Prognostics and Health Management (PHM)

Definition von Prognostics and Health Management (PHM)

Prognostics and Health Management (PHM) ist ein Ansatz, der darauf abzielt, den Zustand von Maschinen, Systemen oder Komponenten kontinuierlich zu überwachen und auf dieser Basis Vorhersagen über deren verbleibende Lebensdauer zu treffen. Somit lassen sich Ausfälle frühzeitig erkennen, die verbleibende Lebensdauer von Komponenten vorhersagen und präventive Wartungsmaßnahmen planen. Durch die Anwendung von PHM können Unternehmen ihre Wartungsstrategien optimieren, Ausfallzeiten minimieren und die Lebensdauer ihrer Maschinen und Anlagen verlängern. PHM kombiniert Sensorik, Datenanalyse und maschinelles Lernen, um Anomalien im Betrieb zu erkennen und potenzielle Probleme frühzeitig zu diagnostizieren. Vor allem in Branchen wie der Luftfahrt, Automobilindustrie und Fertigung spielt PHM eine entscheidende Rolle für die Betriebs- und Kosteneffizienz.

Wie funktioniert PHM?

PHM basiert auf drei wesentlichen Komponenten: Zustandsüberwachung, Diagnose und Prognose.

1. Zustandsüberwachung: Dabei werden kontinuierlich Sensordaten von Maschinen oder Systemen erfasst. Diese Daten können Informationen über Temperatur, Vibrationen, Druck, Stromverbrauch oder andere Parameter enthalten, die Aufschluss über den Zustand der überwachten Komponenten geben.
2. Diagnose: Mithilfe von Diagnosealgorithmen werden die erfassten Daten analysiert, um zu erkennen, ob ein Fehler vorliegt oder sich ein Defekt abzeichnet. Hierbei werden sowohl historische Daten als auch aktuelle Zustandsinformationen einbezogen, um Anomalien zu erkennen.
3. Prognose: Die Prognosekomponente nutzt die gewonnenen Daten und Vorhersagemodelle, um die verbleibende Lebensdauer einer Komponente (Remaining Useful Life, RUL) zu berechnen. Auf Basis dieser Informationen können präventive Wartungspläne erstellt werden, um Ausfälle zu vermeiden.

Die Integration dieser drei Schritte ermöglicht es Unternehmen, eine proaktive Wartungsstrategie umzusetzen, die auf Echtzeitinformationen basiert. PHM hilft nicht nur, Ausfälle zu verhindern, sondern auch Wartungsmaßnahmen auf ein Minimum zu reduzieren, indem unnötige Wartungszyklen vermieden werden.

Warum ist PHM wichtig?

PHM ist für Unternehmen von entscheidender Bedeutung, da es erhebliche Vorteile bietet:

• Reduzierung von Ausfallzeiten: Durch die frühzeitige Erkennung potenzieller Probleme kann PHM ungeplante Ausfälle minimieren und so den Produktionsbetrieb aufrechterhalten.
• Kosteneffizienz: Da Wartungsmaßnahmen gezielt geplant werden können, reduzieren sich sowohl die Reparaturkosten als auch die Kosten für Ersatzteile. Zudem wird die Lebensdauer von Maschinen und Anlagen maximiert.
• Erhöhte Sicherheit: PHM hilft, potenziell gefährliche Ausfälle frühzeitig zu erkennen, was in sicherheitskritischen Branchen wie der Luftfahrt oder der Energieversorgung von entscheidender Bedeutung ist.
• Optimierung der Wartungsstrategie: PHM ermöglicht es Unternehmen, von einem reaktiven Wartungsansatz zu einem proaktiven Modell zu wechseln, bei dem Wartungsarbeiten nur dann durchgeführt werden, wenn sie tatsächlich notwendig sind.

Anwendungsbereiche von PHM

PHM findet in zahlreichen Branchen Anwendung, vor allem dort, wo Zuverlässigkeit, Sicherheit und Effizienz im Mittelpunkt stehen:

• Luftfahrt: In der Luftfahrtindustrie spielt PHM eine Schlüsselrolle bei der Überwachung und Wartung von Flugzeugen. Sensoren überwachen den Zustand von Triebwerken, Strukturkomponenten und anderen kritischen Systemen, um Ausfälle während des Flugbetriebs zu vermeiden.
• Automobilindustrie: Moderne Fahrzeuge sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, die den Zustand von Motoren, Bremsen und anderen Systemen überwachen. PHM hilft hier, Wartungen besser zu planen und die Lebensdauer von Fahrzeugkomponenten zu verlängern.
• Fertigung: In der industriellen Produktion ermöglicht PHM die kontinuierliche Überwachung von Maschinen und Anlagen, um den reibungslosen Betrieb sicherzustellen und Stillstandzeiten zu minimieren.
• Energieversorgung: In Kraftwerken und Stromnetzen überwacht PHM kritische Systeme, um Ausfälle in der Energieversorgung zu verhindern und die Sicherheit zu gewährleisten.

Prognostics and Health Management (PHM) – FAQ

1.  Was ist das Ziel von Prognostics and Health Management (PHM)?
   Das Ziel von PHM ist es, ungeplante Ausfälle zu verhindern, indem es frühzeitig Hinweise auf potenzielle Störungen liefert. Dies ermöglicht eine vorausschauende Wartung, bei der Instandhaltungsmaßnahmen nicht mehr rein reaktiv, sondern gezielt geplant und durchgeführt werden können, bevor es zu ernsthaften Problemen kommt.
2. Was ist der Unterschied zwischen PHM und traditioneller Wartung?
   Im Gegensatz zur traditionellen Wartung, die reaktiv oder präventiv auf Basis von Zeitplänen durchgeführt wird, ermöglicht PHM eine vorausschauende Wartung. PHM basiert auf der Echtzeitüberwachung des Systemzustands und ermöglicht es, Wartungsmaßnahmen nur dann durchzuführen, wenn sie wirklich notwendig sind, um Ausfälle zu verhindern.
3. Wie wird die verbleibende Lebensdauer (Remaining Useful Life, RUL) berechnet?
   Die verbleibende Lebensdauer wird mithilfe von Prognosemodellen berechnet, die historische Daten, aktuelle Zustandsdaten und maschinelle Lernalgorithmen kombinieren. Diese Modelle analysieren, wie sich der Zustand eines Systems im Laufe der Zeit verändert, und schätzen, wann ein kritischer Punkt erreicht wird, an dem die Funktion beeinträchtigt sein könnte.
4. Welche Daten werden für PHM benötigt?
   PHM benötigt eine Vielzahl von Daten, darunter Sensordaten (z. B. Temperatur, Vibration, Druck) und historische Betriebsdaten (z. B. frühere Ausfälle, Wartungshistorie). Diese Daten werden gesammelt, analysiert und in Prognosemodelle eingespeist, um den aktuellen Zustand des Systems und dessen zukünftige Leistung zu bewerten.
5. Kann PHM in bestehenden Systemen implementiert werden?
   Ja, PHM kann in viele bestehende Systeme integriert werden, insbesondere in solche, die bereits über Sensoren und Datenerfassungssysteme verfügen. Die Integration von PHM erfordert jedoch möglicherweise die Aufrüstung bestehender Systeme oder die Implementierung zusätzlicher Sensoren, um die erforderlichen Daten zu sammeln.

Fazit:

Prognostics and Health Management (PHM) ist ein leistungsstarker Ansatz zur Überwachung und Vorhersage der Betriebsbereitschaft von Maschinen und Systemen. Mit PHM können Unternehmen die Verfügbarkeit ihrer Systeme maximieren, Ausfallzeiten minimieren und Wartungskosten optimieren. Durch die kontinuierliche Überwachung und die vorausschauende Analyse kritischer Komponenten trägt PHM nicht nur zur Kosteneffizienz, sondern auch zur Betriebssicherheit bei.

Ob in der Luftfahrt, der Automobilindustrie, der Fertigung oder der Energieversorgung – PHM hilft Unternehmen, den Übergang von reaktiven zu proaktiven Wartungsstrategien zu vollziehen und sich so einen Wettbewerbsvorteil zu sichern. Die Integration von PHM ist ein wichtiger Schritt hin zu einem zuverlässigen und sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen in einem zunehmend datengetriebenen Umfeld.