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Title:
METHOD AND SYSTEM FOR OPTIMIZING SERVICING OF INDUSTRIAL MACHINES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/170392
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a computer-implemented method for numerically optimizing service intervals for at least one component of an industrial machine (IM1,IM2, IM3), wherein the component is exposed to a time-dependent load, wherein A) the failure behaviour is described by a failure rate, wherein the failure rate is in the form of a function of a load integral; B) failure rate measurement data of the component are provided for at least one predefined load; C) the function is defined by means of fitting of the failure rate measurement data; D) the load integral is calculated; E) the failure behaviour is calculated on the basis of the predefined function and the calculated load integral; F) the calculated failure behaviour is taken as a basis for calculating at least one optimized service interval.

Inventors:
SCHNITTGER JENS (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/053060
Publication Date:
September 02, 2021
Filing Date:
February 09, 2021
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G06Q10/06; G06Q10/00; G06Q10/04
Domestic Patent References:
WO2017106919A12017-06-29
WO2013141797A22013-09-26
Foreign References:
US20180240080A12018-08-23
US20160282231A12016-09-29
US20080228314A12008-09-18
EP3483803A12019-05-15
EP2538376A12012-12-26
US20170103782A12017-04-13
CN108710946A2018-10-26
US20090259507A12009-10-15
US20060036344A12006-02-16
EP3155490A12017-04-19
US20190179299A12019-06-13
US20190196430A12019-06-27
US20090132321A12009-05-21
Other References:
TANG YONG: "PhD thesis", 2004, NATIONAL UNIVERSITY OF SINGAPORE, article "Extended Weibull distributions in reliability engineering"
JEAN-CLAUDE FRANCASTEL: "Dunod, L'Usine Nouvelle", 2009, article "Ingenierie de la maintenance: De la conception ä 1 'exploitation d'un bien"
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Claims:
Patentansprüche

1. Computerimplementiertes Verfahren zur numerischen Optimie rung von Wartungsintervallen mindestens einer Komponente ei ner industriellen Maschine (IM1,IM2,IM3), wobei

A) das Ausfallverhalten der mindestens einen Komponente durch eine Ausfallrate beschrieben wird, wobei die Aus fallrate als eine Funktion von einem Belastungsintegral ausgebildet ist;

B) Ausfallratemessdaten der mindestens einen Komponente für wenigstens eine vorgegebene Last bereitgestellt werden;

C) die Funktion mittels Fittens der Ausfallratemessdaten festgelegt wird;

D) das Belastungsintegral anhand einer für Zukunft geplanten während des Betriebs der Komponente variierenden Belas tung der mindestens einen Komponente berechnet wird;

E) das Ausfallverhalten anhand der festgelegten Funktion und des berechneten Belastungsintegrals berechnet wird;

F) anhand des berechneten Ausfallverhaltens wenigstens ein Wartungsintervall berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Last eine konstante oder eine stückweise konstante Last ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausfallrate messdaten der Komponente für zwei oder mehr vorgegebene, vor zugsweise unterschiedliche Lasten bereitgestellt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Funktion als eine mindestens einparametrige Familie von vor zugsweise stetigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen ausgebil det ist, insbesondere als eine mehrparametrige, beispielswei se dreiparametrige modifizierte Weibull-Verteilung ausgebil det ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei dem Festlegen der Funktion mittels Fittens der Ausfallratemessda- ten, die Parameter der Funktion mittels der Maximum- Likelihood-Methode ermittelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Be lastungsintegral aus einem Arbeitsplan der industriellen Ma schine berechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die War tungsintervalle prädiktive Instandhaltungsintervalle sind, insbesondere kostenoptimierte präventive Instandhaltungsin tervalle sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei

G) für das wenigstens eine optimierte Wartungsintervall wei tere Ausfallratemessungen durchgeführt werden, um weitere Ausfallratemessdaten zu erhalten, und E) die Schritte A bis F wiederholt werden, wobei die Ausfall ratemessdaten in Schritt A zusätzlich die weiteren Aus fallratemessdaten umfassen.

9. Verfahren zum Warten mindestens einer Komponente einer in dustriellen Maschine (IM1,IM2,IM3), wobei für die mindestens eine Komponente der industriellen Maschine wenigstens ein, vorzugsweise mehrere, insbesondere alle Wartungsintervalle nach einem der Ansprüche 1 bis 8 optimiert werden und die mindestens eine Komponente gemäß den optimierten Wartungsin tervallen gewartet wird, wobei beispielsweise das Erreichen des Endes des Wartungsintervalls an einen Benutzer der in dustriellen Maschine, insbesondere in Form einer Warnung, signalisiert wird und/oder beim Überschreiten des Wartungsin tervalls die zumindest eine Komponente und/oder die industri elle Maschine abgeschaltet wird.

10. Datenverarbeitungssystem, umfassend Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

11. System umfassend mindestens eine industrielle Maschine

(IM1,IM2,IM3) mit mindestens einer Komponente und ein Daten- verarbeitungssystem nach Anspruch 10, wobei das Datenverar- beitungssystem (DVS) dazu eingerichtet ist, mit der mindes tens einen industriellen Maschine Daten (IM1,IM2,IM3) auszu tauschen, um insbesondere Ausfallratemessdaten der Komponente für wenigstens eine vorgegebene Last zu erheben und die opti mierten Wartungsintervalle an der industriellen Maschine (IM1,IM2,IM3) zu implementieren.

12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausfüh- rung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.

13. Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerpro- gramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.

14. Datenträgersignal, das das Computerprogramm nach Anspruch 12 überträgt.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Systeme zum Optimieren von Wartung industriel ler Maschinen

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur numerischen Optimierung von Wartungsintervallen mindes tens einer Komponente einer industriellen Maschine.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Warten mindes tens einer Komponente einer industriellen Maschine gemäß den Wartungsintervallen, die mittels des genannten Optimierungs verfahrens ermittelt wurden.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Datenverarbeitungssystem, umfassend Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens zur numerischen Optimierung von Wartungsintervallen der oben genannten Art.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System umfassend mindestens eine industrielle Maschine mit mindestens einer Komponente und ein Datenverarbeitungssystem der oben genann ten Art.

Obendrein betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, umfas send Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ei nen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens der oben genannten Art auszuführen, sowie einen computerles baren Datenträger, auf dem ein solches Computerprogramm ge speichert ist, und ein Datenträgersignal, das das Computer programm der oben genannten Art überträgt.

Aktuell wird bei Wartung von industriellen Maschinen angenom men, dass die Belastung zeitunabhängig ist. Für eine konstan te vorgegebene Belastung kann anhand experimenteller Statis tik oder Konstruktionsinformationen eine Wartungsfrequenz ausgerechnet werden. Oft wird eine maximale Stundenanzahl an gegeben, die die Komponente der industriellen Maschine bezie- hungsweise die industrielle Maschine bei der vorgenannten konstanten Last ohne Wartung benutzt werden darf.

Ein Nachteil einer solchen Wartungsplanung besteht darin, dass die Abnutzung wesentlich von der Belastung abhängt, un ter der sich die Komponente beziehungsweise die industrielle Maschine befindet. Diese Belastung kann allerdings von einem konkreten Nutzungsszenario abhängen und mit der Zeit variie ren. Daher kann die Annahme einer konstanten Belastung (Mo mentanbelastung) zu einer erheblichen Über- beziehungsweise Unterschätzung der Wartungsintervalle führen. Dies wiederum kann zu einer erhöhten Ausfallrate oder zu erhöhten Wartungs kosten führen.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, dass die Ausfall rate durch lastunabhängiges Altern und durch lastabhängigen Verschleiß bestimmt wird. Heuristische Ausfallratenverteilun gen, wie z.B. Weibull-Statistiken, können zum Modellieren dieses komplizierten Verhaltens benutzt werden. Dabei werden die Parameter der Ausfallratenverteilungen anhand in der Ver gangenheit, bei einer vorgegebenen konstanten Belastung erho benen Ausfallstatistik ermittelt und nach dem Ermitteln nicht mehr verändert. Dies führt dazu, dass die auf diese Art und Weise ermittelten Ausfallratenverteilungen nur für diese vor gegebene konstante Belastung gelten. Wird nun die Auslastung der industriellen Maschine verändert, führt dies wiederum entweder zu vermehrten Ausfällen und kostspieligen Stillstän den oder zu erhöhten Wartungskosten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nutzung der industriellen Maschinen effizienter zu gestalten und gleichzeitig ihre Instandhaltungskosten zu senken.

Die Aufgabe wird mit einem computerimplementierten Verfahren der oben genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass A) das (zukünftige bzw. prognostizierte) Ausfallverhalten der mindestens einen Komponente durch eine Ausfallrate pf (t \ S) beschrieben wird („S" für „survival" engl.; t ist die Zeit), wobei die Ausfallrate als eine Funktion / von einem Belastungsintegral L (t) ausgebildet ist;

B) Ausfallratemessdaten der mindestens einen Komponente für wenigstens eine vorgegebene Last bereitgestellt werden;

C) die Funktion mittels Anpassung beziehungsweise mittels Fittens der Ausfallratemessdaten festgelegt wird;

D) das Belastungsintegral anhand einer für Zukunft geplanten im Betrieb der Komponente variierenden Belastung der min destens einen Komponente berechnet wird;

E) das (zukünftige bzw. prognostizierte) Ausfallverhalten (Statistik) anhand der festgelegten Funktion und des be rechneten Belastungsintegrals berechnet wird;

F) anhand des (für die Zukunft) berechneten Ausfallverhaltens wenigstens ein Wartungsintervall berechnet wird.

Schritt A) kann als Festlegung eines Rahmens angesehen wer den, welcher im weiteren Verfahren verwendet wird. Um das prognostizierte Ausfallverhalten zu berechnen, müssen in den weiteren Schritten die Funktion und das Belastungsintegral bestimmt werden.

In Schritten B) und C) wird die Funktion anhand der (histori schen) Ausfallratemessdaten festgelegt, die bei einer vorge gebenen, beispielsweise konstanten oder stückweise konstanten Last aufgenommen wurden.

In Schritt D) wird das Belastungsintegral anhand der in Zu kunft gerichteten auf die zumindest eine Komponente bezogenen Belastungsdaten berechnet. Dabei wird angenommen, dass die Komponente künftig unter einer (mit der Zeit) variierenden Belastung betrieben wird.

Dadurch, dass in Schritt E) eine Ausfallstatistik anhand des mithilfe der in Zukunft gerichteten auf die zumindest eine Komponente bezogenen Belastungsdaten berechneten Belastungs integrals berechnet wird, findet eine Optimierung des War tungsintervalls statt, das aufgrund dieser (in Zukunft ge richteten) Ausfallstatistik bestimmt wird. Unter der Ausfallratemessdaten der Komponente für eine vorge gebene Last werden jene Messdaten verstanden, die durch Mes sen der Ausfallrate der Komponente bei der vorgegebenen Last erhalten werden können. Oft ergeben solche Ausfallmessungen eine Ausfallwahrscheinlichkeit mit einem badewannenförmigen Profil.

Unter der Anpassung/Fitten der Ausfallratemessdaten wird da bei eine Ausgleichsrechnung, beispielsweise Regression, Maxi mum Likelihood, etc., für Ausfallratemessungsdaten verstan den.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Belastungsintegral ein Integral einer Lastfunktion - auch Momentanlast oder Momentanbelastung genannt - über die Zeit verstanden.

Die Ausfallrate pf (t \ S) hängt definitorisch mit der Überle bensfunktion ps (t) zusammen („S" für „survival" engl.) wie folgt:

Die Relation zur Ausfallwahrscheinlichkeitsdichte p/ ( t) (mit ist gegeben durch

Pf = p f (t\S)p s (t) ( 2 )

Die Ausfallrate in Schritt A des vorgenannten Verfahrens ist durch folgende Gleichung gegeben:

Dabei ist die Funktion / eine feste aber beliebige Funktion, die (nichtnegative) reelle Werte annimmt. Eine derartige Abhängigkeit der Ausfallrate von dem Belas tungsintegral entspricht jenen Situationen, bei denen die Ausfallwahrscheinlichkeit durch den Verschleißzustand be stimmt ist, wobei der Verschleißzustand selbst durch die ku mulierte Last bestimmt wird. Der Begriff des Verschleißzu stands ist dabei in einem sehr allgemeinen Sinne zu verste hen, wo z.B. auch eine lastunabhängige Alterung subsummiert ist.

Es ist durchaus denkbar, dass das Belastungsintegral L(t) ein Vektor ist. Wenn L(t) ein Vektor ist, bedeutet das, dass ver schiedene „lastartige" Kriterien zunächst getrennt berück sichtigt werden können, wobei unterschiedliche Komponenten des L(t)-Vektors unterschiedlichen Kriterien, z.B. bei einem Motor abgefordertes Drehmoment und Drehzahl, beschreiben kön nen.

Der Einfachheit halber wird nachstehend der Fall der skalaren Last erörtert, wobei die nachstehenden Darlegungen ihre An wendung auf den allgemeinen Fall einer vektoriellen Last mu- tatis mutandis finden.

Oft wird die Situation vorliegen, dass eine vorgegebene vek torielle kumulierte Last (L(t) ) mit Hilfe physikalischer Be trachtungen durch eine schon bekannte Funktion in eine skala re kumulierte Last L(t) (genauer: in einen sich aus allen Lastkomponenten zusammen ergebenden Verschleißzustand) trans formiert werden kann. In diesem Fall kann bei dem Belastungs integral L(t) in Gleichung (3) weiterhin von einer skalaren Funktion ausgegangen werden.

Eine besonders schnelle Anpassung/Fitten kann ermöglicht wer den, wenn die wenigstens eine Last eine konstante oder eine stückweise konstante Last ist.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Last" beziehungsweise „Lastfunktion" eine momentane Last verstanden - auch bekannt als Momentanlast oder Momen- tanbelastung. Im Gegensatz dazu bezeichnet der Begriff kumu lierte Last, oder Belastungsintegral, eine über die Zeit in tegrierte Momentanbelastung. Z.B. ergibt sich bei einer kon stanten Last 1 für das Belastungsintegral das Ergebnis 1 *t, genauso sind aber z.B. periodische Lastfunktionen denkbar.

Hinsichtlich der Genauigkeit der Anpassung kann es zweckdien lich sein, wenn die Ausfallratemessdaten der Komponente für zwei oder mehr vorgegebene, vorzugsweise unterschiedliche Lasten bereitgestellt werden. Es können z.B. unterschiedliche konstante Lasten sein.

Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Funktion /(x) als eine mindestens einparametrige Familie von vorzugsweise stetigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen ausge bildet ist, insbesondere als eine mehrparametrige, beispiels weise dreiparametrige modifizierte Weibull-Verteilung ausge bildet ist

Die dreiparametrige modifizierte Weibull-Verteilung ist gege ben durch eine Ausfallrate der Form (siehe "Extended Weibull distributions in reliability engineering", Tang Yong, Natio nal University of Singapore, PhD thesis 2004. http://scholarbank .nus.sg/bitstream/handle/10635/14186/TangY. pdf?sequence=l) f(x) = a'(b' + l' x) (4)

In der direkten Anwendung von Gl. (4) - d.h. ohne deren An passung für nichtkonstante Lastverläufe - für die Beschrei bung von Ausfallraten entspricht x der Zeit und ist aus dem Stand der Technik bekannt (siehe zitierte Doktorarbeit).

Erfindungsgemäß ist die Ausfallrate als eine Funktion / von einem Belastungsintegral L ( t) ausgebildet (siehe Gl. (3)), sodass bei dem beschriebenen Beispiel, in dem die Funktion / als die dreiparametrige modifizierte Weibull-Verteilung nach Gleichung (4) ausgebildet ist, x der kumulierten Last L(t) gleich ist.

Die in Gleichung (4) dargestellte Funktion beschreibt sehr gut die Ausfallwahrscheinlichkeiten bzw. Ausfallraten, die bei einer konstanten Last 1 aufgenommen wurden (solche Aus fallratemessdaten können beispielsweise einen badewannenför migen Verlauf aufweisen). In diesem Fall ergibt sich und a' ;= al~ b+1 , b 1 : — b, l' := l/l .

Dabei sind die Parameter a, b und l lastenabhängig gemäß der angegebenen Formel, wogegen a , b'und l'unabhängig von 1 sind; ihre Werte können bei dem Fitten an die konkreten Mess daten ermittelt werden.

Somit kann bei einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass beim Festlegen der Funktion /(x) durch Fitten der Ausfall ratemessdaten, die Parameter der Funktion /(x) mittels der Maximum-Likelihood-Methode ermittelt werden.

Das Belastungsintegral beziehungsweise die Lastfunktion kann beispielsweise einen Degradationszustand der Komponente der industriellen Maschine definieren. Dabei kann bei der Angabe beziehungsweise bei der Festlegung des Belastungsintegrals oder der Lastfunktion Effekten der Alterung (zu engl, „aging effects"), der Ermüdung, dem Verschleiß etc. Rechnung getra gen werden.

Das Belastungsintegral kann beispielsweise anhand eines bei spielsweise zukünftigen Arbeitsplans der industriellen Ma schine berechnet werden, bei dem die (geplante) Auslastung der Komponente der Maschine beschrieben ist. Sobald die Funktion /(x), wie bereits eingehend beschrieben, anhand historischer Ausfallratemessdaten festgelegt wurde, kann das Belastungsintegral L(t) für die Zukunft berechnet / festgelegt werden und in die Gleichung (3) eingesetzt werden, um die Statistik des Ausfallverhaltens für die Zukunft zu be rechnen und somit die künftigen Ausfallraten prognostizieren zu können.

Anhand dieser Prognose (in die Zukunft berechneten Ausfallra ten) lässt sich nun wenigstens ein Wartungsintervall oder mehrere, vorzugsweise alle Wartungsintervalle für die mindes ten eine Komponente einer industriellen Maschine numerisch optimieren. Dabei können (müssen aber nicht) aus den Ausfall raten je nach Bedarf eine oder mehrere statistische Größen (Parameter) errechnet werden, um basierend auf diesen die op timierten Wartungsintervalle bzw. Wartungsintervalllängen zu berechnen.

Basierend auf optimierten Wartungsintervallen kann die Pro duktion innerhalb einer oder mehreren Industrieanlagen ent sprechend gesteuert/optimiert werden, indem ein Bediener oder ein nachstehend beschriebenes System industrielle Maschine(n) innerhalb der Industrieanlage(n) zu einem gemäß den optimier ten Wartungsintervallen berechneten Zeitpunkt händisch oder automatisch stoppt, worauf dann der Wartungsvorgang folgt.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass typischerweise die Aus fallratemessungen der Komponente, die zu den Ausfallratemess daten führen, - auch beim vorgenannten Verfahren zur numeri schen Optimierung von Wartungsintervallen - bei vorgegebenen Wartungsintervalllängen durchgeführt werden. Beispielsweise können die vorgegebenen (nicht optimierten) Wartungsinter valllängen alle gleich sein - z.B. von dem Hersteller der Komponente festgelegt/vorgeschrieben sein.

Da die berechnete Statistik des Ausfallverhaltens von dem be rechneten, z.B. geplanten, Belastungsintegral abhängt, sind die optimierten Wartungsintervalle lastabhängig. Beispielsweise können die Ausfallratenmessungen bei wenigs tens einer vorgegebenen Last und bei vorgegebenen Wartungsin tervalllängen erhoben werden.

Bei einer Ausführungsform kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die (lastabhängige) Wartungsintervalle präventive In standhaltungsintervalle sind, insbesondere kostenoptimierte präventive Instandhaltungsintervalle sind.

Ein kostenoptimiertes vorbeugendes Wartungsintervall T opt kann beispielsweise mithilfe folgender Gleichung berechnet werden (siehe z.B. „Ingenierie de la maintenance: De la con- ception ä 1 'exploitation d'un bien". Jean-Claude Francastei; Dunod, L'Usine Nouvelle 2009 (2. edition), Kap. 5.3:

Cp und Cu Wartungskosten sind, die bei einem geplanten oder bei einem ungeplanten Wartungsereignis entstehen, und

Da die errechnete Ausfallrate lastabhängig ist, sind die kos- tenoptimierten präventiven Instandhaltungsintervalle eben falls lastabhängig.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Wartungsintervall einer Komponente ein Zeitabstand zwischen Inbetriebnahme der Komponente und der ersten planmä ßigen/vorbeugenden Wartung beziehungsweise zwischen zwei planmäßigen Wartungen verstanden. Dabei ist diese Art Wartung nicht mit einer Reparatur zu verwechseln, da eine Reparatur eine korrigierende Wartung ist. Darüber hinaus kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass G) für das wenigstens eine optimierte Wartungsintervall wei tere Ausfallratemessdaten erhoben werden, und E) die Schritte A bis F wiederholt werden, wobei die Ausfall ratemessdaten in Schritt A zusätzlich die weiteren Aus fallratemessdaten umfassen.

Durch Aufnehmen der Ausfallratemessdaten, die bei den bereits optimierten Wartungsintervalllängen erhoben wurden, als Ein gangs-Ausfallratemessdaten kann die Optimierung der Wartungs intervalllängen sukzessiv weiter verbessert werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem mit einem Verfahren zum Warten mindestens einer Komponente einer industriellen Maschine dadurch gelöst, dass für die mindestens eine Kompo nente der industriellen Maschine wenigstens ein, vorzugsweise mehrere, insbesondere alle Wartungsintervalle wie oben be schrieben optimiert werden und die mindestens eine Komponente gemäß den optimierten Wartungsintervallen gewartet wird.

Es kann dabei zweckdienlich sein, wenn das Erreichen des En des des Wartungsintervalls an einen Bediener der industriel len Maschine, insbesondere in Form einer Warnung, signali siert wird und/oder beim Überschreiten eines optimierten War tungsintervalls (planmäßige Wartung nicht durchgeführt) die zumindest eine Komponente und/oder die industrielle Maschine von einem Bediener oder von einem nachstehend beschriebenen System automatisch abgeschaltet wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem mit einem Datenverar beitungssystem gelöst, welches Mittel zur Ausführung der Schritte des oben beschriebenen computerimplementierten Ver fahrens zur Optimierung von Wartungsintervallen mindestens einer Komponente einer industriellen Maschine umfasst.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem mit einem Computer programm gelöst, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des vorgenannten Verfahrens zur Optimierung von War tungsintervallen auszuführen.

Dieses Computerprogramm kann insofern ein Teil des Datenver arbeitungssystems sein, als es auf einem Computer, z.B. einem Server, des Datenverarbeitungssystems gespeichert sein und ausgeführt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem mit einem System um fassend mindestens eine industrielle Maschine mit mindestens einer Komponente und ein vorhin beschriebenes Datenverarbei tungssystem. Dabei ist das Datenverarbeitungssystem dazu ein gerichtet, mit der mindestens einen industriellen Maschine Daten auszutauschen, um insbesondere Ausfallratemessdaten der Komponente für wenigstens eine vorgegebene Last zu erheben bzw. zu erhalten und die optimierten Wartungsintervalle an der industriellen Maschine zu implementieren.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Sys tem automatisiert ist und beispielsweise dazu eingerichtet ist, beim Überschreiten von Wartungsintervallen (planmäßige Wartung nicht durchgeführt) die entsprechende Komponente und/oder die industrielle Maschine automatisch abzuschalten.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt

FIG 1 eine industrielle Umgebung mit mehreren industriellen Maschinen, deren Wartungsintervalle optimiert werden können, und

FIG 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Optimierung von Wartungsintervallen .

Zunächst wird auf FIG 1 Bezug genommen. FIG 1 zeigt insbeson dere ein Datenverarbeitungssystem DVS, das mit mehreren in dustriellen Maschinen IM1, IM2, IM3 interagiert und Daten austauschen kann. Beispielsweise kann das Datenverarbeitungs- System DVS mehrere Module - beispielsweise ein erstes Ml, ein zweites M2 und ein drittes Modul M3 - umfassen, die jeweils eine Reihe von spezifischen Aufgaben erfüllen können.

An diese Stelle sei angemerkt, dass das Datenverarbeitungs system DVS eine Kombination aus Soft- und Hardware-Komponen ten umfassen kann.

Das erste Modul Ml kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, Daten, z.B. Ausfallratemessdaten von den industriellen Maschinen IM1, IM2, IM3 zu empfangen (Schritt B), diese zu speichern und zu verarbeiten. Beispielsweise kann das erste Modul Ml dazu eingerichtet sein, die Ausfallratemessdaten zu fitten und anhand dieser Rechnung eine Funktion / zu bestim men (Schritt C).

Die Ausfallratemessdaten können einen Verlauf mit einem bade wannenförmigen Profil aufweisen. Dabei kann das erste Modul Ml die badewannenförmigen Kurven mit einer dreiparametrigen modifizierten Weibull-Verteilung fitten und die drei Parame ter a', b' und l' bestimmen, die die dreiparametrige modifi zierte Weibull-Verteilung festlegen. Wie eingangs erwähnt, eignet sich die dreiparametrige modifizierte Weibull-Ver teilung besonders gut für den Fall, wenn Betriebsbedingungen einer konstanten Last oder einer stückweise konstanten Last entsprechen .

Für das Annähern der Ausfallratemessdaten kann es von Vorteil sein, wenn die Ausfallratemessdaten der Komponente für zwei oder mehr vorgegebene, vorzugsweise unterschiedliche Lasten bereitgestellt werden. In diesem Fall kann das Datenverarbei tungssystem DVS - hier mittels des ersten Moduls Ml - die Ge nauigkeit des Ausgleichungsverfahrens, z.B. des Fittens, er höhen, weil mehr Messdaten vorliegen, und beispielsweise die Parameter a', b' und l' genauer bestimmen.

Das zweite Modul M2 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, ein Belastungsintegral L(t), das bei dem Berechnen des Ausfallverhaltens der Komponenten der industriellen Maschinen IM1, IM2, IM3 - also bei Schritt E - verwendet werden sollte, zu berechnen und somit Schritt D auszuführen. Die (künftigen) Arbeitspläne für die Berechnung einer zeitabhängigen Belas tung und des Belastungsintegrals können beispielsweise von dem dritten Modul M3 entworfen und dem zweiten Modul M2 zur Verfügung gestellt bzw. an das zweite Modul M2 übermittelt werden. Das dritte Modul M3 ermittelt dabei Arbeitspläne, z.B. Informationen über den Einsatz der industriellen Maschi nen IM1, IM2, IM3 für die kommende Woche / zwei Wochen / den kommenden Monat. Die Ermittlung der Arbeitspläne kann anhand von vorgegebenen (noch nichtoptimierten) Wartungsintervallen erfolgen. Anschließend sendet das dritte Modul M3 diese (nichtoptimierten) Arbeitspläne an das zweite Modul M2, damit das zweite Modul M2 die zeitabhängige Belastung und das Be lastungsintegral L(t) berechnen kann (Ausführung von Schritt D).

Die Vorschrift, die Ausfallrate pf(t\S) als eine Funktion / von dem Belastungsintegral L(t) zu berechnen, kann beispiels weise in dem zweiten Modul M2 vorliegen, z.B. gespeichert sein. Dabei ist die Funktion / bei der in dem zweiten Modul M2 vorliegenden Vorschrift a priori nicht bekannt (Vorschrift mit einer unbekannten Funktion, die es zunächst festzulegen gilt). Die Funktion / wird in dem vorliegenden Beispiel mit tels des ersten Moduls Ml festgelegt/ermittelt und an das zweite Modul M2, z.B. in Form von drei Parametern a', b' und l', übermittelt. Anschließend kann das zweite Modul M2 Schritt E ausführen und die Ausfallrate pf(t\S) anhand der Funktion / und des Belastungsintegrals L(t) (Gl. (3)) berech nen.

Die Gleichung (3) gilt für beliebige Belastungsintegrale L(t) und somit für beliebige mit der Zeit variierende Betriebsbe dingungen der industriellen Maschinen IM1, IM2, IM3. Anhand des nun berechneten Ausfallverhaltens können Wartungs intervalle optimiert werden (Schritt F). Dies kann beispiels weise mittels des zweiten Moduls M2 ausgeführt werden.

Wie bereits erwähnt, berücksichtigt das dritte Modul M3 beim Entwerfen der Arbeitspläne Wartungsintervalle. Z.B. kann das dritte Modul M3 Arbeitspläne in Abhängigkeit von den opti mierten Wartungsintervallen entwerfen, die das dritte Modul M3 von dem zweiten Modul M2 erhalten (zur Verfügung gestellt bekommen bzw. übermittelt bekommen) kann.

Vorzugsweise ist das dritte Modul M3 ferner dazu eingerich tet, die (anhand der optimierten Wartungsintervalle) entwor fenen Arbeits- bzw. Produktionspläne (inkl. Wartungspläne) umzusetzen, indem es beispielsweise die industriellen Maschi nen IM1, IM2, IM3 entsprechend steuert oder eine entsprechen de Steuerung der industriellen Maschinen IM1, IM2, IM3 veran lasst. Dies kann entweder automatisch oder mithilfe eines Be dieners geschehen.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Module Ml, M2, M3 in Form von einer Hard- oder/und Software vorliegen können, z.B. als Teile eines Softwareprogramms ausgebildet sein können.

Sie können (müssen aber nicht) auch als baulich getrennte Re cheneinheiten ausgebildet sein, die mit Mitteln ausgestattet sind, die zur Durchführung der hier beschriebenen Funktionen konfiguriert sind.

Das Datenverarbeitungssystem DVS kann beispielsweise den Be nutzer der industriellen Maschinen IM1, IM2, IM3 auf eine be vorstehende Wartung aufmerksam machen, indem es z.B. dies dem Benutzer signalisiert. Das Signalisieren kann in Form von sich wiederholender Ton- und/oder Videosignalen ablaufen, wo bei die Frequenz der Signale erhöht werden kann, je näher der bevorstehende Wartungstermin rückt.

Optional können nach dem Umsetzen des optimierten Wartungs plans weitere Ausfallratemessungen durchgeführt werden, um weitere Ausfallratemessdaten zu erhalten (Schritt G). Die weiteren Ausfallratemessdaten können zur Verbesserung der Op timierung dienen, indem die Schritte A bis F wiederholt wer den, wobei die weiteren Ausfallratemessdaten als Teil der Eingangs-Ausfallratemessdaten in Schritt A verwendet werden (Schritt E).

Basierend auf den optimierten Wartungsintervallen kann die Produktion einer beispielsweise automatisierten Industriean lage optimiert werden. Dies kann beispielsweise durch Umset zen von mithilfe von den optimierten Wartungsintervallen er mittelten (optimierten) Arbeitsplänen erfolgen. Das Umsetzen kann z.B. durch ein der Industrieanlage übergeordnetes System automatisch oder mithilfe von Bedienpersonal erfolgen.

FIG 2 zeigt Ablaufdiagramme eines computerimplementierten Verfahrens zur Optimierung von Wartungsintervallen.

Gemäß FIG 2 wird in einem Schritt A das Ausfallverhalten durch eine Ausfallrate beschrieben, wobei die Ausfallrate als eine Funktion von einem Belastungsintegral ausgebildet ist.

Im Schritt B werden Ausfallratemessdaten der Komponente für wenigstens eine vorgegebene Last bereitgestellt. In Schritt C wird die Funktion mittels Fittens der Ausfallratemessdaten festgelegt. In Schritt D wird das (beispielsweise anhand ei nes künftigen Betriebsplans) Belastungsintegral berechnet. In Schritt E wird das Ausfallverhalten anhand der festgelegten Funktion und des berechneten Belastungsintegrals berechnet.

In Schritt F wird ein daraus abgeleitetes optimiertes War tungsintervall berechnet.

Optional können in Schritt G weitere Ausfallratemessungen für das wenigstens eine optimierte Wartungsintervall durchgeführt werden, um weitere Ausfallratemessdaten zu erhalten, wobei in Schritt E die Schritte A bis F wiederholt werden, wobei die Ausfallratemessdaten in Schritt A zusätzlich die weiteren Ausfallratemessdaten umfassen. Zusammenfassend betrifft die Erfindung Verfahren und Systeme, bei den Wartung von Komponenten und somit Wartung einer oder auch mehrerer Industrieanlagen optimiert werden kann. Es ist ersichtlich, dass Abänderungen und/oder Hinzufügungen von Teilen an den zuvor beschriebenen Verfahren und Systemen erfolgen können, ohne dass vom Gebiet und Umfang der vorlie genden Erfindung abgewichen wird. Ebenfalls ersichtlich ist, dass die Erfindung zwar in Bezug auf konkrete Beispiele be- schrieben worden ist, ein Fachmann jedoch sicher in der Lage sein sollte, viele andere entsprechende Formen der Verfahren und der Systeme zu erhalten, die die in den Ansprüchen darge legten Eigenschaften aufweisen und damit alle in den dadurch festgelegten Schutzumfang fallen.

Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich zum bes seren Verständnis der vorliegenden Erfindung und bedeuten auf keinen Fall eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung.