Fortgeschrittene Maschinenzustandsüberwachung: Gesundheit & OEE steigern

Was ist Maschinenzustandsüberwachung?

Maschinenzustandsüberwachung (Condition Monitoring) ist die Fähigkeit, den Zustand einer Maschine über einen Zeitraum zu bewerten. Dazu gehören Aspekte wie Effizienz, da Effizienzverluste auf zugrundeliegende Probleme hinweisen können. Ebenfalls umfasst sind Verschleiß an Teilen, Leistungsindikatoren wie Ausschussquote, Nutzungsstatistiken und Wartungsstatistiken.

Derzeit arbeitet ein Großteil der Fertigungsindustrie mit primitiven Wartungsstrategien, oft basierend auf reaktivem oder kalenderbasiertem Ansatz. Der Grund: Den meisten Herstellern fehlen Maschinenzustandsdaten, um sie über die operative Gesundheit ihrer Anlagen zu informieren.

Daher bleiben ihnen nur zwei Optionen: Wartung nach Plan oder Abwarten bis zum Ausfall – keine effiziente Lösung. Dies führt zu enormer Verschwendung in Form unnötiger Wartungskosten oder großer Maschinenstillstände.

In diesem Artikel untersuchen wir, wie Condition Monitoring dieses Problem löst, indem es Herstellern notwendige Echtzeit-Maschinenzustandsdaten liefert, um proaktive Entscheidungen auf Basis des aktuellen Anlagenzustands zu treffen – und sogar Automatisierung auf dem Shopfloor zu ermöglichen.

Mit Condition Monitoring haben Sie sofortigen Zugriff auf Maschinenzustand und Diagnosen für einen Echtzeit-Blick auf Maschinenleistung.

Unterschied zwischen Condition Monitoring und Maschinenüberwachung

Während Condition Monitoring Diagnosen liefert und hilft, den Maschinenzustand basierend auf verschiedenen gemessenen Bedingungen zu bestimmen, liefert Maschinenüberwachung nur einen einfachen Maschinenstatus: Ist die Maschine produktiv oder nicht?

Maschinenüberwachung ist sicherlich hilfreich, da sie Maschinenlaufzeitdaten liefert, damit Bediener und Wartungsteams schnell auf Stillstandsereignisse reagieren können. Doch sie ist aus zwei Hauptgründen unzureichend.

Erstens liefert sie nicht die tieferen Maschinenanalysen des Condition Monitoring, um Probleme zu diagnostizieren und Prozesse zur Optimierung der Anlagenleistung anzupassen. Zweitens zwingt einfaches Stillstandstracking Hersteller entweder in kostspielige, unnötige präventive Wartungsmaßnahmen oder in reaktive Wartung, ohne die Problematik wirklich zu verstehen, sondern sie nur zu beheben, bis sie unweigerlich wieder auftritt.

Interessanterweise kann Überwartung (oft Folge einer kalenderbasierten Strategie) genauso verschwenderisch sein wie ungeplante Stillstände, da sie nicht nur teuer, sondern auch zeitaufwändig ist.

Condition Monitoring hingegen ermöglicht Herstellern, Echtzeitbedingungen ihrer Anlagen zu nutzen, um Wartung und Leistung zu überwachen und zu optimieren – sodass sie weder überwarten noch unter ungeplanten Stillständen leiden.

Beispiel für das MachineMetrics Current-Shift-Dashboard mit Echtzeit-Maschinenleistungsdaten.

Warum ist Condition Monitoring wichtig?

Condition Monitoring ist für schlanke Fertigungsbetriebe wichtig, weil es Stillstände reduziert, Produktionseffizienz steigert und bei Kostenprognose, Ersatzteilversorgung, Wartungsbedarf und -timing sowie präziseren Produktionsprognosen hilft.

Zusammengefasst: Maschinenzustandsüberwachung hilft Herstellern, mehr aus bestehenden Anlagen herauszuholen, ohne Zeit und Budget für unnötige Wartung zu verschwenden. Sie können dies tun, weil sie tiefere, genaue Einblicke in die Anlagenleistung haben, die für verbesserte Entscheidungsfindung genutzt werden können.

Das befähigt leistungsstärkere Bediener, Manager und Wartungsteams und treibt wichtige KPIs an, darunter Maschinenverfügbarkeit, Auslastung und natürlich OEE. In gewisser Weise ist Condition Monitoring eine ausgereiftere Form der Maschinenüberwachung, die hilfreiche Maschinendaten nutzt, um den „Goldilocks-Bereich“ zwischen kalenderbasierter und reaktiver Wartung zu nutzen.

Während die meisten Hersteller mit einfacher Überwachung der Maschinenlaufzeiten beginnen, wird sie der Wettbewerb zwingen, zu Condition Monitoring überzugehen, um den Zustand ihrer Anlagen zu verstehen und deren Leistung zu optimieren.

Vorteile von Condition Monitoring

Die Vorteile sind zahlreich. Ein großer Pluspunkt: Verlängerung der Anlagennutzungsdauer. Wenn ein bestimmter Parameter kontinuierlich außerhalb erwarteter Bereiche liegt – besonders Faktoren, die Maschine oder Komponenten schwer beschädigen könnten –, können zugrundeliegende Probleme bewertet und behoben werden, bevor ein Stillstandsereignis oder langfristiger, kostspieliger Schaden eintritt.

Condition Monitoring fördert auch die Gesamtproduktionseffizienz, da es Führungskräften hilft, wichtige Entscheidungen zu treffen – etwa ob und wie lange mit teilweise beschädigter Ausrüstung weiterproduziert werden soll, ohne zusätzliche Kosten oder Qualitätsverluste. So begrenzt es Stillstände und Teilekosten, weil Maschinen bis zu ihrem Maximumseffizienz genutzt werden können. Besonders wichtig für 24/7-Betriebe und Lights-Out-Fabriken.

Maschinenzustandsüberwachung unterstützt diverse Herstellerziele, darunter:

• Reduzierung und Beseitigung ungeplanter Maschinenstillstände
• Optimierung von Maschinenzustand und -leistung
• Qualitätsverbesserung und Ausschussreduzierung
• Höher performantes Wartungsprogramm basierend auf genauen Maschinendaten
• Ermöglichung von Automatisierung basierend auf Echtzeit-Maschinenzustandsdaten

Ein Condition-Monitoring-Dashboard für Maschinenlaufzeit, Anlagenzustand und Wartungsbenachrichtigungen.

Welche Bedingungen können an einer Maschine überwacht werden?

Es gibt nahezu unbegrenzt viele überwachbare Bedingungen. Das MachineMetrics Edge-Gerät verbindet sich direkt mit der SPS einer Maschine und gibt Zugriff auf diverse Maschinendaten. Zudem können externe Sensoren hinzugefügt oder ältere Geräte per digitalem und analogem I/O angebunden werden, um alle Anlagen zu überwachen.

Diese Maschinenzustandsdaten können dann analysiert werden, um den Maschinenzustand besser zu verstehen und Maßnahmen zur Instandhaltung bei Variablen einzuleiten, die auf drohenden Maschinenausfall hindeuten. Nachfolgend einige Bedingungen und Komponenten, die überwacht werden können, um Trends zu erkennen, Ausfälle vorherzusagen und zustandsbasierte Wartungsaktivitäten auszurollen:

• Schwingungsüberwachung: Schwingungsmuster können vieles anzeigen. Ihre Überwachung bietet Einblicke in Teilehaltbarkeit; Änderungen am Muster können auf ein ausfallendes Werkzeug hinweisen – oft 15 Minuten oder mehr, bevor ein menschlicher Bediener ein Problem bemerkt.
• Lagerschaden: Kugellagerschäden können Fertigungsanlagen beschädigen und treten meist beim Anfahren und Abbremsen auf, weil der Flüssigkeitsdruck nicht hoch genug für ausreichende Schmierung ist. Zu niedrige Schmierstoffstände oder falscher Schmierstofftyp verursachen ebenfalls Lagerschäden. Durch Überwachung des Lagerzustands per Edge-Gerät können kostspielige Wartung und Stillstände verhindert, Maschinenkosten drastisch gesenkt werden, da kritische Ausfälle seltener werden.
• Last: Wenn ein Werkzeugmaterial bearbeitet, wird es stumpf, was die Maschine zwingt, die Last zu erhöhen, um den richtigen Schnitt zu gewährleisten – ähnlich wie man mehr Druck auf einen ungeschärften Bleistift ausübt. Steigende Last kann signalisieren, dass die Werkzeuglebensdauer endet.
• Drehmoment: Anomalien in der Drehkraft der Maschine identifizieren, verstehen, wie sie sich während Job-Läufen ändert und ob Korrelationen mit Ausschuss, Maschinenausfällen und Werkzeugbrüchen bestehen.
• Beschleunigung: Achsen starten nicht sofort mit gegebener Geschwindigkeit, sondern beschleunigen und bremsen basierend auf dem Programm.
• Spindeldrehzahl: RPMs der Spindeln analysieren, beachten, wie Spindeldrehzahl Werkzeugverschleiß erhöht, Chatter begünstigt oder zu Werkzeugbrüchen führt.
• Temperatur: Ein offensichtlicher Indikator für viele potenzielle Maschinenprobleme. Temperaturüberwachung kann Produktionsmitarbeiter vor drohendem Maschinenausfall oder sogar Gesundheitsrisiken wie schweren Maschinenbrüchen oder Bränden in feindlichen Fertigungsumgebungen warnen.
• Werkzeugausfall: Mit einer Condition-Monitoring-Lösung können Sie nicht nur erkennen, wann ein Werkzeug bricht, sondern sogar vorhersagen, wann ein Werkzeugausfall droht, um präventive Wartung einzuleiten, bevor es passiert.

[Case Study: Wie BC Machining Maschinenwerkzeugausfälle vorhersagt und verhindert, generiert 72.000 $ jährliche Einsparungen pro Maschine]

Maschinenzustandsüberwachungstechniken

Es gibt drei Haupttypen von Überwachungstechniken:

• Manuelles Condition Monitoring: manuelle Inspektion von Anlagen auf Verschleiß, Dokumentation von Ausfällen, Temperatur und anderen relevanten Daten. Diese analoge Technik erfordert Vor-Ort-Präsenz und eine Genauigkeit, die Menschen generell nicht leisten. Deshalb empfehlen wir digitale Fertigungsdashboards für Shopfloor-weite Transparenz.
• Maschinensteuerungs- und sensorbasiertes Monitoring: Datenextraktion direkt aus der Maschinensteuerung, per digital/analog I/O oder Aufbringen von Sensoren auf Maschinen. In Fertigungsumgebungen haben Basis-Sensoren oft Probleme: Umgestoßenwerden, Ungenauigkeit durch Stöße, chemische/thermische Bedingungen usw. Lösungen wie der MachineMetrics High-Frequency Data Adapter sind im traditionellen Sinne weniger „Sensor“, da sie direkt in die SPS stecken und immun gegen Stöße, Kippbewegungen, fliegende Metallsplitter und andere Gefahren sind. Sie erfassen Daten auch 1000-mal schneller als die meisten Marktsensoren.
• IoT nutzen: hebt Condition Monitoring auf die nächste Stufe, da es Remote-Maschinenüberwachung ermöglicht und Cloud-Software zur Datenaggregation, Analysen, Reports usw. nutzt. IoT eröffnet auch zustandsbasierte Wartung, oft in Echtzeit.

Stillstände heute reduzieren

Demo buchen

Zustandsbasierte Wartung ermöglichen

Condition-based Monitoring treibt eine zustandsbasierte Wartungsroutine an, bei der Wartung durchgeführt wird, wenn Maschinen anzeigen, dass ein hoher Ausfallwahrscheinlichkeit besteht.

Mit einer aktivierten Condition-Monitoring-Lösung können Hersteller schnell von kalenderbasierter oder reaktiver Wartung zu nutzungs- oder zustandsbasiertem Ansatz wechseln. Das gibt ihnen die Möglichkeit, Wartungsaufgaben zum richtigen Zeitpunkt durchzuführen – statt Anlagen zu überwarten oder auf Ausfälle zu warten.

Alarme, Benachrichtigungen und Automatisierung

Das MachineMetrics IoT-fähige Condition-Monitoring-System bietet die Infrastruktur zur Integration mit anderen Systemen für Benachrichtigungen und automatisierte Aktivitäten. So können Echtzeit-Maschinenzustandsdaten Ihr Team informieren und befähigen, schnellere, bessere Entscheidungen auf Basis genauer Daten zu treffen.

Lassen Sie uns einige Beispiele durchgehen:

• CMMS-Integration: Ihr Wartungsteam und Bediener sind für optimal laufende Anlagen verantwortlich, aber Ihr Wartungssystem erfasst keine genauen Maschinendaten. Mit MachineMetrics können Stillstandsereignisse, Setup-Phasen, Anomalien, generelle Nutzung oder Alarme automatisch an ein CMMS oder anderes System gesendet werden.
• Wartung automatisieren: Beim Tracking von Maschinenbedingungen kann ein Alarm einen Workflow auslösen, der die richtige Person sofort benachrichtigt. Nicht nur, um das Problem so schnell wie möglich zu lösen, sondern – je nach Maschinendaten – können Zustandsgrenzwerte Bediener und Wartungsteams befähigen, das Problem bevor es eins wird, zu beheben. Beispiel: Ein „Niedrig-Flüssigkeit“-Alarm löst eine Benachrichtigung für den Bediener aus, Flüssigkeiten nachzufüllen, bevor die Maschine ausfällt. Das bringt uns näher an predictive Maintenance.

Zustandsbasierte Wartung ist sicherlich vorteilhaft für das Ergebnis im Vergleich zu reaktiver Strategie, die Probleme nur nach dem Ausfall löst. Doch der Schritt zu predictive Maintenance ist für datenversierte Hersteller noch effizienter und lukrativer.

Mit predictive Maintenance kann Condition Monitoring als Datenquelle neben anderen für Analysen dienen, um die Frage zu beantworten: „Wann wird die Maschine ausfallen?“ Solange ein Modell präzise trainiert ist, kann diese Einsicht Stillstände und Kosten noch weiter reduzieren als eine zustandsbasierte Wartungsroutine.

Maschine ausgefallen oder drohender Ausfall erkannt? Automatisch die richtige Person zur richtigen Zeit benachrichtigen, um das Problem so schnell wie möglich zu lösen – oder bevor es überhaupt entsteht.

Maschinenzustandsüberwachungs-Lösungen

Die MachineMetrics Industrial-IoT-Plattform bietet ein System für Maschinenzustandsüberwachung, damit Hersteller Echtzeit-Datenströme ihrer Maschinen nutzen können, um Leistung zu überwachen, Wartung einzuleiten und mehr.

Wir bieten eine Plug-and-Play-Lösung für Maschinenanbindung per SPS und Datenerfassung sowie -transformation in verwertbare Maschinendaten und Insights in Minuten. Damit haben Sie einfache Übersicht und Verwaltung des Anlagenzustands sowie Benachrichtigung der richtigen Person zum richtigen Zeitpunkt bei Bedarf. Zusätzlich zum kontextuellen Operator-Input erhalten Sie sofortige Transparenz nicht nur in individuelle Maschinenleistung und -zustand, sondern in den Status des Gesamtbetriebs.

Das unterstützt diverse Herstellerziele. Ein einfaches Condition-Monitoring-Deployment liefert Einblicke in Maschinenzustand via Diagnosen und Alarme, fortgeschrittenere Anwendungsfälle via Zyklusanalyse und automatisierte Workflows.

Entdecken Sie die MachineMetrics Condition-Monitoring-Lösung oder erfahren Sie, wie AccuRounds nach MachineMetrics-Deployment einen 20%-OEE-Anstieg erzielte.