Industrie 4.0-Revolution: Ein Vier-Phasen-Plan für den Erfolg der vorausschauenden Wartung

Die Entwicklung vorausschauender Wartungslösungen für Industrie 4.0 stellt einen Paradigmenwechsel in der Art und Weise dar, wie Unternehmen Wartung und Betrieb betreiben. Die proaktive Vermeidung betrieblicher Herausforderungen durch den Einsatz fortschrittlicher vorausschauender Wartungstechnologien ist ein Schlüsselaspekt dieses neuen Industriezeitalters. Diese Lösungen tragen nicht nur dazu bei, neue Einnahmequellen zu erschließen und Kosten zu sparen, sondern spielen auch eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Ausfall- und Produktionsausfällen. Im Zeitalter von Industrie 4.0 müssen Unternehmen intelligente IoT-Geräte und Sensoren nutzen, um große Mengen an Produktionsdaten zu sammeln und zu analysieren. Mithilfe dieser Daten können Geräteausfälle und Reparaturbedarf vorhergesagt werden. Durch den Einsatz dieser vorausschauenden Wartungstechnologien können Unternehmen potenzielle Probleme im Voraus erkennen und entsprechend handeln, wodurch Ausfallzeiten und Produktionsunterbrechungen minimiert werden. Dieser Ansatz der proaktiven vorbeugenden Wartung kann die Produktionseffizienz und die Anlagenzuverlässigkeit erheblich verbessern.

Während maschinelles Lernen traditionell die größte Herausforderung darstellte, hat das Aufkommen cloudbasierter Lösungen zur Analyse von vorausschauenden Wartungsdaten in Verbindung mit erweiterten Datenanalysefunktionen die primäre Entwurfsherausforderung auf die Erfassung der richtigen Datensätze und die Bereitstellung von Hardware in verteilten Umgebungen verlagert mit mehreren Sicherheits- und Netzwerkbeschränkungen. Diese Transformation erfordert einen umfassenden Designprozess, der in vier verschiedene Phasen optimiert ist, um globale, kostengünstige Lösungen mit einem hohen Maß an Robustheit und Sicherheit zu entwickeln.

Phase Eins: Erste Datenerfassung

Die erste Phase konzentriert sich auf die Erfassung von Daten einer einzelnen Maschine und zugehörigen Datenquellen (z. B. Energieverbrauch), um einen umfassenden Datensatz für die Analyse zu erstellen. Es zeigt, dass relevante Daten zu vertretbaren Kosten beschafft und weitergeleitet werden können. Mit IoT-Geräteverwaltungslösungen können Maschinen sofort eine Verbindung zu Geräten herstellen und externe Sensoren nach Bedarf konfigurieren. Es wird empfohlen, Linux-basierte Hardware mit Mobilfunk-Datenkonnektivität zu verwenden, um die Interaktion mit der Netzwerkverwaltung der Betriebstechnologie (OT) zu minimieren.

Key Performance Indicators (KPIs) in dieser Phase drehen sich um die Fähigkeit, relevante Datenpunkte wie Vibration, Lärm, Stromaufnahme oder Druck zu erfassen. Ziel ist es zu evaluieren, ob die relevanten physikalischen Daten mit ausreichender Genauigkeit und Zeitauflösung gemessen werden können, ob die Software häufig aktualisiert werden kann und ob eine erste Lösung zur Datenerfassung und -weiterleitung etabliert werden kann.

Datenanalysten können bereits damit beginnen, cloudbasierte Predictive-Maintenance-Modelle zu visualisieren und zu trainieren, aber ein Datensatz einer Maschine reicht möglicherweise nicht aus, um Rückschlüsse darauf zu ziehen. Der erfolgreiche Abschluss dieser Phase und die Bestätigung durch das Produktmanagement ebnen den Weg für den Start von Phase 2. Der Erfolg ist hier noch nicht nachgewiesen, wenn das Projekt erfolgreich ist, wird es beweisen, dass die Daten beschafft werden können.

Phase 2: Feldtests und Datenerweiterung

Phase 2 erweitert den Anwendungsbereich um mehr Geräte, wobei oft Feldtests mit einer großen Anzahl von Geräten erforderlich sind, um sicherzustellen, dass KI und maschinelle Lernalgorithmen die erforderliche Genauigkeit und Konfidenzintervalle erreichen können. Manchmal muss der Maschinenpark groß genug sein, um tatsächliche Ausfälle oder Betriebsanomalien wirklich erfassen und klassifizieren zu können. In dieser Phase werden Datenanalysten eingesetzt, um das Modell für maschinelles Lernen einzurichten und zu trainieren.

Diese Skalierung wird durch den Einsatz der in Phase 1 entwickelten Software in einer verteilten Flotte erreicht und dabei eine Lösung genutzt, die eine nahtlose Konfiguration und Installation auf einer beliebigen Anzahl von Geräten gewährleistet. Dabei wird die finale Hardware ausgewählt, die Robustheits- und Preiskriterien erfüllt. Der Schwerpunkt verlagert sich auf die Optimierung und Skalierung von Modellen für maschinelles Lernen, wobei sich die KPIs auf die Konfidenzintervalle konzentrieren, die zum Erreichen von Vorhersagen erforderlich sind.

Dies ist ein interaktiver Prozess, der häufige OTA-Softwareaktualisierungen auf allen Geräten erfordert und idealerweise mit einer CI/CD-Pipeline verbunden ist, um sehr schnelle Iterationen in der gesamten Bevölkerung zu ermöglichen. Mit Flottenmanagement und einer guten (und unabhängigen) Konnektivitätslösung wie einem Mobilfunknetz ist dies leicht zu erreichen. Am Ende dieser Phase kann das Produktmanagement die Ergebnisse überprüfen und entscheiden, ob die Genauigkeit, die sich aus der Optimierung des trainierten Modells ergibt, ausreicht, um es in einen neuen kommerziellen Dienst umzuwandeln.

Phase 3: Produkteinführung

Nachdem im Feldtest erfolgreich Vorhersageraten erreicht wurden, kann das System als Produkt eingeführt werden. Ermöglichen Sie Over-the-Air-Updates (OTA) vom ersten Tag an, und Lösungen wie qbee.io machen es einfach, vollständige Image-A/B-Updates bei Bedarf zu ermöglichen. Diese Phase markiert den Übergang des Projekts in den operativen Betrieb, wo neue Einnahmequellen und Geschäftsmodelle geschaffen und umgesetzt werden. Oft wird unterschätzt, wie viel Arbeit und Zeit das kostet. Durch die Einführung des Flottenmanagements während des gesamten Designprozesses funktioniert dies jedoch einwandfrei und ist lediglich eine Erweiterung der Phasen 1 und 2. Selbst wenn Hardware aus Preis- oder Verfügbarkeitsgründen ausgetauscht werden muss, kommt es nicht zu großen Verzögerungen. In dieser Phase können zusätzliche Kundenanforderungen entdeckt und über einen flexiblen Software-Update-Mechanismus in das System integriert werden.

Phase 4: Lebenszyklusmanagement

Die letzte Phase betont die Bedeutung des Lebenszyklusmanagements, um sicherzustellen, dass das System viele Jahre lang sicher, online und auf dem neuesten Stand bleibt. Angesichts der Lebenserwartung industrieller Anwendungen sind ein effizientes Flottenmanagement und Software-Updates über CI/CD-Pipelines von entscheidender Bedeutung. Diese Phase ist darauf ausgelegt, hohe Service Level Agreements (SLAs) und Qualität aufrechtzuerhalten und so jahrelange kostspielige Maschinenstillstände und Ausfälle zu verhindern. Eine hochmoderne Fabrik, die das Konzept von Industrie 4.0 verkörpert und die Integration fortschrittlicher Technologien zur Optimierung der Effizienz und vorausschauenden Wartung demonstriert.

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung prädiktiver Wartungslösungen für Industrie 4.0 einen umfassenden, stufenweisen Ansatz erfordert, der den Schwerpunkt von herkömmlichen Herausforderungen des maschinellen Lernens auf die effektive Erfassung und Nutzung der richtigen Datensätze verlagert. Durch die systematische Herangehensweise an die Erstdatenerfassung, Feldtests, Produkteinführung und Lebenszyklusmanagement können Unternehmen robuste, sichere und kostengünstige Lösungen für die vorausschauende Wartung entwickeln und schnell auf den Markt kommen.

Mit den oben genannten Schritten können Sie auch klare Kriterien für den Projektabbruch definieren, wenn die Datenqualität oder Prognosegenauigkeit zu gering ist. Die Implementierung einer vorausschauenden Wartung kann nicht nur die Betriebseffizienz verbessern, sondern auch Ausfallzeiten und Betriebskosten erheblich reduzieren, was für die Industrie einen großen Fortschritt hin zu intelligenteren und proaktiveren Wartungsstrategien darstellt. Darüber hinaus eröffnet es den Weg für neue Geschäftsmodelle und wiederkehrende Einnahmequellen.