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N3 - Bauteilstatus-getriebene Instandhaltung

Zustandsorientierte Instandhaltung auf Basis von Belastungsdaten

Im Kontext der Industrie 4.0 wird der Instandhaltung im Allgemeinen ein Kosteneinsparpotenzial von bis zu 30% zugesprochen. Dieses Potenzial kann beispielsweise durch eine effizientere Ersatzteillogistik, eine dynamische
Priorisierung von Instandhaltungszeitpunkten und -maßnahmen oder eine zustandsorientierte Instandhaltung erschlossen werden.

Gegenwärtig wird das Ausfallverhalten von Bauteilen für die Ermittlung präventiver Instandhaltungszeitpunkte auf Basis von Zuverlässigkeitsmodellen beschrieben. Aktuelle Daten hinsichtlich eines möglichen Ausfalls in der Zukunft, können jedoch häufig nicht aufwandsarm und kontinuierlich aufgenommen werden und sind meist nicht eindeutig interpretierbar.

Des Weiteren zielt ein Großteil aktueller Überwachungen nur auf die Abnutzungsart Verschleiß, aber nicht auf die Werkstoffermüdung ab. In diesem Zusammenhang bietet die zustandsorientierte Instandhaltung insbesondere hinsichtlich der Vermeidung von Spontanausfällen ermüdungsgefährdeter Bauteile ein hohes Potenzial. Ermüdungserscheinungen von Bauteilen sind äußerlich am Betriebsverhalten nicht erkennbar und die Überwachung ist zudem im laufenden Betrieb derzeit nur schwer möglich.

Im Teilprojekt N3 wird daher eine Methodik zur bauteilstatus-getriebenen Instandhaltung gentelligenter Bauteile (Bild 1) entwickelt, welche auf Basis von Erfahrungsdaten den Ermüdungszustand ableiten und somit teure Spontanausfälle sicherheitsrelevanter Bauteile vermeiden soll. Diese bezieht Belastungsdaten aus der Bauteilfertigung ebenso wie aus der Nutzungsphase mit ein und ermöglicht so eine Prognose der Restlebensdauer der Bauteile, wodurch zustandsorientierte Instandhaltungszeitpunkte geplant werden können (Bild 2).
 

Bild 1: Instandhaltungsstrategien
Bild 2: Zustandsorientierte Instandhaltung gentelligenter Bauteile

 
Zur Realisierung dieses Vorhabens bestehen innerhalb des Sonderforschungsbereichs verschiedene Kooperationen. Um neben den Daten aus der Nutzungsphase auch Informationen aus der Bauteilfertigung berücksichtigen zu können, werden für ausgewählte Demonstrationsszenarien die erforderlichen Daten, wie beispielsweise Fertigungsparameter und Prozesskräfte durch die Teilprojekte K2 und N1 bereitgestellt. Diese nutzen zur Detektion der auftretenden Kräfte unter anderem die im Teilprojekt S1 entwickelten Mikrosensoren.

Geplant sind im Teilprojekt N3 darüber hinaus die Erweiterung der beschriebenen Methodik hinsichtlich der Ermittlung von Systemzuständen sowie ein intelligenter Auswahlalgorithmus zur Identifikation optimaler Instandhaltungsmaßnahmen. Hierdurch können das Nutzungspotenzial von Bauteilen zunehmend ausgeschöpft und die Instandhaltungskosten minimiert werden.