Betrachtung der Instandhaltung der mechanischen Fertigung eines Automobilmotorenherstellers unter Berücksichtigung von Industrie 4.0

Abstract

In der hier vorliegenden Arbeit wird das aktuelle Thema Industrie 4.0 aufgegriffen und auf Einsatzmöglichkeiten in der Instandhaltung von Fertigungsbetrieben überprüft. In diesem Zusammenhang fallen oftmals die Begriffe &Smart Maintenance" oder "Instandhaltung 4.0". Im ersten Teil der Arbeit erfolgt eine Betrachtung aus theoretischer Sicht. Dabei wird zunächst auf grundlegende und aktuelle Begriffe in diesem Themengebiet eingegangen. In weiterer Folge wird der Stand der Technik beleuchtet und auch auf aktuelle Forschungsprojekte referenziert. Damit soll ein Überblick darüber gegeben werden, welche Thematiken gerade von Forschungs- aber auch von Industrieseite her im Fokus stehen, welche Ziele und Ergebnisse daraus erwartet werden und in welche Richtung sich Trends in diesem Bereich entwickeln. Der Praxisteil wird bei der BMW Motoren GmbH in Steyr verfasst. Er befasst sich im Wesentlichen mit drei Hauptthemengebieten. Für diese wird eine systematische Vorgehensweise definiert, um die entsprechenden Ziele zu erreichen. Zur Einführung wird auf die Maschinendatenerfassung eingegangen. Hierbei werden die erfassten Daten bewertet und in weiterer Folge Maßnahmen abgeleitet, welche die Auswertung dieser erleichtern und gleichzeitig die Datenqualität erhöhen sollen. Der größte praktische Teil beschäftigt sich mit einem, von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft geförderten, Forschungsprojekt. Dabei erfolgt eine strukturierte Maschinenbewertung und die Suche nach Einsatzmöglichkeiten von Condition Monitoring (CM) bei Maschinen mit hoher Priorität. In weiterer Folge wird eine Maschine (Bandfinishen) mit einem Störungsbild ausgewählt (Bandriss). Weiters werden die Einsatzmöglichkeiten einer Zustandsüberwachung überprüft und entsprechende Konzepte entwickelt. Nach der Bewertung von diesen wird ein Konzept ausgewählt, wirtschaftlich bewertet und die Implementierung vorbereitet. Die tatsächliche Implementierung erfolgt zeitlich gesehen nach Abschluss des Praxisteils dieser Arbeit und findet daher keine Beachtung. Es wird aber ein Ausblick gegeben. Angemerkt werden soll auch, dass bei der Betrachtung des ausgewählten Störbildes mehrere Ursachen ermittelt worden sind, die zwar nicht für CM geeignet scheinen. Jedoch werden für diese, im Sinne einer ganzheitlichen Problemlösung, auch Problemlösungsmaßnahmen abgeleitet. Im dritten Praxiskapitel werden die Maschinen auf einer Fertigungslinie dahingehend untersucht, ob die technische Verfügbarkeit mit steigender Temperatur abnimmt. Damit wird überprüft, ob ein automatisch arbeitendes System implementierbar ist, das zukünftig entsprechende Maschinen herausfiltert, bzw. was dazu notwendig wäre. Abschließend wird ein Resümee gezogen und ein Ausblick gegeben.

In this thesis, the current topic "Industrie 4.0" or "Internet of Things"/"cyber-physical-systems" in English is selected and analyzed in terms of its suitability for applications in maintenance-processes of production plants. The terms "Instandhaltung 4.0" or "Smart Maintenance" are frequently used in this context. In the first part, the focus lies on the theoretical perspective by specifying basic and present expressions regarding this topic. Furthermore, the state of the art is analyzed and current research projects are reviewed. The goal is to give the reader an overview about researches and developments on which research institutes as well as the industry of high-tech companies are currently focusing on. Also the expected outputs and how present trends can improve the industries from today are examined. The practical part has been performed at BMW Motoren GmbH in Steyr and can be classified in three main topics. The target is to define a systematic method that ensures the achievement of the set objectives. As an introduction for this part, the machine data collection is provided. The collected data is evaluated and measures for easing data analytics and increasing the data quality are defined. The main practical part is about a research project that is funded by the Austrian Research Promotion Agency. A structured machine evaluation and the search for a purpose of condition monitoring for machines with a high priority is done. A machine is picked (tape finishing machine), a machine failure reason with high potential for condition monitoring (tape rip off) is selected, and concepts are developed. These concepts are assessed both technically and economically and the implementation is prepared. The actual implementation is not part of this work and will be done after the completion of the practical part of this thesis. Afterwards an outlook is given. Many subcauses for the tape rip off problem are not suitable for condition monitoring. Nevertheless, also for these causes actions are defined and rated. The third practical chapter evaluates whether the technical availability decreases with an increasing temperature. This investigation aims to answer the question concerning the feasibility of an implementation of a system that can find such machines automatically, and if not, the necessary measures to make it possible. Finally, a resume and an outlook finish the thesis.