Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2009

Zugl.: Dresden, Techn. Universiẗat, Diss., 2008.

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Der vorliegende 38. Band der Reihe "Leipziger Beiträge zur Informatik" fasst die Ergebnisse der Fachtagung "Betriebsführung und Instandhaltung regenerativer Energieanlagen (BIREA)" am 24. und 25. September 2012 in Leipzig zusammen. Die Fachtagung adressierte aktuelle Herausforderungen der Energiewirtschaft im Allgemeinen und der Branche der Erneuerbaren Energien im Speziellen. Der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch wird sich von derzeit ca. 17 % im Jahre 2020 auf 35% verdoppeln und langfristig bis auf 80% steigen. Mit der wachsenden Bedeutung steigen auch die Anforderungen an die regenerative Energiebranche. Dabei stehen im Vordergrund: a) die Versorgungssicherheit und Netzstabilität, b) sinkende Einspeisevergütungen, c) die Betriebsoptimierung regenerativer Energieanlagen, d) die effiziente Instandhaltung regenerativer Energieanlagen, e) die Vernetzung von Energieerzeugern und -verbrauchern zu virtuellen Kraftwerken, f) Verfügbarkeitsgarantien für Energieanlagen sowie Strom- und Ausfallprognosen. Die Fachtagung fokussierte folgende Themen des Betriebs und der Instandhaltung regenerativer Energieanlagen: a) neuartige Dienstleistungen (z. B. Wirkungsgradanalyse, Ertragsprognosen, Ausfallprognosen), b) Standardisierungsprozesse (z. B. RDS-PP, IEC 61850 / IEC 61400-25), c) die IKT-unterstützte Optimierung (z. B. Lebenslaufakte, Betriebsführung, Instandhaltungsplanung).

Die vorliegende Dissertation soll einen Beitrag für die systematische Einbeziehung der technischen Faktoren Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Instandhaltung (eng. Reliability, Availability, Maintainabiliy; RAM) in die Optimierung von kraftwerkstechnischen Anlagen unter den heutigen Bedingungen der Energieerzeugung liefern. Grundlegende Veränderungen hierbei innerhalb der letzten Jahre haben einen erheblichen Einfluss auf Betrieb und Instandhaltung der Kraftwerke, auf die gestellten Verfügbarkeitsanforderungen sowie auch auf das Entwicklungstempo bei der Einführung neuer Technologien bzw. Komponenten. Die Schwerpunkte der Zielstellung liegen auf folgenden Punkten: · Entwicklung einer Methodik für die systematische Einbeziehung der RAM-Faktoren in die Optimierung; · Untersuchungen zur zustandsorientierten Instandhaltung von Kraftwerksanlagen, deren Hauptkomponenten durch neue bzw. fortschrittliche Technologien gekennzeichnet sind. Die Arbeit geht von dem Ansatz aus, die Optimierung von Kraftwerken als zustandsorientierte Entscheidungsprobleme aufzufassen. Die Charakterisierung des Zustandes von Anlagen und ihrer Komponenten, und damit ihrer Funktionsfähigkeit, wird anhand von RAM-Werten durchgeführt. Dabei werden die technischen Einflüsse auf die Funktionsfähigkeit bei deren Auslegung, deren Minderung bzw. Verlust sowie ihrer Wiederherstellung analysiert und systematisiert. Ein Kernaufgabe dieser Untersuchungen war die Erschließung und Aufbereitung der relevanten Daten und Informationen, um daraus Erkenntnisse für Möglichkeiten und Potentiale der Optimierung von Zuverlässigkeitsstruktur und Instandhaltung zu gewinnen. Es werden daher insbesondere die technischen Gegebenheiten untersucht, d.h. die vorliegenden Schädigungsprozesse, die Verhältnisse zwischen Beanspruchung und Beanspruchbarkeit sowie die Planung der Instandhaltung in Bezug auf Zeitpunkt und Umfang. Die Entwicklung von theoretischen Grundlagen in Form der Kombination von Systemanalyse, Datenauswertung und Optimierungsmodell wird parallel zu praktischen Untersuchungen an Kraftwerksanlagen in Cottbus und Dresden durchgeführt. Neben den technischen Aspekten spielen hierbei auch wirtschaftliche Faktoren eine Rolle. Unsicherheitsfaktoren, welche die Möglichkeit der RAM-Optimierung stark bestimmen, sind sowohl unvollständige Informationen über die an den Komponenten wirklich auftretenden Belastungen und deren Belastbarkeit, als auch die Schwankungen dieser Größen. Für eine hinreichend genaue Zustandsbestimmung anhand der normalerweise über den Betrieb und die Instandhaltung verfügbaren Informationen der betreffenden oder anderer Anlagen, ist demnach die Reproduzierbarkeit verschiedener Aspekte (Betriebsbedingungen, Qualitätssicherung, Instandhaltungsarbeiten etc.) anzustreben. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit von Langzeituntersuchungen zu Schädigungsvorgängen und Parameteränderungen. Die konsequente Überwachung des Betriebsverhaltens ist dazu die Voraussetzung, d.h. eine gründliche Analyse und Quantifizierung des Zustandes, schädigungsbedingter Zustandsveränderungen und der Relevanz bzw. Wirkungsweise von betrieblichen Einflussfaktoren. Die Komplexität moderner Kraftwerksanlagen und der Einsatz von hoch belastbaren, aber auf Veränderungen ihrer Betriebsbedingungen sehr sensibel reagierenden Werkstoffen verlangt auf Hersteller- und Betreiberseite Kenntnis und Erkenntnis über die ursächlichen technischen Zusammenhänge, um Zuverlässigkeit und Instandhaltung nachhaltig als Optimierungspotential erschließen zu können. Deshalb wurde auch untersucht, wie der resultierende hohe Wissensbedarf durch eine entsprechenden Informationsfluss zwischen Hersteller und Betreiber bzw. zwischen den Betreibern gedeckt werden kann.

Die vorliegende Dissertation soll einen Beitrag für die systematische Einbeziehung der technischen Faktoren Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Instandhaltung (eng. Reliability, Availability, Maintainabiliy; RAM) in die Optimierung von kraftwerkstechnischen Anlagen unter den heutigen Bedingungen der Energieerzeugung liefern. Grundlegende Veränderungen hierbei innerhalb der letzten Jahre haben einen erheblichen Einfluss auf Betrieb und Instandhaltung der Kraftwerke, auf die gestellten Verfügbarkeitsanforderungen sowie auch auf das Entwicklungstempo bei der Einführung neuer Technologien bzw. Komponenten. Die Schwerpunkte der Zielstellung liegen auf folgenden Punkten: · Entwicklung einer Methodik für die systematische Einbeziehung der RAM-Faktoren in die Optimierung; · Untersuchungen zur zustandsorientierten Instandhaltung von Kraftwerksanlagen, deren Hauptkomponenten durch neue bzw. fortschrittliche Technologien gekennzeichnet sind. Die Arbeit geht von dem Ansatz aus, die Optimierung von Kraftwerken als zustandsorientierte Entscheidungsprobleme aufzufassen. Die Charakterisierung des Zustandes von Anlagen und ihrer Komponenten, und damit ihrer Funktionsfähigkeit, wird anhand von RAM-Werten durchgeführt. Dabei werden die technischen Einflüsse auf die Funktionsfähigkeit bei deren Auslegung, deren Minderung bzw. Verlust sowie ihrer Wiederherstellung analysiert und systematisiert. Ein Kernaufgabe dieser Untersuchungen war die Erschließung und Aufbereitung der relevanten Daten und Informationen, um daraus Erkenntnisse für Möglichkeiten und Potentiale der Optimierung von Zuverlässigkeitsstruktur und Instandhaltung zu gewinnen. Es werden daher insbesondere die technischen Gegebenheiten untersucht, d.h. die vorliegenden Schädigungsprozesse, die Verhältnisse zwischen Beanspruchung und Beanspruchbarkeit sowie die Planung der Instandhaltung in Bezug auf Zeitpunkt und Umfang. Die Entwicklung von theoretischen Grundlagen in Form der Kombination von Systemanalyse, Datenauswertung und Optimierungsmodell wird parallel zu praktischen Untersuchungen an Kraftwerksanlagen in Cottbus und Dresden durchgeführt. Neben den technischen Aspekten spielen hierbei auch wirtschaftliche Faktoren eine Rolle. Unsicherheitsfaktoren, welche die Möglichkeit der RAM-Optimierung stark bestimmen, sind sowohl unvollständige Informationen über die an den Komponenten wirklich auftretenden Belastungen und deren Belastbarkeit, als auch die Schwankungen dieser Größen. Für eine hinreichend genaue Zustandsbestimmung anhand der normalerweise über den Betrieb und die Instandhaltung verfügbaren Informationen der betreffenden oder anderer Anlagen, ist demnach die Reproduzierbarkeit verschiedener Aspekte (Betriebsbedingungen, Qualitätssicherung, Instandhaltungsarbeiten etc.) anzustreben. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit von Langzeituntersuchungen zu Schädigungsvorgängen und Parameteränderungen. Die konsequente Überwachung des Betriebsverhaltens ist dazu die Voraussetzung, d.h. eine gründliche Analyse und Quantifizierung des Zustandes, schädigungsbedingter Zustandsveränderungen und der Relevanz bzw. Wirkungsweise von betrieblichen Einflussfaktoren. Die Komplexität moderner Kraftwerksanlagen und der Einsatz von hoch belastbaren, aber auf Veränderungen ihrer Betriebsbedingungen sehr sensibel reagierenden Werkstoffen verlangt auf Hersteller- und Betreiberseite Kenntnis und Erkenntnis über die ursächlichen technischen Zusammenhänge, um Zuverlässigkeit und Instandhaltung nachhaltig als Optimierungspotential erschließen zu können. Deshalb wurde auch untersucht, wie der resultierende hohe Wissensbedarf durch eine entsprechenden Informationsfluss zwischen Hersteller und Betreiber bzw. zwischen den Betreibern gedeckt werden kann.

Werkzeugmaschinen besitzen als Produktionsmittel einen wesentlichen Anteil an der Gesamtheit der industriellen Produktion. Als Investitionsgut muss eine hohe Verfügbarkeit und lange Lebensdauer erzielt werden, die durch einen optimalen Instandhaltungsprozess abgesichert werden muss. Durch die immer höheren Anforderungen an die Produktion neuer Produkte werden Werkzeugmaschinen jedoch komplexer und individueller, das zu aufwendigeren und komplizierteren Instandhaltungsprozessen führt. Dazu muss der Instandhalter komplexere Tätigkeiten ausführen, die Spezialwissen verlangen und höheres Potenzial für Fehler besitzen. Zur Verbesserung des Instandhaltungsprozesses werden neben der technischen Dokumentation der Werkzeugmaschine neue digitale Methoden, wie die Augmented Reality (AR), eingesetzt. Dabei entstehen neue Problemfelder, da entsprechend viel Fachwissen des Instandhaltungsplaners erforderlich ist, der Einsatz der neuen Technologie eine hohe Komplexität aufweist und der Planungsprozess einen erheblichen Aufwand zur individuellen Anpassung an die jeweilige Werkzeugmaschine erfordert. In dieser Arbeit werden der Instandhaltungsplanungsprozess von Werkzeugmaschinen unter Nutzung der AR-Technologie analysiert und neue Methoden und Konzepte zur Integration verschiedener AR-Komponenten sowie Unternehmenssysteme und -daten in den Planungsprozess entwickelt, die anhand verschiedener Instandhaltungsszenarien verifiziert werden.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation zur Anwendung der Augmented Reality bei der Instandhaltung von Werkzeugmaschinen 1.2 Problemstellung des Einsatzes der Augmented Reality bei der Instandhaltung von Werkzeugmaschinen 2 Stand der Technik 2.1 Instandhaltung von Werkzeugmaschinen 2.1.1 Die Werkzeugmaschine als Instandhaltungsobjekt 2.1.2 Begriff der Instandhaltung 2.1.3 Maßnahmen zur Instandhaltung 2.1.4 Technische Dokumentation für die Instandhaltung 2.1.5 Diskussion bestehender technischer Dokumentationsformen 2.2 Augmented Reality 2.2.1 Entwicklung der Augmented Reality 2.2.2 Merkmale der Augmented Reality 2.2.3 Hard- und Software-Komponenten der Augmented Reality 2.2.4 Technische Anwendungsgebiete der Augmented Reality 2.2.5 Frameworks für Augmented-Reality-Anwendungen 2.2.6 Erstellungskonzepte für Augmented-Reality-Anwendungen 2.3 Augmented Reality in der Instandhaltung von Werkzeugmaschinen 2.3.1 Vorteile der Nutzung von Augmented Reality in der Instandhaltung 2.3.2 Augmented-Reality-Nutzungskonzepte für die Instandhaltung 2.3.3 Augmented-Reality-Erstellungskonzepte für die Instandhaltung 2.3.4 Diskussion bestehender Augmented-Reality-Erstellungskonzepte 2.4 Zusammenfassung Stand der Technik 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 3.1 Zielsetzung 3.2 Vorgehensweise 4 Methode zur Integration der Augmented Reality in die Instandhaltung 4.1 Anforderungen an die Augmented-Reality-basierte Instandhaltung 4.1.1 Anforderungen an die Augmented-Reality-Anwendung 4.1.2 Anforderungen an die Augmented-Reality-Komponenten 4.1.3 Anforderungen an die Instandhaltungsdokumentation 4.1.4 Anforderungen an den Instandhaltungsplanungsprozess 4.2 Konzept des Augmented-Reality-Systems zur Instandhaltung 4.2.1 Konzept des Instandhaltungsplanungsprozesses 4.2.2 Konzept des Augmented-Reality-Gesamtsystems 4.3 Integration von Augmented-Reality-Komponenten 4.3.1 Kamerabild 4.3.2 Tracking 4.3.3 Visualisierung 4.3.4 Interaktion 4.4 Integration von Produktionsdaten 4.4.1 CAD-Anwendung 4.4.2 Dokumentationsanwendung für die Instandhaltung 4.4.3 PDM-System 4.5 Integration von Maschinendaten 4.5.1 Manufacturing Execution System 4.5.2 Maschinensteuerung 5 Verifikation der Methode 5.1 Vorgehensweise der Verifikation 5.2 Definition der Instandhaltungsszenarien 5.2.1 Instandhaltungsszenario A: Dreh-Fräs-Bearbeitungszentrum 5.2.2 Instandhaltungsszenario B: Drahtziehmaschine 5.3 Anwendung der Methode auf die Instandhaltungsszenarien 5.3.1 Instandhaltungsszenario A: Dreh-Fräs-Bearbeitungszentrum 5.3.2 Instandhaltungsszenario B: Drahtziehmaschine 5.4 Auswertung der Methode 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Zusammenfassung 6.2 Ausblick Literaturverzeichnis

Zugl.: Regensburg, Univ., Diss., 2007

Methoden zur Steigerung der Effektivität, Produktivität oder Zuverlässigkeit von Fertigungsanlagen werden bislang systematisch unvollständig angewendet. In der vorliegenden Arbeit werden bekannte Methoden in ihrer Wirkung auf die Prozesszuverlässigkeit hin untersucht. Grundsätzlich wird dabei das Fertigungssystem als sozio-technisches System im Sinne des MTO-Ansatzes (Mensch-Technik-Organisation) betrachtet und die Methoden auf die einzelnen Systemelemente angewendet. Die Prozesszuverlässigkeit wird in den Dimensionen Verfügbarkeit, Leistungs- und Qualitätsgrad betrachtet. Die aus der Analyse der Methoden abgeleiteten Standardabläufe beziehen sich auf die beiden Lebensphasen der Fertigungsanlage - Entwicklung- und Betriebsphase - in welchen die Prozesszuverlässigkeit maßgeblich bestimmt wird bzw. von besonderer Bedeutung ist. Die Akquise von Zustandsinformationen ist zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit von zentraler Bedeutung. Der Nutzen und die Wirksamkeit werden am Beispiel einer permanenten, vorausschauenden Zustandsüberwachung nachgewiesen.

Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2006