Wenn MES und Instandhaltung besser verzahnt wären, würde die Maschinenverfügbarkeit signifikant ansteinen, sagen Experten.

Wenn MES und Instandhaltung besser verzahnt wären, würde die Maschinenverfügbarkeit signifikant ansteigen, sagen Experten. - Bild: Pixabay

| von Daniela Hoffmann
Aktualisiert am: 18. Nov. 2019

Die Instandhaltung muss integraler Bestandteil eines qualifizierten MES sein, meint Experte Klaus Thiel von MES Consult. Schließlich wird das MES durch die Betriebsmittel getragen, die in jedem Arbeitsschritt zum Einsatz kommen – dazu gehören Maschinen, Werkzeuge, Vorrichtungen und Messmittel.

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Durch die Verbindung von MES-System und Instandhaltung könnte sich vor allem ein Punkt verbessern, in dem die produzierenden Unternehmen in Deutschland durchaus Optimierungspotenzial haben: „Der KPI für die Maschinenverfügbarkeit liegt teilweise unter 60 Prozent, die Ausfallzeiten sind deutlich zu hoch, konstatiert Thiel. Damit Maschinen möglichst selten ausfallen, brauche es aber ein Wartungs- und Instandhaltungssystem, das sich an den Echtzeitprozessen und Ereignissen in der Produktion orientiert und nicht an vorgegebenen Intervallen.

Dr. Olaf Sauer vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB hält ein in das MES integriertes Instandhaltungsmodul für sinnvoll.
Dr. Olaf Sauer vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB hält ein in das MES integriertes Instandhaltungsmodul für sinnvoll. - Bild: IOSB

„Es ist auch deshalb wichtig, MES und Instandhaltung zu verzahnen, weil in den Wartungszeitfenstern die Maschinen nicht belegt werden können“, erklärt Dr. Olaf Sauer vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB. Auch eine Störung muss möglichst automatisiert direkt an die Instandhaltung weitergeleitet werden, zum Beispiel als Alarm, Störungsmeldung mit Ursache oder direkt als Instandhaltungs-Auftrag an das Serviceteam.

Meist sei allerdings die Instandhaltungsfunktionalität auf ERP-Ebene angesiedelt und nicht im MES. „Ein Instandhaltungsmodul im MES ist sinnvoll, weil in der Maschinendatenerfassung ohnehin die Daten über den ‚Gesundheitszustand‘ der Anlage gesammelt werden – in Richtung Predictive Analytics gedacht, geht es darum, ob es der Maschine auch in der nächsten Schicht noch gut geht, oder ob für eine spontane Wartung umgeplant werden muss“, so Sauer.

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Insellösungen reichen nicht mehr aus

Auch aus Sicht von Klaus Thiel werden Systeme benötigt, die die Betriebsmittel entweder nutzungsorientiert überwachen und warten – oder die, noch besser, aufgrund des Zustands der Betriebsmittel möglichst vorausschauend einen wahrscheinlichen Stillstand erkennen, damit entsprechend kurzfristig reagiert werden kann.

"Bisher gibt es am Markt nur wenige MES-Systeme, die Wartung und Instandhaltung qualifiziert mit einbeziehen." - Klaus Thiel, MES Consult

„Dazu muss in das MES mit seiner Arbeitsplanverwaltung eine Wartungsplanverwaltung integriert sein, in der die einzelnen Wartungsschritte festgelegt werden. Bisher gibt es am Markt nur wenige MES-Systeme, die Wartung und Instandhaltung qualifiziert mit einbeziehen“, sagt Thiel. Nur wenige MES Anbieter wie InQu, camLine, Apriso und einige andere bieten demnach ein qualifiziertes Wartungs- und Instandhaltungsmodul in ihrem MES-Produktportfolio an; auch iTAC arbeitet am Instandhaltungsthema.

Mit der Diskussion zu Industrie 4.0 und IIoT rückt der Shopfloor in den Mittelpunkt und MES wird zum entscheidenden Koordinator der Informationsprozesse und des Informationsaustausches unter den Bedarfsträgern, glaubt Thiel. „MES-Systeme sind meist nur als punktuelle Lösungen entwickelt worden, aber kaum mit einem ganzheitlichen, strategischen Konzept, in dem auch bereits ein Wartungs- und Instandhaltungsmodul eingebunden ist“, beklagt der Experte.

Meist werden Instandhaltungssysteme Stand-Alone angeboten mit dem Schwerpunkt auf eine präventive Wartung, bei der nach bestimmten Zeitintervallen eine mechanische, elektrische oder eine umfassende Wartung durchgeführt wird. Nur selten gibt es bereits eine nutzungsorientierte Wartung, von der vorausschauenden (prediktiven) Wartung ganz abgesehen.

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Predictive Maintenance ist im Kommen

Der Trend geht aber immer mehr hin zu diesen Systemen, in denen der Zustand der Betriebsmittel anhand von Zustandsindikatoren wie Vibration, Temperatur oder Stromverbrauch überwacht, ein möglicher Ausfall frühzeitig erkannt und eine Wartung ausgelöst wird. Hier kommen dann auch Tools aus dem Bereich „Advanced Analytics“ zum Tragen, die aus einer Vielzahl von Indikatoren ein relativ exaktes Zustandsmuster ableiten und zum Beispiel auch eine Abhängigkeit der Qualität von diesen Zustandsmustern erkennen.

„An dieser Stelle haben die heutigen MES-Anbieter noch ein breites Betätigungsfeld, weil es noch weitgehend Neuland darstellt“, sagt MES-Experte Thiel. Eine Ausnahme bilde hier die Schaeffler Digital Solutions GmbH, die bei der prediktiven Wartung eine Führungsposition einnehme.

"Instandhaltung ist ein wichtiges Thema im Rahmen einer MES-Lösung." - Peter Pauls, InQu Informatics

„Diese Verbindung zwischen MES, Predictive Analytics und Wartung sollte automatisiert werden - unabhängig davon, ob mit zusätzlicher Sensorik weitere Daten erhoben werden“, meint der Fraunhofer-Experte. Das gelte besonders in Bereichen wie der Serienfertigung, in denen das Unternehmen darauf angewiesen ist, dass die Maschine rund um die Uhr läuft.

Bei Losgröße eins spiele hingegen eher Flexibilität bei der Werkzeugumrüstung eine Rolle. „Wir sehen in der Praxis noch keine durchgängigen Methoden und Werkzeuge für Predictive Maintenance. Derzeit wird viel mit Pilotprojekten experimentiert, es fehlt auch oft noch die Sensorik, um die Analytik zielführend einzusetzen“, schränkt Sauer ein.

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Der Instandhaltungsalltag verändert sich mit Industrie 4.0

„Es gibt einige erfolgreiche Proofs of Concept, in denen man vorausschauende Analytik für das Qualitätsmanagement nutzt, um gezielt Parameter im Prozess zu beeinflussen, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu erzielen. Dafür sind MES-Systeme prädestiniert, auch wenn die meisten das heute noch nicht können“, stellt Sauer fest.

Um dafür die Korrelationen zwischen Mess- und Prozessparametern herauszufinden, ist ebenfalls noch einiges zu tun. Das Wissen aus den Köpfen der Fertigungsmitarbeiter – aber auch der Instandhaltungsspezialisten – muss dafür im System abgebildet werden.

„Perspektivisch könnten mit Blick auf IoT-Plattformen die MES-Aufgaben in Form von Micro-Services umgesetzt werden“, sagt der Fraunhofer-Experte. Hier wären dann auch unterschiedliche Instandhaltungs-Services denkbar. Zudem gibt es in den Fabriken immer mehr automatisierte Komponenten, die bereits Teil von Konzepten wie der digitalen Fabrik sind. Dazu gehören unter anderem autonome Transportsysteme und kooperierende Roboter (Cobots). Sie bringen häufig die nötigen Funktionen bereits mit, um ihre Instandhaltung und Wartung digital einzuspeisen.

So stellen sich die MES-Anbieter den Zukunftsthemen: Eine Übersicht für Sie

InQu Informatics

„Instandhaltung ist ein wichtiges Thema im Rahmen einer MES-Lösung – geplante und ungeplante Unterbrechungen haben eine durchschlagende Wirkung im Hinblick auf die Verfügbarkeit der Betriebsmittel und damit der Produktivität der gesamten Produktion“, sagt Peter Pauls, Geschäftsführer von InQu Informatics aus Dresden.

Auf Künstlicher Intelligenz basierende Systeme sollen künftig helfen, Ausfallwahrscheinlichkeiten für Maschinen zu ermitteln
Auf Künstlicher Intelligenz basierende Systeme sollen künftig helfen, Ausfallwahrscheinlichkeiten für Maschinen zu ermitteln. - Bild: PIxabay

Je früher Wartungsinformationen zur Verfügung stehen, desto günstiger lassen sich der Inspektionszeitpunkte wählen, die nicht mit den Terminen der Produktionsfeinplanung kollidieren. Predictive Maintenance wird hier zukünftig eine wichtige Rolle spielen, um zustandsabhängige Wartungen zu ermöglichen und signifikante Reduzierungen der Wartungskosten zu ermöglichen.

Man sei dabei, auf KI basierende Systeme zu entwickeln. Dabei greift man auf große Mengen an Vergangenheitsdaten zurück, um auf deren Basis Simulationsläufe zu starten und so Ausfallwahrscheinlichkeiten für Maschinen, Komponenten oder Aggregate zu ermitteln. Vor allem ließe sich so ein faktisch unnötiges, aber standardmäßig angesetztes Austauschen von Teilen vermeiden, Stichwort Ressourcenschonung. Dafür gibt es derzeit eine prototypische Funktionalität, die noch dieses Jahr als Standard im Instandhaltungsmanagement-Modul zur Verfügung stehen soll.

„Voraussetzung für Predictive Maintenance ist die Ausstattung der Produktion mit Sensorik, um eine hinreichend große und repräsentative Datenbasis zu erhalten, die dann entsprechende Analysen ermöglicht“, erklärt Pauls. Er glaubt: In diesem Kontext werden sich Cloud-Lösungen als Datenspeicher durchsetzen, die große Mengen an Prozessdaten aufnehmen, Analysen durchführen und Ergebnisse bereitstellen.

Dassault Delmia Apriso

„Im Fall einer ungeplanten Ausfallzeit erlaubt das MES eine Verkürzung der Reparaturzeit, indem es automatisch die richtigen Personen alarmiert, die Durchsetzung von Standard-Reparaturabläufen sicherstellt und den Instandhalter beispielsweise durch Echtzeitzugriff auf Arbeitsanweisungen und Gerätehandbücher unterstützt“, erklärt Björn Manderbach, Delmia Senior Manager Technical Sales bei Dassault Systèmes, mit Blick auf Delmia Apriso

Björn Manderbach, Delmia Senior Manager Technical Sales bei Dassault Systèmes.
Björn Manderbach, Delmia Senior Manager Technical Sales bei Dassault Systèmes. - Bild: Dassault Delmia Apriso

Die Verknüpfung der Instandhaltungsfunktionalität mit den anderen Bereichen der Fertigung sei dabei elementar, um eine höhere Effektivität und reduzierte Kosten in der Wartung zu erreichen. Instandhaltung ist demnach ein integrierter Bestandteil des Manufacturing Operations Management (MOM), das auf einem einheitlichen Datenmodell basiert.

„Diese MOM-Gesamtarchitektur greift damit weiter als ein klassisches MES-System und erlaubt es, Instandhaltungsaktivitäten prozessbasiert beispielsweise auf Maschinenereignissen oder Warnungen aus der statistischen Prozesskontrolle zu starten“, sagt Manderbach. Die Funktionalität ist auch auf mobilen Endgeräten verfügbar und ausgelegt für Planung, Ausführung und Analyse sowie das Reporting von Instandhaltungs- und Wartungsarbeiten.

Eine Überprüfung der Werker-Qualifikation soll sicherstellen, dass nur der „richtige“ Mitarbeiter die Arbeiten ausführen kann. Sämtliche Prozessschritte inklusive des verwendeten Materials können laut Anbieter verfolgt werden und stehen für Auswertungen und KPIs oder der Anlagenhistorie zur Verfügung. Predictive-Maintenance-Analysen werden über die 3DExperience-Plattform umgesetzt, die Ergebnisse lassen sich in das Instandhaltungsmanagement einbeziehen.

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Gfos

Mit dem Modul gfos.MES Betriebsmittelmanagement sollen laut Hersteller alle Maßnahmen rund um die Themen Instandhaltung und Werkzeugverwaltung unterstützt werden. Das reiche vom bedarfsorientierten Einsatz einer Stand-Alone Instandhaltungslösung bis hin zum voll integrierten Betriebsmittelmanagement

Burkhard Röhrig, Geschäftsführer der Gfos
Burkhard Röhrig, Geschäftsführer der Gfos. - Bild: Gfos

Das System verwaltet Stammdaten wie Instandhaltungspläne oder Werkzeugdaten und unterstützt die Koordination der Maßnahmen. „Als zentrales Informationssystem im Werk ist das MES auch ein großer Schritt in Richtung Industrie 4.0. Mittelfristig dürfte der Digitalisierungstrend fast alle Arbeitsplätze und alle Produktionsbereiche betreffen, angefangen bei den Maschinen, den Hand- und Montagearbeitsplätzen bis hin zur Instandhaltung, dem Lager und vieles andere mehr“, meint Burkhard Röhrig, Geschäftsführer der Gfos.

Röhrig geht davon aus, dass Predictive Maintenance wichtig wird. „Für die Aufgaben der vorausschauenden Instandhaltung  wird der Nutzen von Machine Learning besonders deutlich“. Das bedeute, dass die Instandhaltung bei Maschinenbauern und deren Kunden besser planbar und damit deutlich effizienter werde.

PSI

„Naturgemäß werden MES zur Durchsetzung von Produktionsplänen auf Maschinen und Anlagen genutzt. Somit betreffen alle Aufgaben und Maßnahmen, die der Absicherung der Fertigung dienen, auch MES“, sagt Karl Tröger, Business Development Manager bei PSI Automotive & Industry.

Karl Tröger, Business Development Manager bei PSI Automotive & Industry
Karl Tröger, Business Development Manager bei PSI Automotive & Industry. - Bild: PSI

Der Wartungszustand der Technik spiele hinsichtlich Abnutzung, Toleranzen und Betriebsparametern eine besonders große Rolle. „Insofern ist die Verknüpfung der Instandhaltung mit MES sehr wichtig und wird daher in einschlägigen Normen und Standards auch gemeinsam betrachtet (VDI 5600, IEC 62264), sie ist sogar ein Teil der Definition der Aufgaben eines MES“, so Tröger.

PSI setzt auf die Nach-Automatisierung von älteren Maschinen, damit auch sie in digitale Instandhaltungs-Workflows eingebunden werden können. Abweichungen bei der Qualität der Produkte oder von den normalen Betriebsparametern der Anlagen können demzufolge kontrolliert und zur automatischen Auslösung von Instandhaltungsaufgaben genutzt werden. PSI bietet KI-basierte Tools zur Ermittlung sinnvoller Wartungsintervalle an. Neben Maschinendaten werden auch Daten aus Aufträgen, Materialien, Qualitätsdaten oder der Wartungshistorie analysiert.

Die Bewertung der Daten erfolgt durch ein sogenanntes qualitatives Labeln. Zur Ermittlung bzw. Zur Vorhersage von Wartungsterminen werden Methoden des Deep Learning und der erweiterten Fuzzy-Logik verwendet.

Forcam

In Sachen Fabrik-IT sei es am besten, wenn Unternehmen mit einer offenen IT-Plattform arbeiten, anstatt mit geschlossenen MES-Silo-Lösungen, glaubt man bei Forcam.

Jürgen Vischer, Leiter Forcam Academy
Jürgen Vischer, Leiter Forcam Academy. - Bild: Forcam

„Nur, wenn die Signale aus unterschiedlichen Maschinensteuerungen, wie sie der Normalfall in Fabriken sind, auf einer IT-Plattform in eine gemeinsame IT-Sprache übersetzt werden, kann daraus ein die Effizienz und Produktivität steigernder Nutzen gezogen werden“, so Jürgen Vischer, Leiter Forcam Academy.

Die Vernetzungskompetenz der eingesetzten IT-Lösung ist also überaus wichtig. Mit der auf MS Azure basierenden Cloud-Plattform Forcam Force bietet der Hersteller eine Adhoc-Maintenance als Funktionalität an, mit der verantwortliche Personen über Instandhaltungsfälle in Echtzeit informiert werden. Alle Beteiligten können Maintenance-Reports zu Betriebszuständen abrufen.

Dabei setzt der Anbieter in der digitalen Fabriksteuerung auf hauptspeicherbasierte In-Memory-Technologie in Verbindung mit Complex Event Processing und Anbindung aller Maschinen und IT-Netzwerke. Ist eine offene Schnittstelle im Einsatz, können Adhoc-Anfragen bei bestimmten Stillständen an Drittsysteme gesendet werden. Zum Beispiel gelangen so Informationen über Mengen oder Hübe für die Wartungsplanung an Maintenance-Systeme.

Ein Expertenbeitrag im Auftrag der maintenance Dortmund.

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