Suchen

Predictive Maintenance: Das Kabel meldet sich, bevor es bricht

Autor / Redakteur: Bernd Müller * / Kristin Rinortner

Ein Kabel fällt meist überraschend aus und sorgt für Stillstand und Kosten. Wir stellen eine Lösung vor, mit der man die Alterung messen und den Zeitpunkt des Ausfalls vorhersagen kann. Dazu sind keine Änderungen am Kabel nötig.

Firmen zum Thema

Predictive Maintenance bei Kabeln: Die Predictive Maintenance Box wird im Lapp-Testzentrum 
weiterentwickelt und verfeinert.
Predictive Maintenance bei Kabeln: Die Predictive Maintenance Box wird im Lapp-Testzentrum 
weiterentwickelt und verfeinert.
(Bild: Lapp / Wolfram Scheible)

Wann immer von Digitalisierung in Fabriken oder von Industrie 4.0 die Rede ist, wird als ein leuchtendes Beispiel die vorausschauende Wartung – Predictive Maintenance – genannt. Die Idee: Man sammelt Sensordaten über eine Maschine oder eine Komponente und errechnet daraus auf Basis der Erfahrung mit vielen weiteren gleichen Teilen, wie schnell das Teil verschleißt. So kann man es austauschen, bevor es kaputt geht und bevor die Maschine stillsteht und hohe Kosten auflaufen.

Auch bei Kabeln und Leitungen wurde das bereits versucht, allerdings mit wenig Erfolg. Bisherige Konzepte nutzen spezielle Kabel, in die eine zusätzliche Opferader eingebettet ist. Bricht sie, zeigt das einen baldigen Ausfall an. Dass sich solche Speziallösungen nicht durchsetzen konnten, verwundert angesichts des höheren Aufwands für Herstellung und Installation nicht, auch eignen sie sich nicht für bestehende Leitungen.

Dennoch wünschen sich viele Anwender eine praktikable Lösung für die vorausschauende Wartung von Leitungen. Vor allem bei hochdynamischen, komplexen Bewegungen werden die Verbindungssysteme stark belastet. „Deshalb wollen wir eine Lösung anbieten, die sich meldet, bevor eine Leitung ausfällt und die ohne Opferader auskommt“, erklärt Guido Ege, Leiter Produktentwicklung und -management bei Lapp.

Erste Erfahrungen mit Ethernet-Leitungen

Das Team von Ege hat sich zu Beginn des Projekts auf Ethernet-Leitungen fokussiert, weil die industrielle Datenkommunikation in Maschinen und in der Vernetzung von Anlagen eine immer größere Rolle spielt.

Ethernet-Leitungen mit ihrem komplexen Aufbau und den erforderlichen Hochfrequenzeigenschaften zeigen eigene Fehlercharakteristika. So führt eine gebrochene Schirmung zu erhöhten elektromagnetischen Störungen. Wenn Litzen brechen, nimmt die Dämpfung zu und die Datenrate sinkt, bricht eine Ader vollständig, folgt der Totalausfall der Kommunikation.

Das Ziel der Untersuchungen bestand darin, den optimalen Austauschzeitpunkt einer Leitung vorausberechnen und diesen so planen zu können, dass die Produktion möglichst wenig gestört wird. Dazu werden die Übertragungseigenschaften von Datenleitungen überwacht und aus deren Veränderungen die voraussichtliche Lebensdauer errechnet. Im nächsten Schritt soll das Vorgehen auch auf stromführende Leitungen ausgeweitet werden, so Ege.

Vorhersage ohne Veränderung am Kabel

Die Lösung arbeitet allein über ein Protokoll und einen speziellen Algorithmus. Dadurch können Standard-Ethernet-Leitungen sowie Standard-Steckverbinder wie RJ45 oder M12 verwendet werden. Der Installateur schließt die Leitungen wie gewohnt an und muss keine zusätzlichen Opferadern verbinden. Damit ist auch ein Retrofit bestehender Anlagen möglich.

Die Messung findet in einer so genannten PMBx (Predictive Maintenance Box) statt. Sie besitzt zwei Ethernet-Ports und wird einfach am Anfang der zu überwachenden Ethernet-Leitung eingeschleust. Die Datenpakete gelangen transparent vom einen Ethernet-Port zum anderen Port, nahezu ohne Verzögerung. Für eine angeschlossene SPS ist die PMBx nicht sichtbar, sie hat keinen Einfluss auf die Datenübertragung. Sie eignet sich damit auch für bestehende Anlagen, ohne dass Änderungen an der Software der SPS notwendig sind.

Bild 1: Prinzipskizze der Funktion des Predictive-Maintenance-Systems für Datenleitungen.
Bild 1: Prinzipskizze der Funktion des Predictive-Maintenance-Systems für Datenleitungen.
(Bild: Lapp)

Predictive Indicator als Ausfallprognose

Die Ausfallprognose basiert auf mehreren übertragungsrelevanten Parametern. Daraus wird der Predictive Indicator berechnet. Durch die Messung mehrerer Größen sind auch Plausibilitätsprüfungen möglich. Damit lassen sich Fehlinterpretationen von Messwerten verhindern.

Im hauseigenen Testzentrum hat der Kabelspezialist für die Energiekettenleitungen Messwerte im Big-Data-Ansatz gesammelt und anschließend durch mathematische Algorithmen analysiert. Die Daten werden während des Entwicklungsprozesses in der PMBx analysiert, das kann aber später, je nach Kundenwunsch, auch in der Cloud geschehen.

Je mehr Daten vorhanden sind, auch aus dem Betrieb beim Kunden, umso genauer wird die Vorhersage. Lapp prüft nach den ersten Testläufen im hauseigenen Logistikzentrum die Anwendung von Machine-Learning-Ansätzen, um die Vorhersagequalität des Algorithmus zu steigern. Zukünftig soll es möglich sein, eine Restlebensdauer zu berechnen, die abhängig ist vom Bewegungsprofil der Leitung. Damit lässt sich der passende Austauschzeitpunkt planen und ein Zeitraum nutzen, wo die Maschine ohnehin nicht läuft, zum Beispiel während einer Umrüstung oder zeitgleich mit anderen Wartungsvorgängen.

Lapp hat das neue Predictive Maintenance System in seinem futureLab kürzlich auf der Messe SPS vorgestellt. „Wir sind mit einigen Interessenten und Pilotkunden im Gespräch, mit denen wir unsere Lösung in die konkreten Anwendungen integrieren und auf den Kunden zuschneiden wollen“, so Ege, „im nächsten Schritt wollen wir ein passendes Geschäftsmodell entwickeln.“ Für die Entwicklung der PMBx hat das Team den Lapp Internal Innovation Award gewonnen, den Eddie Lapp Award. „Das ist wirklich Innovation und Industrie 4.0“, lobt Ralf Moebus, Leiter Produktmanagement Industrial Communication, das Projekt.

Bild 2: Die Predictive Maintenance Box ist so groß wie eine Zigarettenschachtel und wird in die zu überwachende Leitung eingeschleust. Für eine angeschlossene SPS ist sie nicht sichtbar.
Bild 2: Die Predictive Maintenance Box ist so groß wie eine Zigarettenschachtel und wird in die zu überwachende Leitung eingeschleust. Für eine angeschlossene SPS ist sie nicht sichtbar.
(Bild: Lapp)

Innovationsprozess für Disruption

Die Lösung entstand in einem neuen Innovationsprozess: Innovation for Future. Damit möchte das Unternehmen auch radikale und disruptive Innovationen realisieren, für die zum Beispiel ein klassischer Stage-Gate-Prozess ungeeignet ist.

Innovation for Future hat drei Voraussetzungen: Es muss eine technische Lösung vorliegen, man muss mit mindestens einem potenziellen Kunden sprechen und man muss ein Business Model Canvas erstellen. Guido Ege ist optimistisch, dass sich das Unternehmen damit tiefgreifend verändern und sich weiter vom Anbieter physischer Produkte zum Anbieter von Systemlösungen entwickeln wird.

* Bernd Müller arbeitet als freier Autor in Wiesbaden.

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:46292594)