Publikation Abschlussevaluierung TecCond
Förderung Hessen – Distr@l Nr. 20_0039_2A
TecCond – Technology Condition Monitoring: System zur Überwachung des Echtzeit-Zustands technischer Systeme
Konsortialführer des Vorhabens:
dwsquare GmbH
Herr Dirk Wenzel
Zur Burg 3
35102 Lohra-Willershausen
Verbundpartner 1:
Seibert System Solutions GmbH & Co. KG
Herr Ralf Seibert
Philip-Reis-Straße 3
34582 Borken
Verbundpartner 2:
Technische Universität Darmstadt
Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente
Otto-Berndt-Straße 2
64287 Darmstadt
Herr. Prof. Dr.-Ing. Eckhard Kirchner
Ende 2022 war die Abschlussevaluierung mit dem hessischen Digital-Ministerium Wiesbaden, bei dem wir mit einer Goldmedaille für das Projekt „TecCond“ bewertet wurden. Vielen Dank an die Beteiligten, für die großartige Unterstützung in diesem Projekt.
Einleitung TecCond – Technology Condition Monitoring
Easy-to-apply Analyse-Software für Maschinen & Anlagen
Keine Unternehmensstruktur muss auf TecCond angepasst werden:
„Wir passen uns auf Ihr System an!“
TecCond ist ein Analyse- und Prognose-System, welches einen Ansatz zur durchgängigen Digitalisierung über den gesamten Produktlebenslauf technischer Systeme ermöglicht. Dabei wird eine höhere Evolutionsstufe der Zustandsüberwachung erreicht, da nicht nur einfache Informationen gesammelt werden, sondern auch Wissen aus den vorhandenen Daten generiert wird.
Mechanische und elektromechanische Komponenten und Baugruppen in Maschinen, Anlagen und technischen Gebäudeeinrichtungen können erhöhten Beanspruchungen ausgesetzt sein, was zu einer kontinuierlichen Materialermüdung führt. Das Betriebsverhalten selbst ändert sich dabei häufig nicht, wodurch der Verschleiß und das damit einhergehende Ausfallrisiko meist zu spät erkannt werden.
Viele konventionelle Instandhaltungsansätze reagieren erst, wenn schon Störungen oder Fehler aufgetreten sind und können somit einen erhöhten Kostenaufwand, durch wartungsbedingte System-Stillstände, nicht mehr vermeiden.
TecCond besitzt jedoch einen modellbasierten Ansatz, wodurch Aussagen über den Systemzustand getroffen werden können und dadurch nicht nur vorausschauende und dynamische Wartungen, sondern auch Systemoptimierungen ermöglicht werden. Somit kann TecCond bereits bei der Entwicklung von Systemen und Prototypen eingesetzt werden, um Abhängigkeiten zu beschreiben und daraus Verschleißprognosen abzuleiten. Aus den gewonnenen Systemdaten kann dann ein digitales Systemabbild geschaffen werden, durch das auch Parametrierungen und Simulationen möglich werden.
Abbildung 1: System und Ziele von TecCond
TecCond besteht aus einer modular aufgebauten und erweiterbaren Softwarekomponente und einer spezifischen Hardware, welche individuell an das zu analysierende System angepasst wird und auch mobil eingesetzt werden kann. Dies ist eine Besonderheit des Systems, denn dadurch wird TecCond zu einem universellen Mess- und Analysesystem für praktisch jeden Anwendungsfall.
Abbildung 2: Architektur TecCond
Häufig haben Unternehmen ältere Maschinen und Anlagen im Einsatz, die nicht über eine ausreichende Qualität und Quantität von Sensorik verfügen, die für eine aussagekräftige Messanalyse erforderlich wäre. Zudem werden wichtige Sensordaten nicht immer aufgezeichnet oder lassen sich nicht ohne einen Systemeingriff abrufen. Das macht es meist schwer, ein System nur mit den vorhandenen Daten zu beschreiben.
Viele Kunden wollen keine zusätzliche Sensorik in ihren Maschinen installieren und möchten auch keine Änderungen an der Automatisierungstechnik und der bestehenden Software vornehmen, nur um zusätzliche Systemdaten zu erfassen. Daher bietet TecCond die Möglichkeit eine externe und zum Teil berührungslose Sensorik am System zu installieren, welche nur für den Zeitraum der erforderlichen Messdauer benötigt wird und völlig autark zu den Kundensystemen eingesetzt werden kann. Die Hardware-Komponenten können je nach System sogar selbst entwickelt werden.
Diese mobile Mess- und Datenerfassungseinheit wird vorher auf das zu analysierende System angepasst und konfiguriert. Durch die Echtzeit-Zustandsüberwachung können dann Abhängigkeiten analysiert und mit mathematischen Modellen beschrieben werden. Dabei werden nicht nur bestehende Modelle eingesetzt, sondern auch eigene Komponentenmodelle entwickelt, welche zum Teil auch durch KI-Systeme unterstützt sind. Der Einsatz von künstlicher Intelligenz eignet sich besonders für die Mustererkennung von großen Datenmengen aus Sensornetzwerke. Auch Daten von der Instandhaltung und Kennwerte der Hersteller (für die Maschinenelemente z.B. Lager, Zahnriemen, Verbindungen, Wellen, Kupplungen, Federn etc.) können für die Analyse verwendet werden.
Abbildung 3: Individuelle Hardware zur Messdatenerfassung an autonomen Shuttle und Auswertung vom Messwert zur Komponente
In Abbildung 3 ist ein Beispiel dargestellt, wie mit Hilfe mehrerer Modelle von Messwerten auf Komponenten an einem autonomen Shuttle-Transportsystem zurückgeschlossen werden kann. Anschließend können mit Komponentenmodellen (z.B. ISO281-Lagerlebensdauer) Aussagen zum Status der Komponente getroffen werden kann.
Ein weiteres Ziel war die Entwicklung einer intuitiv bedienbaren und verständlichen Benutzeroberfläche (GUI) sowie der Aufbau einer Modell-Bibliothek, die je nach System über Module und Checkboxen in das Programm eingebunden werden kann. Da der gesamte Software-Teil des Produkts in der Programmiersprache Python geschrieben wurde, konnte TecCond ähnlich wie auch andere Python Packages aufgebaut werden, sodass immer nur die Packages oder Funktionen eingebunden werden, die für das betrachtete System benötigt werden.
Abbildung 4: TecCond App (GUI)
Im Rahmen der System-Betrachtungen wurden noch zusätzliche Auslegungs-Tools entwickelt, welche auf TecCond basieren und die Auslegung des Systems unterstützen. Mit TecCond ist es möglich, den Einsatz „fiktiver“ Komponenten zu simulieren. Sodass ein potentieller Tausch einer Komponente auf Basis von Betriebsdaten bewertet werden kann. Aufgrund des modularen Aufbaus des Quellcodes können Modelle stetig weiterentwickelt, angepasst oder ersetzt werden.
Abbildung 5: Darstellungen Algorithmen TecCond (Beispiel Verschleißmessungsprüfstand)
Fazit:
Das Projekt TecCond bringt einen technologischen Vorsprung mit sich, wenn Firmen bereit sind, diesen Weg der Digitalisierung intensiv zu beschreiten. Besonders Anwender und Anlagenbauer können durch Anwendung von TecCond Ressourcen schonen und die nachfolgenden Maschinengenerationen und auch Bestandsanlagen nachhaltig beeinflussen. Beispielsweise durch die datenbasierte Vermeidung von Fehlern, dem Finden von Verbesserungspotentialen und dem Identifizieren kritischer Elemente, die frühzeitig verschleißen und durch höherwertige Komponenten ausgetauscht werden können, die deutlich längeren Laufzeiten haben.
Durch TecCond wurden Erkenntnisse gewonnen, die über die Projektförderung hinausgehen. TecCond ist in vielen Branchen anwendbar, in denen auf Basis von Daten Verbesserungen erzielt werden sollen.
Wir danken dem Land Hessen für die Förderung des Projekts!
Allgemeine Anfragen zu TecCond: dirk.wenzel@dwsquare.com oder unter Kontakt
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