Cluster-Projekt: Zustandsüberwachung von elektronischen Systemen und Produktionsanlagen

im Rahmen der "Cross-Cluster-Bayern II" - Initiative
Projektlaufzeit: Januar 2018 - November 2018


MOTIVATION

In den industriellen Produktionssystemen ist ein umfassender Wartungsdienst der Geräte und Anlagen ein unvermeidlicher Teil der Produktionsplanung. Ziel ist es, eine hohe Verfügbarkeit der Fertigungseinrichtungen sicherzustellen und damit den kontinuierlichen Produktionsprozess zu gewährleisten. In der klassischen vorbeugenden Instandhaltung, die heute im Fertigungsprozess zumeist eingesetzt wird, wird das Gerät in vordefinierten festen Intervallen überprüft und ggf. auch Komponenten präventiv in festen Intervallen ausgetauscht. Dies führt zu unnötigen Kosten, da teilweise noch funktionale Komponenten ausgetauscht werden. Darüber hinaus kann eine solche routinemäßige vorbeugende Wartung kritische Ausfälle der Produktionsanlagen nicht ausschließen.

Die allmähliche Annahme von Industrie 4.0-Konzepten (I4.0) und Technologien in der industriellen Produktion hat auch neue Möglichkeiten für eine intelligentere Wartung der Geräte durch prädiktive, pro-aktive Wartung eröffnet. Im Gegensatz zur klassischen vorbeugenden Instandhaltung basiert die prädiktive Instandhaltung auf der Erkennung der Verschlechterung der Komponenten vor deren Ausfall, und damit auf der Durchführung von gezielten Instandhaltungsmaßnahmen. Die notwendigen Technologien hierfür sind: (1) Sensor-Netzwerke, die Messdaten über den Zustand der Geräte, der Belastung sowie der Betriebsumgebung liefern, und (2) Verfahren zur Zustandsüberwachung (engl. Condition & Health Monitoring), die geschädigte Komponenten durch Auswertung verfügbarer Maschinendaten und mit Hilfe von maschinellem Lernen entwickelter Lebenszeitmodelle erkennen.

Die Verfahren zur Zustandsüberwachung können für mechanische, thermische und elektrische Systeme angewendet werden. Sehr kritisch sind Leistungselektronik-Komponenten, die Teil von praktisch allen industriellen Fertigungsanlagen sind. Die Hauptquelle der Ausfälle sind hier Leistungshalbleitermodule und Kondensatoren, so dass eine Zustandsüberwachung dieser Komponenten besonders großes Potenzial aufweist. Weiterhin können Verfahren zur Zustandsüberwachung auch bei anderen Anwendungen wie der erneuerbaren Energieerzeugung und den Stromverteilungsnetzen sehr vorteilhaft sein. Hier haben kritische Ausfälle gravierende Folgen für die Stabilität der Netze und der Stromerzeugung und die Instandhaltung ist aufgrund der geringen Zugänglichkeit (z.B. bei Offshore-Windparks) schwierig und teuer.


ZIELE UND VORGEHEN

Dieses Projekt untersucht die Möglichkeiten und fördert den industriellen Einsatz von Zustandsüberwachungsverfahren für Leistungselektronik-Komponenten, die sich auf die industrielle Produktion (Industrie 4.0) konzentrieren, aber auch andere mögliche Anwendungen berücksichtigen. Innerhalb des Projektes wird eine Analyse über den aktuellen Stand der Technik und die Anforderungen der Cluster-Unternehmen durchgeführt. Die KMUs werden über die Fortschritte in diesem Bereich im Rahmen von Expertengesprächen und Fachseminaren informiert. Die Schlussfolgerungen werden in einem technischen Papier zusammengefasst, welches auch weitere notwendigen Maßnahmen definiert, um die Vorteile einer Zustandsüberwachung in den Unternehmen zu nutzen.


INNOVATIONEN UND PERSPEKTIVEN

Dieses Projekt erleichtert den Einsatz von Zustandsüberwachungs-Methoden insbesondere in KMU durch folgende innovative Elemente:
• Bereitstellung eines Überblicks über den aktuellen Stand der Zustandsüberwachungsansätze in der industriellen Fertigung.
• Ermittlung der Anforderungen an die Techniken zur Zustandsüberwachung unter Berücksichtigung von Geschäftsvorteilen. Bereits vorhandenen Geräte, IKT und Prozesse in KMU, die I4.0 unterstützen, werden unter dem Gesichtspunkt ihrer möglichen Nutzung bzw. Auslastung für die Zustandsüberwachung ausgewertet.
• Ermittlung der weiteren Forschung und Entwicklung in diesem Bereich, um das Wissen über die Zustandsüberwachung von Leistungselektronik-Elementen, notwendigen Sensoren und die Unterstützung von IKT für die industrielle Produktionsumgebung auf den Weg in Richtung I4.0-Umgebung zu bringen und anzupassen.
• Erleichterung der Anpassung bestehender Zustandsüberwachungs-Methoden und -Technologien, die einen praktischen Einsatz im industriellen Umfeld ermöglichen (Transfer von den Forschungseinrichtungen und Hochschulen in die Industrie).
• Anpassung der möglichen Umsetzung einer zielgerichteten Zustandsüberwachungs-Methode in andere Bereiche, wie z.B. die erneuerbare Energieerzeugung und Stromverteilungsnetze.


VERANSTALTUNGEN

Für Mitglieder von Partnerorganisationen:
Eine Reihe von Expertengesprächen wird organisiert. Bitte kontaktieren Sie die verantwortlichen Personen (Kontaktdaten unten) Ihres Clusters, um weitere Informationen über mögliche Beteiligungen zu erhalten.

Für jeden:
Im Rahmen des Projekts werden zwei Clusterseminare organisiert. Um die Informationen zu den offenen Anmeldungen für jedes Seminar zu erhalten, senden Sie bitte eine E-Mail an die Kontaktpersonen.

Cluster Leistungselektronik Seminar
"Zustandsüberwachung von elektronischen Systemen und Produktionsanlagen, Methoden und Technologien"
11. Oktober 2018, Nürnberg
Kontakt: Angela von der Grün (angela.vondergruen(at)ecpe.org)

Cluster Sensorik Seminar
"Sensorik für die Zustandsüberwachung von elektronischen Systemen und Produktionsanlagen"
13. November 2018, Regensburg
Kontakt: Anna-Lena Handschuh (a.handschuh(at)sensorik-bayern.de)


PARTNER

Cluster Leistungselektronik im ECPE e.V., Nürnberg
Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Thomas Harder (thomas.harder(at)ecpe.org)

Cluster Sensorik / Strategische Partnerschaft Sensorik e.V., Regensburg
Ansprechpartner: Dr. Hubert Steigerwald (h.steigerwald(at)sensorik-bayern.de)

mit Unterstützung des
ZD.B Zentrum Digitalisierung.Bayern, Garching
Ansprechpartner: Dr. Klaus Funk (klaus.funk(at)zd-b.de)