Prädiktive Wartung: Eine kurze Einführung

Bei der vorausschauenden Instandhaltung (auch Predictive Maintenance genannt) handelt es sich um eine Instandhaltungsstrategie, die mit IIoT-Daten trainierte Machine-Learning-Algorithmen nutzt, um Vorhersagen über künftige Ereignisse zu treffen, etwa die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen bei Anlagen und Maschinen.

Durch die Kombination von Daten, Statistik, Machine Learning und Modellierung kann die prädiktive Wartung den Zeitpunkt und die Art der Instandhaltung industrieller Maschinen optimieren. Durch diese vorausschauende Analyse hilft prädiktive Wartung dabei, kostspielige Reparaturen zu vermeiden und die Nutzung sowie Verfügbarkeit der im Einsatz befindlichen Ausrüstung zu maximieren.

Die vorausschauende Instandhaltung berücksichtigt geschätzte Serviceintervalle sowie datengestützte Erkenntnisse, die auf der Messung von Betriebsbedingungen basieren, und ermöglicht so das Echtzeit-Monitoring und die Diagnose von Geräteproblemen. Dadurch werden Anomalien in automatisierten Abläufen erkannt, bevor sie zu großen Herausforderungen werden, die das Geschäft beeinträchtigen könnten. In den meisten Fällen zielen Programme mit vorausschauender Instandhaltung heute in erster Linie auf eine verbesserte Produktion, Instandhaltung und operative Effizienz ab.

Die vorausschauende Instandhaltung wird immer wichtiger, da sie System-, Produktions- und andere Fehler effizient isoliert und identifiziert, bevor sie auftreten, und so Ausfallzeiten und Abfall verringert. Das Monitoring wird durch den Einsatz von Sensoren erleichtert, die z. B. den Maschinenzustand überwachen können, sowie durch Sensordaten, die mit herkömmlichen Logdaten aus Datenbanken und Cloud-Speichersystemen kombiniert werden, damit man tiefergreifende Einblicke in eine komplexe technische Infrastruktur erhält. So entsteht ein Pool aus Archivdaten, der ermöglicht, Maschinendaten für Diagnose- und Instandhaltungszwecke zu analysieren. Die Fähigkeit, mithilfe von Sensordaten Muster und Signale zu erkennen, ermöglicht Unternehmen, frühzeitig zu agieren, Instandhaltungsstrategien zum richtigen Zeitpunkt anzuwenden und letztlich sogar den nächsten Anlagenausfall oder ein katastrophales Ereignis vorherzusagen.

In diesem Blogbeitrag geht es um die Instandhaltung im Allgemeinen, verschiedene Arten von Wartungsstrategien und zusätzliche Ressourcen bei der vorausschauenden Wartung.

Die Bedeutung einer Instandhaltungsstrategie

Bei der Instandhaltung geht es um die Inspektion, Reparatur und Wartung von Maschinen und Anlagen, um sicherzustellen, dass alle für die Produktion erforderlichen Anlagen und Maschinen stets mit 100 % Effizienz arbeiten. Die Instandhaltung ist für Unternehmen unerlässlich, da der Ausfall von Maschinen zu Ausfallzeiten und Produktionsverzögerungen führen kann, die Gewinneinbußen verursachen.

In vielen Branchen machen Instandhaltungsarbeiten oftmals einen hohen Anteil an den Gesamtbetriebskosten aus. Da mit Geräten und Maschinen gewisse Unwägbarkeiten verknüpft sind, haben Unternehmen oft Schwierigkeiten, die Kosten genau abzuschätzen. Die Produktivität und Rentabilität eines Unternehmens hängen zumindest teilweise von kosteneffizienten Instandhaltungsstrategien ab. Unternehmen müssen sorgfältige, optimierte Prozesse implementieren, um die Funktionalität und Zuverlässigkeit ihrer Anlagen zu gewährleisten.

Letztlich gibt es keine perfekte Instandhaltungsstrategie. Niemand kann garantieren, dass eine Maschine oder ein Ausrüstungsteil nicht ausfällt. Glücklicherweise haben technologische Fortschritte neue und intelligentere Wartungsstrategien wie die prädiktive Wartung hervorgebracht, die einen proaktiven statt reaktiven Ansatz ermöglicht. Durch die Ausarbeitung eines durchdachten Instandhaltungs-Managementplans, der mehrere Wartungsarten kombiniert, können Organisationen besser im Voraus für das Erwartete, aber auch das Unerwartete planen.

Geplante vs. ungeplante Wartung

Es gibt zwei Arten der Instandhaltung: ungeplante und geplante. Erstere (auch als reaktive Wartung bekannt) erfolgt, wenn die Ausrüstung bereits ausgefallen ist. Geplante oder terminierte Wartung findet statt, bevor ein Ausfall auftritt. Es gibt mehrere Arten von geplanter Wartung, aber die beiden Haupttypen, die in diesem Artikel Erwähnung finden, sind präventiv und prädiktiv.

Was sind die gängigen Arten der Instandhaltung?

Es gibt viele unterschiedliche Instandhaltungsstrategien, aber die bekanntesten sind die reaktive, die präventive und die vorausschauende Instandhaltung.

• Reaktive (korrektive) Wartung: Reaktive Wartung ist eine Art der ungeplanten Instandhaltung. Diese Strategie, auch als korrektive oder Ausfallwartung bekannt, versucht nicht, Probleme im Vorfeld vorherzusagen. Sie behebt sie einfach, wenn sie auftreten. Trotz geringer Vorabkosten und Planung ist dies ein kurzsichtiger Ansatz, der hohe Kosten verursacht, unter anderem aufgrund unerwarteter Ausfallzeiten, verkürzter Lebensdauer von Maschinen, ineffizienter Zeitnutzung und Sicherheitsproblemen.
• Präventive Wartung: Bei der präventiven Wartung handelt es sich um eine Instandhaltungsstrategie, die normalerweise regelmäßig geplante Wartungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg umfasst, um die Ausrüstung betriebsbereit zu halten. Diese Strategie erfordert sorgfältige Planung und Terminierung, bevor ein Problem auftritt. Sie benötigt zudem genaue Aufzeichnungen von Wartungsberichten und früheren Inspektionen. Aus diesem Grund können präventive Wartungsaktivitäten teuer sein und einige Zeit beanspruchen.
• Prädiktive Wartung: Vorausschauende Wartung ist eine Art der geplanten Instandhaltung, ähnlich wie präventive Wartung. Im Gegensatz zur vorbeugenden Wartung finden bei der vorausschauenden Wartung jedoch geschätzte Wartungsintervalle sowie datengestützte Erkenntnisse aus der Messung von Betriebsbedingungen Berücksichtigung. So gelingt es, Anlagenprobleme in Echtzeit zu überwachen und zu diagnostizieren. Dies hilft, Anomalien in automatisierten Abläufen zu erkennen, bevor sie sich in größere Herausforderungen verwandeln, die das Geschäft beeinträchtigen könnten. Ein Nachteil der prädiktiven Wartung ist, dass ihre Implementierung teuer sein kann und oft umfangreiche Technologieinvestitionen erfordert. Trotz dieser Vorabkosten können Unternehmen mit einer Vielzahl von Vorteilen rechnen, einschließlich einer zehnfachen Kapitalrendite innerhalb der ersten zwei Jahre sowie einer Reduzierung der Wartungskosten zwischen 25 und 30 Prozent.
• Zustandsbasierte Wartung: Als Teilbereich der prädiktiven Wartung erfolgt die zustandsbasierte Wartung bei Bedarf, wobei Echtzeitdaten zur Beobachtung des Zustands von Maschinen und Anlagen zum Einsatz kommen. Zustandsbasierte Wartung (und damit prädiktive Wartung) basiert auf einem Prozess namens Zustandsüberwachung, der verschiedene Metriken in Maschinen überwacht, etwa Temperatur und Vibration. So gelingt es, Veränderungen zu identifizieren, die auf ein sich entwickelndes Problem hindeuten. Auf diese Weise können Unternehmen Umstände, die die Lebensdauer einer Maschine verkürzen könnten, durch eine angemessene Planung der Wartung bei Bedarf bekämpfen.

Prädiktive vs. präventive Wartung

Obwohl sowohl die präventive als auch die vorausschauende Instandhaltung unter den Oberbegriff der geplanten Instandhaltung fallen, gibt es deutliche Unterschiede zwischen diesen beiden Instandhaltungsarten. Die präventive Instandhaltung stützt sich im Wesentlichen auf Daten, die zeigen, wann Ausfälle typischerweise auftreten und so eine präventive Handlung auslösen. 

Eine regelmäßig geplante präventive Instandhaltung kann auch Ausfälle vorhersagen, die durch voraussichtlichen Verschleiß verursacht werden. Auslöser für Instandhaltungsmaßnahmen sind hier Zeit, Ereignisse und Zählerstände. Dies reduziert zwar die Auswirkungen von Ausfällen, verursacht aber manchmal auch vorzeitige oder unnötige Instandhaltungskosten.

Die vorausschauende Instandhaltung stützt sich auf den tatsächlichen Zustand der mechanischen Ausrüstung. Dabei werden Daten, Statistiken, maschinelles Lernen und Modellierung zusammengeführt, um Probleme zu ermitteln und zu verhindern.

Vorteile der vorausschauenden Instandhaltung

Der geschäftliche Nutzen der vorausschauenden Instandhaltung liegt darin, dass sie die Instandhaltungskosten senkt und die mit Ausfällen verbundenen Verluste reduziert. Die Vermeidung von Ausfällen erhöht die Produktivität in der Fertigung und verbessert die Kundenerfahrung, da sich Ausfälle oder Fehler negativ auf die Endbenutzer auswirken könnten.

In der Industrie können Unternehmen durch Ausfallzeiten täglich Kosten in Millionenhöhe entstehen. Die ungeplante Instandhaltung kann 12 bis 15 % mehr kosten als die geplante Instandhaltung, und die zusätzliche Dringlichkeit, die dadurch entsteht, dass der Betrieb möglichst schnell wieder in Gang gebracht werden muss, kann die Kosten und das Risiko weiter erhöhen.

Deshalb setzen zukunftsorientierte Organisationen zunehmend auf Strategien der prädiktiven Wartung. Prädiktive Wartung berücksichtigt geschätzte Wartungsintervalle und nutzt gleichzeitig datengestützte Erkenntnisse aus der Messung von Betriebsbedingungen. Durch den Einsatz statistischer Schwellenwerte oder Modellierung und Prognosen zur Berechnung des Reparaturbedarfs können Organisationen, die prädiktive Wartungsstrategien einführen, Teile- und Arbeitskosten sowie die Verfügbarkeit von Anlagen besser steuern.

Vorausschauende Instandhaltung und Industrie 4.0

Industrie 4.0 bezeichnet die vierte Welle der Transformation der Industrialisierung, also eine Ära, die auf den technologischen Fortschritten der letzten industriellen Revolution aufbaut und diese ausbaut. Die vorhergehende Ära, die sogenannte dritte Industrialisierungswelle, brachte durch digitale Technologien und Automatisierung ein neues Maß an Effizienz. Es entstanden dabei aber auch neue Probleme (z. B. Datenintegrität, Komplexität von Service und Instandhaltung, erhöhte Kosten, Sicherheitsverletzungen usw.). Industrie 4.0 widmet sich diesen neuen Problemen mit Fortschritten in der Datenkonnektivität und Technologien, die Instandhaltungsservices und -sicherheit neu gestalten sollen.

Technologische Entwicklungen wie das Internet of Things (IoT), Cloud, Big Data und Analytik, Advanced Analytics, Machine Learning, künstliche Intelligenz und Augmented Reality ermöglichen zusammen neue Instandhaltungsstrategien, die die Verfügbarkeit verbessern, Kosten senken, die Sicherheit erhöhen und letztlich ungeplante Ausfallzeiten vermeiden.

Fazit: Prädiktive Wartung ist transformativ

Ganz unabhängig von der Branche haben Tools für die vorausschauende Instandhaltung einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz, Produktivität und Rentabilität. Unternehmen in Branchen wie der Fertigung, der Energie- und Versorgungswirtschaft, dem Transportwesen und dem Gesundheitswesen sind bereits dabei, ihre Instandhaltungsabläufe neu zu gestalten. Unternehmen, die keine vorausschauenden Instandhaltungsstrategien anwenden, werden wahrscheinlich ins Hintertreffen geraten oder einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil einbüßen.