Condition-based Maintenance: A Complete Guide

Condition-based Maintenance (CBM) ist eine Wartungsstrategie, die den Echtzeit-Zustand einer Anlage überwacht, um zu bestimmen, welche Wartung durchgeführt werden muss.

Was ist zustandsbasierte Wartung?

Condition-based Maintenance (CBM) ist eine Wartungsstrategie, die den Echtzeit-Zustand einer Anlage überwacht, um zu bestimmen, welche Wartung durchgeführt werden muss. Im Gegensatz zur vorbeugenden Wartung, bei der Dinge wie kalenderbasierte Wartung oder andere Mittel verwendet werden, um zu bestimmen, wann Wartungsarbeiten geplant und durchgeführt werden müssen, schreibt die zustandsbasierte Wartung vor, dass Wartungsarbeiten nur durchgeführt werden sollten, wenn diese Echtzeitindikatoren Unregelmäßigkeiten oder Anzeichen einer nachlassenden Leistung aufweisen.

Das Ziel der zustandsbasierten Wartung besteht darin, Anlagen kontinuierlich zu überwachen, um drohende Ausfälle zu erkennen, sodass die Wartung proaktiv geplant werden kann, bevor der Ausfall auftritt. Die Idee ist, dass diese Echtzeitüberwachung Wartungsteams genügend Vorlaufzeit gibt, bevor ein Fehler auftritt oder die Leistung unter ein optimales Niveau fällt.

Die Verwendung von Sensoren und Spot-Messwerten sind die gebräuchlichsten Methoden, um Echtzeitdaten für die Analyse zu sammeln. Beispielsweise können Sensoren an einem rotierenden Gerät installiert werden, um dessen Vibration zu überwachen. Im Laufe der Zeit, wenn sich die beweglichen Komponenten verschlechtern und aus der Ausrichtung fallen, nimmt die Vibration zu, die von den Sensoren aufgenommen wird. Die installierten Sensoren können voreingestellt werden, um das Wartungsteam zu alarmieren, wenn Vibrationen einen bestimmten Grenzwert erreichen.

Während zustandsbasierte Wartung für die meisten Geräte verwendet werden kann, muss diese Ausrüstung bestimmte Kriterien erfüllen, damit CBM effektiv ist. Erstens muss es einen überwachbaren Zustand geben. Mit anderen Worten, wenn die Leistung der Maschine nicht gemessen werden kann, wie können Sie feststellen, ob sich die Leistung ändert? Sie müssen auch in der Lage sein, Leistungsänderungen weit genug im Voraus zu erkennen, damit Wartungsarbeiten durchgeführt werden können, bevor das Asset ausfällt oder in der Produktion abnimmt.

Asset-Kritikalität ist ein weiteres Kriterium, das Sie berücksichtigen sollten, bevor Sie Condition-based Maintenance verwenden. Mit CBM erzielen Sie den besten Return on Investment (ROI) für Ihre wichtigsten Assets. Die Durchführung einer Kritikalitätsanalyse, um zu bewerten, welche Geräte am wahrscheinlichsten ausfallen und welche Auswirkungen ein Ausfall auf Ihren Betrieb hat, ist ein wichtiger Schritt vor der Durchführung einer zustandsbasierten Wartung. Es ist wichtig, von den kritischsten Assets nach unten zu skalieren.

Schließlich ist die zustandsbasierte Instandhaltung nur so effektiv wie die Prozesse und Systeme, mit denen die Daten analysiert werden. Wartungsteams müssen in der Lage sein, Leistungsdaten zu sammeln und richtig zu analysieren, um intelligente und zeitnahe Entscheidungen auf der Grundlage der Ergebnisse zu treffen.

Arten der zustandsbasierten Wartung

Einer der größten Vorteile der zustandsbasierten Wartung besteht darin, dass sie nicht invasiv ist, dh Echtzeitdaten werden gesammelt, während die Maschine noch läuft, ohne die Funktionsweise anzupassen. Sie können wählen, ob Sie Daten in bestimmten Intervallen oder kontinuierlich durch Sensoren, visuelle Inspektion oder geplante Tests sammeln möchten. Werfen wir einen Blick auf einige der häufigsten Arten von zustandsbasierten Überwachungstechniken, die in CBM verwendet werden.

• Schwingungsanalyse. Schwingungsanalyse ist definiert als der Prozess zur Messung von Schwingungsniveaus und -frequenzen von Maschinen und zur Verwendung dieser Informationen zur Analyse des Zustands von Maschinen und deren Komponenten. Schwingungsanalyse kann helfen, Probleme wie Unwucht, Lagerausfall, mechanische Lockerheit, Resonanz, gebogene Wellen und mehr zu erkennen.

  Ein einfaches Beispiel könnte so aussehen: Stellen Sie sich vor, Sie haben einen Industrieventilator. Sie entfernen eines der Lüfterblätter und starten es. Wie zu erwarten, beginnt der Lüfter aufgrund des unsymmetrischen Lüfterrads zu vibrieren. Diese unausgeglichene Kraft tritt einmal pro Umdrehung des Lüfters auf und erzeugt erhöhte Vibrationssignale. Sie könnten auch eine beschädigte Lagerbahn haben, die dazu führt, dass eine Lagerrolle bei jedem Kontakt mit dem Spalt Vibrationen erzeugt. Wenn also drei Lagerrollen pro Umdrehung auf den Spalt treffen, sehen Sie ein Vibrationssignal, das dreimal so hoch ist wie die Laufgeschwindigkeit des Lüfters.

• Infrarot-Thermografie. Infrarot-Thermografie ist der Prozess der Verwendung einer Wärmebildkamera, um Strahlung von einem Objekt zu erkennen, es in Temperatur umzuwandeln und ein Bild der Temperaturverteilung in Echtzeit anzuzeigen. Infrarot-Thermografiebilder, die häufig mit einem Basisbild zum Vergleich verwendet werden, können klar und einfach zeigen, wann ein Vermögenswert überhitzt wird. Die Infrarot-Thermografie wird zur Überwachung des elektrischen und mechanischen Zustands von Motoren, zur Inspektion von Lagern und zur Untersuchung der feuerfesten Isolierung sowie zur Überprüfung des Gas-, Flüssigkeits- und Schlammgehalts eingesetzt.

  Zu den Infrarot-Werkzeugen gehören Spot-Infrarot-Thermografen, mit denen Wärmestrahlung an schwer zugänglichen oder unter extremen Bedingungen betriebenen Anlagen gemessen wird; Infrarot-Scansysteme, die größere Bereiche oder Objekte auf einem Förderband scannen; und Infrarot-Wärmebildkameras, die die Temperatur an mehreren Punkten über einen großen Bereich messen und zweidimensionale thermografische Bilder erstellen.

• Ultraschall-Analyse. Die Ultraschallanalyse verwendet Schall, um potenziell ausfallende Anlagen zu identifizieren, indem hochfrequente Geräusche erkannt und in Audio- und digitale Daten umgewandelt werden. Datenerfassungsmethoden bestimmen die Arten von nachweisbaren Fehlern, wenn es um Ultraschall geht. Sie können entweder Kontakt (körpergetragene) oder berührungslose (luftgetragene) Methoden haben. Kontaktmethoden werden im Allgemeinen für mechanische Probleme wie Lagerfehler, Schmierprobleme, Getriebeschäden und Pumpenkavitation verwendet. Alle diese Fehler emittieren ein hochfrequentes Rauschen. Ultraschallkontaktverfahren sind auch hilfreich, um elektrische Fehler an Motoren zu erkennen, da lose oder gebrochene Rotorstäbe ein hochfrequentes, rhythmisches Muster erzeugen können. Schließlich kann bei ausfallenden Kondensatableitern ständig Dampf an den inneren Dichtungen vorbeilaufen, was zu einem Rasseln führt, das mit Ultraschall aufgenommen wird.

  Berührungslose Methoden (in der Luft) von Ultraschallmessungen umfassen Druck- und Vakuumlecks an Druckgassystemen und eine Reihe von elektrischen Anwendungen. Luftuntersuchungen verwenden Ultraschall, um Lecks in Druckgassystemen zu erkennen. Wenn es um die Verwendung von luftgetragenem Ultraschall für elektrische Systeme geht, können Ultraschallmethoden Lichtbögen und Korona erkennen, wenn die Thermografie dies nicht kann.

• Öl-Analyse. Die Ölanalyse ist eine Routinetätigkeit zur Analyse des Ölzustands, der Verschmutzung und des Maschinenverschleißes. Ein Ölanalyseprogramm hilft dabei, zu überprüfen, ob eine geschmierte Maschine ordnungsgemäß funktioniert. Die Ölanalyse überprüft die Flüssigkeitseigenschaften des Öls und beantwortet Fragen wie die richtigen Additive. Haben Additive aufgebraucht? Ist die Viskosität dort, wo sie sein muss? Ölanalyse schaut auch, um zu sehen, ob es zerstörende Schadstoffe im Öl gibt und, wenn ja, hilft, die wahrscheinliche Quelle einzugrenzen. Schließlich können Sie mit der Ölanalyse das Vorhandensein von Partikeln analysieren, die durch mechanischen Verschleiß, Korrosion oder andere Oberflächenschäden der Maschine entstehen.
• Elektrische Analyse. Die elektrische Analyse wird eingesetzt, um die eingehende Stromqualität von Anlagen unter Verwendung von Motorstrommessungen von Clamp-On-Amperemetern zu untersuchen, um den Strom in einem Stromkreis zu messen. Dies macht es für das Wartungspersonal einfacher zu sehen, wann ein Vermögenswert eine abnormale Strommenge erhält.
• Druckanalyse. Es ist wichtig, den richtigen Druck in den Geräten aufrechtzuerhalten, damit sich Flüssigkeit, Gas oder Luft ordnungsgemäß durch eine Rohrleitung oder einen Hydraulikschlauch bewegen können. Die Druckanalyse kann die Druckniveaus kontinuierlich in Echtzeit überwachen und bei plötzlichen Stürzen oder Spitzen warnen, sodass das Wartungspersonal auf Probleme reagieren und diese beheben kann, bevor ein schwerwiegenderer Vorfall auftritt.

Schritte vor der Implementierung einer zustandsbasierten Wartung

Wie bereits erwähnt, gibt es bestimmte Dinge, die Sie tun können, um einen zustandsbasierten Wartungsplan optimal zu nutzen.

1. Sorgen für ein solides Fundament. Zustandsbasierte Wartung geht Hand in Hand mit zuverlässigkeitsorientierter Wartung (RCM), da RCM Ihnen hilft, potenzielle Probleme mit Ihren Anlagen zu identifizieren und zu bestimmen, was Sie tun sollten, um sicherzustellen, dass diese Anlagen weiterhin mit maximaler Kapazität produzieren. Ein solides Verständnis der RCM-Prozesse hilft Ihnen, Ihre zustandsbasierten Wartungsarbeiten dort zu konzentrieren, wo sie sein müssen. Tatsächlich sind sich Zuverlässigkeitsexperten einig, dass eines der größten Probleme bei der Einführung eines zustandsbasierten Wartungsprogramms das mangelnde Verständnis der RCM-Prinzipien ist.
2. Betroffenes Personal einbeziehen. Sobald Sie festgestellt haben, dass das gesamte Wartungspersonal über die erforderlichen Fähigkeiten verfügt, nehmen Sie diese in die Kritikalitätsanalyse auf. Die Einbeziehung ihres Inputs macht sie zu aktiven Teilnehmern und gibt ihnen die Möglichkeit, ihre RCM-Grundlagen effektiv zu nutzen und gleichzeitig zur zustandsbasierten Wartung beizutragen. Es wird ihnen auch helfen, Fehlermodi zu identifizieren, zu mildern und zu beseitigen.
3. Führen Sie eine Kritikalitätsanalyse durch. Wie bereits kurz erwähnt, stellt eine Kritikalitätsbewertung sicher, dass Ihr zustandsbasiertes Wartungsprogramm effektiv ist. Die genaue Identifizierung von Assets als kritisch, halbkritisch und unkritisch kann unnötige routenbasierte Wartung verringern. Mit anderen Worten, das Wartungspersonal weiß, welche Assets am kritischsten sind, und kann diese Assets zuerst oder häufiger als unkritische Assets überprüfen, ohne unnötige Routen durch die gesamte Anlage zu machen.

   Die Kritikalitätsanalyse hilft auch zu bestimmen, welche Anlagen am meisten von zustandsbasierten Überwachungstechniken wie Fernvibrationen oder akustischen Sensoren profitieren, die Echtzeitdaten erzeugen, die von einem anderen Ort aus analysiert werden können. Diese kritischeren Assets werden als “schlechte Akteure” oder Wiederholungstäter in Ihrer Asset-Aufstellung bezeichnet. Diese schlechten Akteure profitieren mehr von einer kontinuierlichen Überwachung, da sie häufig Probleme haben. Denken Sie daran, dass es nach Abschluss einer Kritikalitätsanalyse nicht ungewöhnlich ist, dass die Assets, die Sie einst als kritisch angesehen haben, nicht so kritisch sind, wie Sie zuvor gedacht haben.

4. Follow-up. Nachdem Sie Ihre Kritikalitätsbewertung abgeschlossen haben, empfiehlt es sich, ein System zur Fehlerberichterstattung, -analyse und -korrektur (FRACAS) zu implementieren, um sicherzustellen, dass Ihre Analyse korrekt war und die kritischsten Anlagen am meisten von Ihrem zustandsbasierten Wartungsprogramm profitieren.

Implementierung einer zustandsbasierten Instandhaltung: IAEO-Beispiel

Im Mai 2007 erkannte die Internationale Atomenergiebehörde (IAEO) die Notwendigkeit an, Kernkraftwerke von einem vorbeugenden (zeitbasierten) Wartungsprogramm auf ein zustandsbasiertes Wartungsprogramm umzustellen, das von den Anlagen- und Komponentenbedingungen abhängt. Als die Agentur diesen Bedarf erkannte, entwickelte und standardisierte sie die Implementierung eines CBM-Programms in einer Publikation mit dem Titel Implementation Strategies for Condition-based Maintenance at Nuclear Power Plants. Die skizzierten Strategien verwenden verschiedene Online- und Offline-Zustandsüberwachungstechniken, um zu definieren, wie Komponenten und Parameter für die Überwachung ausgewählt werden sollen, welche Überwachungs- und Diagnosetechniken eingesetzt werden sollen, wie Akzeptanzkriterien integriert werden sollen und vieles mehr.

Die Hauptziele der IAEO für diese zustandsbasierte Wartungsstrategie umfassen die Verbesserung der Verfügbarkeit durch Reduzierung erzwungener Ausfälle; Verbesserung der Lebensdauer von Geräten durch Verringerung des Verschleißes durch häufigen Wiederaufbau; Erkennen von Problemen, sobald sie auftreten; Minimierung des Potenzials für Probleme bei der Demontage und Wiedermontage; und Einsparung von Wartungskosten durch Reduzierung von Reparaturkosten, Überstunden und Teilen im Bestand.

Die zustandsbasierte Wartungsstrategie der IAEO besteht aus einer Kombination von visuellen Inspektions- und kontinuierlichen Überwachungstechniken für Dinge wie Druckbegrenzungskomponenten, Eindämmungsstrukturen, Hauptturbinengeneratoren und Reaktorkühlmittelpumpen. Dies könnte beispielsweise eine Online-Diagnose beinhalten, die bei der Verschleißüberwachung von Turbinengeneratoren-Axiallagern verwendet wird. Zu den vorgeschlagenen zustandsbasierten Wartungstechnologien gehören Vibrationsüberwachung, akustische Analyse, Motoranalyse, motorbetriebene Ventilprüfung, Thermografie, Tribologie und Prozessparameterüberwachung, alle gekoppelt mit visuellen Inspektionen.

Die IAEO stellte fest, dass die Herausforderung bei der Umstellung auf ein zustandsbasiertes Wartungsprogramm nicht auf mangelndem Wissen über fortschrittliche technologische Methoden beruhte, sondern auf der Bereitschaft, die Kultur und das Management zu ändern, um sie an Bord zu holen. Um diese Herausforderung zu verstehen, konzentrierte sich der CBM-Implementierungsprozess auf vier Elemente:

• Engagement – Das Wartungspersonal muss sich für den Prozess und seine neue Technologie engagieren. Es muss der Ausbildung und Technologie vertrauen, während das Management sich verpflichten muss, angemessene Ausrüstung und Ausbildung für alle Mitarbeiter zu beschaffen.
• Teilnahme – Um erfolgreich zu sein, ist eine 100-prozentige Teilnahme aller Gruppen am CBM-Programm erforderlich. Diese Erwartung muss durch das Management verstärkt werden.
• Ganzheitlicher Ansatz – Dies gilt ausnahmslos für alle Anlagen im gesamten Werk.
• Nachhaltigkeit – Das CBM-Programm, das Personal und die Ausrüstung müssen im Laufe der Zeit gewartet werden, um die langfristigen Vorteile zu nutzen. Wenn Menschen aus der Organisation kommen und gehen, müssen die richtigen Schulungen und Ressourcen verfügbar sein.

Um sicherzustellen, dass die CBM-Implementierung dem Wartungspersonal ordnungsgemäß dargestellt wurde, erkannte die IAEO die Notwendigkeit einer effektiven Kommunikation und Schulung. Es skizzierte den folgenden Denkprozess zur Ausbildung eines Kernkraftwerks und erläuterte die Grundlagen des CBM-Prozesses: analysierte Bedingungen, ausgewählte Methoden, implementierte Methoden und Projektbewertung. Jeder von ihnen kann aufgeschlüsselt werden, indem man “Was”, “Warum”, “wie” und wer fragt.”

• Analysierte Bedingungen: Dies schließt die Kritikalitätsanalyse ein.
  • Was? – Stellen Sie sicher, dass sich das Management verpflichtet, identifizieren Sie Bedürfnisse, betrachten Sie Ambitionen und Erwartungen, identifizieren Sie verfügbare Ressourcen usw.
  • Warum? – Verstehen Sie die Gesamtansicht dessen, was benötigt wird.
  • Wie?- Besuche vor Ort, Bewertung der Unternehmensleistung.
  • Wer? – Experten und Autoritätspersonen / Eigentümer.
• Gewählte Methoden: Hier werden CBM-Methoden und -Rollen festgelegt.
  • Was? – Wählen Sie die Rollen und Bedürfnisse des CBM-Teams; Methoden identifizieren und auswählen.
  • Warum? – Auswahl von Methoden, die alle in der Erstanalyse gefundenen Anforderungen erfüllen.
  • Wie? – Konsens der Leiter und des Wartungsteams.
  • Wer? – Jeder, der von der CBM-Implementierung betroffen ist.
• Implementierte Methoden: Hier wird die Diskussion in die Tat umgesetzt.
  • Was? – Rollen werden entwickelt. Stellen Sie sicher, dass alle Pläne und Projekte kommuniziert und verstanden werden, indem Sie Schulungen durchführen, IT-Support erhalten usw. Benchmarks erstellen.
  • Warum? – Um die Wartung und Zuverlässigkeit so schnell wie möglich zu verbessern.
  • Wie? – On-the-Job-Schulungen, Coaching von Projektmeetings und Follow-up.
  • Wer? – Projektmanager, Wartungsteam und alle anderen Betroffenen.
• Projekt evaluiert: Dazu gehört die Analyse des neu implementierten CBM-Prozesses, um sicherzustellen, dass alles wie geplant funktioniert.
  • Was? – Verfolgen Sie die Ziele des CBM-Plans, diskutieren Sie Erfahrungen und legen Sie einen Plan für Verwaltung und Entwicklung vor.
  • Warum? – Um sicherzustellen, dass das CBM wie vorgesehen funktioniert.
  • Wie? – Audit und Treffen für Follow-up und Planung.
  • Wer? – Prozessverantwortliche, Management und Führungskräfte.

Herausforderungen der zustandsbasierten Wartung

Also, was ist der Haken? Wie bei jeder Prozessänderung oder neuen Prozessimplementierung bringt die zustandsbasierte Wartung einige Herausforderungen mit sich.

• Erhebliche Anschaffungskosten. Die mit CBM verbundenen Vorlaufkosten summieren sich in der Regel, wenn Sie eine Kritikalitätsanalyse durchführen und herausfinden, wo Sie Sensoren platzieren müssen. Dies kann noch kostspieliger sein, wenn Sie sie bei älteren Assets nachrüsten müssen. Dies ist zum Teil der Grund, warum Ihre Kritikalitätsanalyse so wichtig ist, da sie bestimmt, welche Geräte den höchsten ROI erzielen. Neuere oder kleinere Anlagen verfügen möglicherweise nicht über das Fachwissen vor Ort, um diese Art von Analyse durchzuführen, daher ist es ratsam, einen Experten für die Durchführung einer Fehlermodus- und Effektanalyse (FMEA) und einer RCM-Analyse einzuschalten, was zusätzliche Kosten verursacht.

  Auch die Wahl des richtigen Sensors ist entscheidend. Berücksichtigen Sie Faktoren wie die Betriebsbedingungen, da Sensoren, die für raue Betriebsumgebungen ausgelegt sind, im Allgemeinen mehr kosten.

• Ausbildung. Da Sie nun über Sensoren verfügen, die Echtzeitdaten und Einblicke in den Zustand des Geräts liefern, müssen Sie über Personal verfügen, das diese Daten ordnungsgemäß und schnell analysieren kann. Für jede von einem Sensor erzeugte Fehlererkennung oder Warnung ergeben sich mehrere Fragen. Muss ein Teil ausgetauscht werden? Ist das Teil auf Lager? Wie lange haben wir, bevor das Asset ausfällt? Brauchen wir den Verkäufer, um den Ersatz zu machen?

  Denken Sie daran, dass Schulungen ein weiterer Aufwand sind und Bediener und anderes Wartungspersonal von ihren normalen Betriebsaufgaben abziehen müssen. Training beinhaltet auch, alle mit der Veränderung an Bord zu bringen und die Veränderung effektiv zu managen. Wie von der IAEO erfahren, ist dies einer der schwierigsten Teile bei der Implementierung eines zustandsbasierten Wartungsprogramms.

• Betriebs bedingungen. Die Genauigkeit und Leistung Ihrer Sensoren hängt teilweise von der Umgebung ab, in der sie funktionieren. Raue Betriebsbedingungen können zu Fehlfunktionen oder beschädigten Sensoren führen. Beispielsweise können hohe Hitze und Feuchtigkeit die Elektronik beeinträchtigen, während korrosive Chemikalien die Sensoren beschädigen und zu ungenauen Messwerten führen können.
• Unberechenbarkeit. Im Gegensatz zur geplanten Wartung sind Wartungsarbeiten, die auf einem zustandsbasierten Überwachungsprogramm basieren, unvorhersehbar. Sie können beispielsweise Wartungsarbeiten durchführen, wenn ein Sensor Sie warnt. Dies kann zu Unregelmäßigkeiten bei der Darstellung der Kosten in Ihrem Budget führen. Wenn beispielsweise eine Handvoll Anlagen gleichzeitig gewartet werden müssen, muss Ihr Wartungsteam in der Lage sein, die Reparaturen schnell durchzuführen.
• Softwareanforderungen. Daher ist es wichtig, über ein modernes computergestütztes Wartungsmanagementsystem (CMMS) oder eine andere Software zu verfügen, die diese Daten organisieren, verfolgen, sammeln und analysieren kann. Neben der richtigen Software müssen Sie in Betracht ziehen, einen Dritten zu beauftragen, um die Ergebnisse zu analysieren, bis Ihre Mitarbeiter vollständig geschult sind.

  Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihre Wi-Fi-Verbindung die verwendete Datenmenge verarbeiten kann und Ihr Cloud-Speicherplan groß genug ist, um die gespeicherten Daten aufzunehmen.

Vorteile der zustandsbasierten Überwachung

Bei all den Herausforderungen, die mit der Implementierung eines zustandsbasierten Wartungsprogramms verbunden sind, fragen Sie sich vielleicht, ob es sich lohnt. Während ein CBM-Programm anfangs nicht billig ist und einige Zeit in Anspruch nehmen kann, können Sie letztendlich viel Wert daraus ziehen. Einmal korrekt implementiert und von einem gut ausgebildeten Personal ausgeführt, kann es zu vielen Vorteilen führen, wie zum Beispiel:

• verbesserte Systemzuverlässigkeit,
• erhöhte Produktivität,
• geringere Wartungskosten,
• geringere Ausfallzeiten,
• schnellere Problemdiagnose und
• Verkürzung der Wartungsintervalle.

Das Potenzial eines CBM-Programms für einen hohen ROI spricht viele Unternehmen an, da es ihnen helfen kann, wettbewerbsfähig zu bleiben und so schlank wie möglich zu arbeiten.