse generiert und angewendet werden können.
2.1 Instandhaltungsprozesse
Definition Instandhaltung
Die Instandhaltung ist ein grundsätzlicher Bestandteil zur Unterstützung der Produktion im Fabrikbetrieb. Unter dem Begriff Instandhaltung werden alle technischen, organisatorischen und administrativen Maßnahmen zusammengefasst, um die Funktion eines Objekts zu gewährleisten, wobei die Grundmaßnahmen Inspektion, Instandsetzung, Verbesserung und Wartung unterschieden werden. [4] [5] Somit ist sie ein effektives Werkzeug, mit dem die strategischen Zielgrößen Produktivität, Sicherheit und Qualität im Unternehmen vorangetrieben werden. [6] Ein übergeordnetes Managementkonzept stellt das Total Productive Maintenance (TPM) dar. [7] Das TPM ist ein umfassender Ansatz, der auf Produktivität, Effizienz, Kosten, Qualität, Vorbeugung, Einbeziehung und Partizipation sowie Instandhaltung als Ganzes abzielt. [8]
Die Instandhaltung ist ein grundsätzlicher Bestandteil zur Unterstützung der Produktion im Fabrikbetrieb. Unter dem Begriff Instandhaltung werden alle technischen, organisatorischen und administrativen Maßnahmen zusammengefasst, um die Funktion eines Objekts zu gewährleisten, wobei die Grundmaßnahmen Inspektion, Instandsetzung, Verbesserung und Wartung unterschieden werden. [4] [5] Somit ist sie ein effektives Werkzeug, mit dem die strategischen Zielgrößen Produktivität, Sicherheit und Qualität im Unternehmen vorangetrieben werden. [6] Ein übergeordnetes Managementkonzept stellt das Total Productive Maintenance (TPM) dar. [7] Das TPM ist ein umfassender Ansatz, der auf Produktivität, Effizienz, Kosten, Qualität, Vorbeugung, Einbeziehung und Partizipation sowie Instandhaltung als Ganzes abzielt. [8]
Weitreichende Flexibilität und umfangreiches Know-how erforderlich
Die Instandhaltung stellt ein komplexes Aufgabengebiet mit verschiedenen internen und externen, direkten und indirekten, menschlichen und technologischen Akteuren dar. Die Instandhaltungsprozesse sind im Grunde dadurch geprägt, dass ihre Notwendigkeit oftmals nur ungenau oder gar nicht vorhergesagt werden kann, dass die zu erfüllenden Aufgaben schnell, serviceorientiert, arbeitsteilig und möglichst ohne Beeinträchtigung des laufenden Betriebs durchgeführt werden müssen und dass dementsprechend bei den auszuführenden Personen eine weitreichende Flexibilität sowie umfangreiches Know-how vorausgesetzt wird. In der Konsequenz sind Instandhaltungsprozesse nur schwer plan- und steuerbar.
Die Instandhaltung stellt ein komplexes Aufgabengebiet mit verschiedenen internen und externen, direkten und indirekten, menschlichen und technologischen Akteuren dar. Die Instandhaltungsprozesse sind im Grunde dadurch geprägt, dass ihre Notwendigkeit oftmals nur ungenau oder gar nicht vorhergesagt werden kann, dass die zu erfüllenden Aufgaben schnell, serviceorientiert, arbeitsteilig und möglichst ohne Beeinträchtigung des laufenden Betriebs durchgeführt werden müssen und dass dementsprechend bei den auszuführenden Personen eine weitreichende Flexibilität sowie umfangreiches Know-how vorausgesetzt wird. In der Konsequenz sind Instandhaltungsprozesse nur schwer plan- und steuerbar.
2.2 Informationssysteme der Instandhaltung
Zur Unterstützung der Planung und Steuerung von Instandhaltungsprozessen werden daher mehr und mehr Informations- und Kommunikationstechnologien eingesetzt, um bspw. Instandhaltungsressourcen zu koordinieren oder Maschinenzustände zu überwachen. Dabei breitet sich der Anwendungsbereich dieser Technologien immer weiter aus, sodass nicht mehr nur Routineaufgaben, sondern auch komplexe Aufgaben abgedeckt werden können. [9]
IT-Systeme in der Fabrik
Jedoch werden in einer Fabrik verschiedenste Informationssysteme eingesetzt. Dazu gehören vor allem die IT-gestützten Systeme für Enterprise Resource Planning (ERP), Produktionsplanung und -steuerung (PPS), Manufacturing Execution System (MES) sowie Sensorik und Aktorik auf Maschinen- und Anlagenebene. Neben diesen Steuerungssystemen werden aber auch weitere Programme wie u. a. das Product Lifecycle Management (PLM) eingesetzt. Die Instandhaltung wird in einer derartigen Systemlandschaft oftmals nur partiell involviert, sodass relevante Daten und Informationen nicht in der benötigten Form vorliegen. Des Weiteren werden spezielle Softwaresysteme (z. B. Computerized Maintenance Management Systeme – CMMS) oder Eigenentwicklungen (z. B. auf Basis von Tabellenkalkulationen) zur Instandhaltungsplanung und -steuerung in der betrieblichen Praxis eingesetzt.
Jedoch werden in einer Fabrik verschiedenste Informationssysteme eingesetzt. Dazu gehören vor allem die IT-gestützten Systeme für Enterprise Resource Planning (ERP), Produktionsplanung und -steuerung (PPS), Manufacturing Execution System (MES) sowie Sensorik und Aktorik auf Maschinen- und Anlagenebene. Neben diesen Steuerungssystemen werden aber auch weitere Programme wie u. a. das Product Lifecycle Management (PLM) eingesetzt. Die Instandhaltung wird in einer derartigen Systemlandschaft oftmals nur partiell involviert, sodass relevante Daten und Informationen nicht in der benötigten Form vorliegen. Des Weiteren werden spezielle Softwaresysteme (z. B. Computerized Maintenance Management Systeme – CMMS) oder Eigenentwicklungen (z. B. auf Basis von Tabellenkalkulationen) zur Instandhaltungsplanung und -steuerung in der betrieblichen Praxis eingesetzt.
Aufbau eines Informationsmanagements
Das bedeutet, dass für die Instandhaltungsprozesse verschiedenste Daten- und Informationsquellen herangezogen werden müssen, um beispielsweise Mitarbeiter koordinieren, Aufgaben planen oder Maschinen und Anlagen verwalten zu können. Daher muss ein entsprechendes Informationsmanagement aufgebaut werden, das alle notwendigen Daten und Informationen selbst verwaltet oder entsprechende Schnittstellen zu anderen Systemen aufweist (s. Abb. 1).
Das bedeutet, dass für die Instandhaltungsprozesse verschiedenste Daten- und Informationsquellen herangezogen werden müssen, um beispielsweise Mitarbeiter koordinieren, Aufgaben planen oder Maschinen und Anlagen verwalten zu können. Daher muss ein entsprechendes Informationsmanagement aufgebaut werden, das alle notwendigen Daten und Informationen selbst verwaltet oder entsprechende Schnittstellen zu anderen Systemen aufweist (s. Abb. 1).
Diese Notwendigkeit gewinnt gerade im Sinne der Smart Maintenance als umfassendes Konzept für die intelligente und vernetzte Instandhaltung noch weiter an Bedeutung. Daher werden im folgenden Abschnitt die Treiber und Konzepte für die Instandhaltung in intelligenten Fabriken zusammengefasst.
