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Ein Mann und eine Frau inspizieren in einer Industriehalle eine Maschine. Der Mann zeigt auf etwas. Die Frau hält einen Laptop in den Händen, der Mann in der linken Hand ein Diagnosegerät.
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Was ist Condition Monitoring?

Portrait von Christian KlotzChristian Klotz
10.02.2022
9 Min.

    In modernen Produktionsabläufen haben Ausfälle einzelner Maschinen (zum Beispiel aufgrund von Materialermüdung) im schlimmsten Fall ernste Auswirkungen auf die gesamte Produktion. Das können Sie verhindern: mithilfe einer sogenannten Condition-Monitoring-Strategie und einer konstanten Überwachung mit Industrial Internet of Things-Technologie (IIoT).

    Was Condition Monitoring (CM) bedeutet, wie es funktioniert und welche Vorteile es für Ihr Unternehmen haben kann, erfahren Sie in diesem Beitrag.

    Inhaltsverzeichnis

    Was ist Condition Monitoring?Warum Condition Monitoring auf Sensoren angewiesen istWas ist ein Condition-Monitoring-System?Ältere Maschinen mit dem IIoT verbinden: Wie funktioniert Retrofitting?

    Was ist Condition Monitoring?

    Condition Monitoring (deutsch: Zustandsüberwachung) ist eine Wartungstechnik, bei der Sensordaten über den Sicherheitszustand einer Maschine Auskunft geben. Hierfür registriert eine moderne Überwachungssoftware Schwingungszahlen, Motorumdrehungen und andere Parameter und wertet sie an zentraler Stelle aus. Condition Monitoring wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt – unter anderem bei Elektro- und Verbrennungsmotoren, Kompressoren und Pumpen sowie in der Prozesstechnik.
    Dieser Ansatz ermöglicht es Anlagenwartungstechniker:innen, den Zustand jedes einzelnen Maschinenteils aus der Ferne zu überwachen. Außerdem bietet er eine ganzheitliche, anlagenweite Sicht auf die zugrunde liegenden mechanischen Vorgänge.
    Stellt die CM-Software eine Änderung des Maschinenzustands fest, sendet sie eine Warnung. Ihre Techniker:innen können die Situation sofort beurteilen und feststellen, ob Korrekturmaßnahmen erforderlich sind.
    Condition Monitoring kann aber nicht nur den Status quo Ihrer Produktionsanlage überwachen. Welche Möglichkeiten die Technik noch bietet, erfahren Sie im Verlauf dieses Artikels.

    Warum Condition Monitoring auf Sensoren angewiesen ist

    In einem Condition-Monitoring-System spielen Sensoren die wichtigste Rolle. Sie erfassen in einem Produktionsablauf Daten wie beispielsweise Temperatur oder Füllstände.
    Kommt es aufgrund einer Fehlfunktion etwa zu einer erhöhten Vibration in einer Maschine, kann dies ein erster Vorbote für einen späteren Schaden sein. Daher zeichnen CM-Sensoren Werte dieser Art durchgehend auf.
    Sensoren als Teil einer Condition-Monitoring-Strategie kommen unter anderem in folgenden Bereichen zum Einsatz:
    Akustische Überwachung: Entsteht bei Maschinen übermäßige Reibung zwischen Bauteilen, ist dies häufig ein Hinweis auf eine Fehlfunktion beziehungsweise eine fehlerhafte Konfiguration. Infolge dieser Reibung können hochfrequente Geräusche entstehen, die das menschliche Gehör nicht wahrnimmt. Spezielle Sensoren erkennen diese Geräusche und melden sie dem Condition-Monitoring-System.
    Partikelmonitoring: Eine optische Messeinrichtung analysiert die Zusammensetzung von Substanzen, zum Beispiel von Hydrauliköl. In vielen Schmier- und Hydrauliksystemen können selbst kleinste Schmutzpartikel die Leistungsfähigkeit der Maschine reduzieren. Der Grund: Die Reibungsbereiche vieler Maschinen umfassen nur wenige Mikrometer. Verunreinigte Hydrauliköle führen aufgrund übermäßiger Materialbeanspruchung zwangsläufig zu einem erhöhten Energieverbrauch – und im schlimmsten Fall zum Defekt.
    Unter das Partikelmonitoring fällt auch die sensorgestützte Ölanalyse: Chemische Änderungen der Ölzusammensetzung führen zu einer Verschlechterung der Schmiereigenschaft. Im Öl schwimmende Partikel können Aufschluss über einen Verschleiß an neuralgischen Stellen der Maschine geben.
    Schwingungsüberwachung: Sensoren überwachen Achsen und Lager an rotierenden Maschinen. Fast jede dieser Maschinen erzeugt im Betrieb Schwingungen. Aufgrund von Fehlausrichtungen kann es zu einer ungewollten Verstärkung dieser Schwingungen kommen. Die Erhöhung der sogenannten Schwingungsamplitude kann die Lebensdauer von Maschinen enorm verringern. Bestimmte ISO-Normen (u.a. DIN ISO 20816-1) regeln, ab welcher Stärke die Schwingung einer Maschine nicht mehr in einem akzeptablen Bereich liegt. Die Condition-Monitoring-Software schlägt Alarm, wenn diese Normwerte überschritten werden.
    Wärmeüberwachung: Bei vielen Maschinen entsteht Wärme, zum Beispiel aufgrund von Reibung. Thermosensoren messen kontinuierlich die Hitzeentwicklung einzelner Maschinenteile. Die Erwärmung ist bis zu einem gewissen Grad normal, doch übermäßige Hitze kann das Ergebnis einer Fehlfunktion sein. Hier ermöglichen Sensoren eine frühzeitige Identifizierung der möglichen Fehlerquelle.
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    Was ist ein Condition-Monitoring-System?

    Bei einer konstanten Überwachung durch zahlreiche Sensoren fallen große Mengen Daten an. Sie ermöglichen zum einen den Überblick über mögliche Störungen innerhalb eines Produktionsablaufs, zum anderen geben sie Aufschluss über den Zustand einzelner oder mehrerer Bauteile und Maschinen.
    In den Maschinen sind IIoT-Sensoren (Sensoren im Industrial Internet of Things) verbaut, die ihre aufgezeichneten Daten an das sogenannte Condition-Monitoring-System senden. Dort werden sie analysiert und dokumentiert.
    Ein Algorithmus untersucht dann die Daten. Die Software „fragt”: Gibt es Abweichungen von genormten Grenzwerten? Intelligente Systeme beziehen zusätzlich Umgebungsparameter mit ein: beispielsweise Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Lichteinfall. Ergeben sich in der Datenanalyse tatsächlich signifikante Abweichungen, kann das CM-System umgehend einen Alarm auslösen und den kompletten Ausfall einer Produktionsanlage verhindern.
    Um einen Ausfall abzuwenden, nehmen Sie zunächst einzelne Maschinen „vom Netz“. Dadurch bewahren Sie Ihr Unternehmen davor, durch fehlerhafte Erzeugnisse allzu viel Material zu verschwenden; oder dass an anderen Maschinen möglicherweise Schäden auftreten.
    Doch auch jenseits derart einschneidender Maßnahmen kann Condition Monitoring die Haltbarkeit einzelner Komponenten verlängern: Dank konstanter Überwachung werden eventuelle Fehleinstellungen schnell genug erkannt. Das Material nutzt sich weniger schnell ab.
    Viele CM-Systeme leiten die ausgewerteten Daten weiter in eine Cloud. Dazu benötigen Sie ein sogenanntes IIoT-Gateway (Industrial Internet of Things, bei manchen Herstellern: IoT-Gateway). Ein Gateway ist eine Schnittstelle, die das Condition-Monitoring-System Ihres Unternehmens mit dem Internet verbindet. Das ist wichtig, wenn Sie Sensordaten nach der Analyse durch Ihr Condition-Monitoring-System zwischenspeichern und unter Umständen zu einem späteren Zeitpunkt auswerten wollen. Dank moderner Cloud-Technologie ist dies möglich, ohne dass Ihr Unternehmen eigene Serverschränke anschaffen muss.
    Die Infografik zeigt das Schema eines Condition-Monitoring-Systems.
    Condition Monitoring hilft, durch eine konstante Überwachung der Maschinen Kosten zu sparen.

    Ältere Maschinen mit dem IIoT verbinden: Wie funktioniert Retrofitting?

    Der Wandel zur sogenannten Industrie 4.0 hat eine Vielzahl neuer Möglichkeiten geschaffen: IIoT-Überwachung, Automatisierung und Robotik können dazu beitragen, Herausforderungen in der Fertigung zu bewältigen. Doch dieser rasante Wandel birgt die Gefahr, dass Unternehmen aufgrund veralteter Technik nicht mehr wettbewerbsfähig sind.
    Die Lösung: Sollte Ihre Firma über einen älteren Maschinenpark verfügen, können Sie diesen relativ einfach nachrüsten. Dadurch finden Sie rasch Anschluss an Unternehmen, die bereits mit IIoT-Technologie arbeiten – und bleiben wettbewerbsfähig. Expert:innen bezeichnen die Nachrüstung älterer Maschinen als Retrofitting.
    Die Nachrüstung alter Anlagen mit IIoT-Technologie stellt sicher, dass die Maschinentechnik in einer Welt der zunehmend vernetzten Fabriken nicht zurückbleibt. Hohe Investitionen für neue Maschinen entfallen, da IIoT-Nachrüstsätze zunehmend verfügbar sind.

    IIoT-Kits ermöglichen kostensparende Nachrüstung

     Wenn Sie Ihre älteren Maschinen fit für das Industrial Internet of Things machen, werden Sie von der verbesserten Verfügbarkeit von Daten profitieren. Sie können beispielsweise manuelle Messgeräte mit IIoT-Sensoren ergänzen. Die smarten Sensoren übermitteln die Daten dann direkt an Ihre CM-Software, zum Beispiel via 5G.
    Die gleichen Daten können auch für die Prozessoptimierung nützlich sein. Fabrikmanager:innen oder KI-Algorithmen können die Informationen analysieren, die zu den Maschinen in der gesamten Anlage gesammelt werden. Die Erkenntnisse dieser Analyse helfen Ihren Mitarbeiter:innen bei der Optimierung von Arbeitsabläufen.
    Außerdem geben die Daten Auskunft darüber, welche Bereiche Ihrer Fertigungsanlage für Ihre Mitarbeiter:innen tendenziell „unangenehmer“ sind als andere: heißer, feuchter oder mit weniger effektiver Beleuchtung. Anhand dieser Informationen können Sie Änderungen vornehmen und dadurch das Wohlbefinden Ihrer Mitarbeiter:innen verbessern.
    Gateways können auch die bestehende Infrastruktur zur Datenerfassung optimieren. Sie senden Betriebsdaten von Sensoren kabellos an Ihre Cloud und/oder an Ihre Condition-Monitoring-Software.
    Die Verbindung Ihrer Anlage mit dem Internet hat einen weiteren Vorteil: Automatische Cloud-Back-ups stellen sicher, dass selbst bei einem Stromausfall, einem Cyberangriff oder einem ähnlichen Ereignis Daten über die Maschinenleistung erhalten bleiben. Dazu gehören unter anderem Daten zur Prozessoptimierung und zur vorausschauenden Wartungsanalyse.
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    Welche Vorteile hat Condition Monitoring?

    Der größte Vorteil von CM ist der proaktive Charakter. Er kann für viele Unternehmen im Zusammenspiel mit einer Predictive-Maintenance-Strategie einen echten Fortschritt bedeuten. Darüber hinaus ergeben sich unter anderem folgende Vorteile:
    Kosten reduzieren: Condition Monitoring kann dabei helfen, unnötige Kosten zu reduzieren. Diese entstehen etwa bei übermäßiger Wartung eigentlich fehlerfreier Maschinen allein aufgrund der Betriebsstunden und nicht anhand des tatsächlichen Bedarfs.
    Produktivität erhöhen: Die Unternehmensberatung McKinsey hat errechnet, dass durch den Einsatz von IoT-gestützter Anlagenüberwachung bis zum Jahr 2030 ein Mehrwert von rund 3,3 Milliarden US-Dollar entsteht. Die Expert:innen sind sich sicher: Dieses Wachstumspotenzial resultiert aus dem vermehrten Einsatz smarter Sensortechnik in Fertigungsanlagen.
    Fehler schnell identifizieren: Fällt eine Maschine aus, nimmt die Fehlersuche unter Umständen sehr viel Zeit in Anspruch. Mithilfe von Condition-Monitoring-Technik können Werksleiter:innen jedoch ungeplante Ausfallzeiten verhindern und gleichzeitig geplante Stillstände optimal nutzen. Dies geschieht, indem sie mehrere Maschinen auf einmal warten und so alle bereits bekannten Probleme gleichzeitig beheben.
    Eine Person hält ein Tablet vor eine Industriemaschine und tippt mit dem Finger auf Symbole auf dem Display
    Condition Monitoring verhindert ungeplante Ausfallzeiten.

    Herausforderungen im Condition-Monitoring-Bereich

    Der Einsatz von Condition-Monitoring-Techniken setzt voraus, dass Ihr Maschinenpark über die nötigen Kapazitäten verfügt, um Datenmengen sowohl zu erfassen und zu speichern als auch auszuwerten. Bei der Automatisierung Ihrer Produktion hilft Ihnen unter anderem Vodafone mit einer Cloud-Lösung, die auf Ihre individuellen Bedürfnisse zugeschnitten ist.
    Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass Sie mithilfe von Expert:innen ein System finden, mit dem Sie Ihre anfallenden Datenmengen möglichst schnell erfassen, speichern und schließlich analysieren können. Dabei werden nicht ausschließlich Daten aus der Maschine erfasst: Werte wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur der Halle finden ebenso Berücksichtigung.

    Der Unterschied zwischen Condition Monitoring und Predictive Maintenance

    Im Zusammenhang mit der zunehmenden intelligenten Vernetzung von Produktionsabläufen in der sogenannten Industrie 4.0 fällt neben Condition Monitoring häufig der Begriff Predictive Maintenance. Wie hängen diese beiden Bezeichnungen zusammen?
    Auch wenn beide Begriffe häufig im selben Kontext genannt werden, beschreiben sie zwei verschiedene Dinge, die aber Teile eines Prozesses sind: Predictive Maintenance meint eine vorausschauende Wartung von Maschinen. Um die dafür nötige Überwachung zu gewährleisten, müssen große Datenmengen ausgewertet werden. Die Sensorenüberwachung des Condition-Monitoring-Systems ist dafür zuständig, diese Daten aufzuzeichnen. Die Speicherung und Analyse erfolgt im Optimalfall direkt „an der Maschine“ beziehungsweise nahe an der Produktion – der sogenannten Edge.
    Während Condition Monitoring also eine fortlaufende Diagnose des Ist-Zustands innerhalb eines Produktionsprozesses vollzieht, verfolgt Predictive Maintenance eine längerfristige Strategie. Über Condition Monitoring sammeln Sie Daten und analysieren diese. Mithilfe einer Predictive-Maintenance-Strategie können Sie dann eine Aussage über das zukünftige Verhalten und den Zustand einer Maschine treffen. Dadurch erhalten Sie Antworten auf verschiedene Fragen: Wie lange halten die verbauten Komponenten im Schnitt? Wann müssen bestimmte Bauteile erneuert werden? Wann muss die Produktion aufgrund wirklich dringender Wartungsarbeiten unterbrochen werden?
    Dabei werden etwaige Störungen nicht erst im Fall eines tatsächlichen Schadens gemeldet, sondern proaktiv durch Datenanalyse errechnet. Potenzielle Gefahren, etwa für die Sicherheit Ihrer Mitarbeiter:innen, können bereits lange vor Eintreten beseitigt werden.

    Das Wichtigste zu Condition Monitoring in Kürze

    • Condition Monitoring gibt Auskunft über den Maschinenzustand, hierfür werden Sensordaten ausgewertet.
    • Das Condition-Monitoring-System registriert und wertet Daten an zentraler Stelle aus. Bei einer Fehlermeldung können Ihre Mitarbeiter:innen zunächst einzelne Maschinen abschalten und reparieren. Dadurch können Sie umfassende Stillstände in Ihrer Produktion verhindern.
    • Auch wenn Ihre Maschinen noch mit älteren Sensoren arbeiten und daher nicht mit dem IIoT kompatibel sind, ist das Nachrüsten oftmals relativ einfach.
    • Die Umrüstung Ihres Maschinenparks ermöglicht Ihnen eine schnelle Fehlerdiagnose. Dadurch können Sie ein Herunterfahren Ihrer Produktionsanlage verhindern und schlussendlich Kosten sparen.
    Portrait von Christian KlotzChristian Klotz
    10.02.2022
      # Tags:IoT-VernetzungCloudRoboterKünstliche IntelligenzNB-IoT
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