DE102007029248A1

DE102007029248A1 - Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder Anlagekomponenten

Info

Publication number: DE102007029248A1
Application number: DE200710029248
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr.-Ing. Horch
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren - und eine zur Durchführung geeignete Einrichtung - zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen, wobei die Vorhersage-Daten mittels wenigstens eines physikalischen oder mathematischen Modells (2.1...2.n) zunächst unter Zugrundelegung von Auslegungsdaten (1) ermittelt werden und anschließend während des Maschinen- oder Anlagenbetriebs die Vorhersage-Daten durch wenigstens eine Wiederholung des Ermittlungsvorgangs aktualisiert werden. Dabei werden aktuelle Prozessinformationen (6), wie Betriebsdaten, Wartungsdaten und Messdaten, berücksichtigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen. Solche Vorhersage-Daten beziehen sich typisch auf die Lebensdauer oder Restlebensdauer verschleißbehafteter Einrichtungen, können sich aber auch auf die Änderung von Eigenschaften beziehen.
Lebensdauer- oder Verschleißvorhersagen werden insbesondere für Kraftwerkskomponenten benötigt, beispielsweise für die Planung von Wartungsintervallen. Zur Ermittlung von Vorhersage-Daten sind sogenannte Offline-Verfahren bekannt, die für passive Anlagenkomponenten, wie Rohre oder Behälter verwendet werden. Neben Auslegungsdaten, wie die Art des Materials, Formen und Materialdicken, werden auch erwartete Prozessbedingungen, wie die Art des Mediums, mit dem die Komponenten in Berührung kommen, Drücke, Temperaturen und dynamische Belastungen in einem Verschleißmodell berücksichtigt. Damit lässt sich beispielsweise die Auswirkung auf und von Korrosion ermitteln.
Außerdem ist eine zweite Vorgehensweise zur Gewinnung von Verschleiß-Vorhersagen bekannt, wobei mittels eines physikalischen oder mathematischen Modells eine Analyse von Online-Messergebnissen durchgeführt wird. Dazu werden Prozessgrößen, wie beispielsweise Temperaturen, Durchflüsse und Drücke, gemessen und mittels deren Analyse Verschleißvorhersagen getroffen, beispielsweise ein zu erwartender Fouling-Grad eines Wärmetauschers. In diese zweite Gruppe gehört auch das klassische Online Condition Monitoring, wie beispielsweise die Vibrationsanalyse mittels Beschleunigungsaufnehmern. Diese Technik ermöglicht Lebensdauervorhersagen meist an rotierendem Equipment.
Die beiden grundsätzlichen Techniken, nämlich Offline- und Online-Verfahren werden entweder nebeneinander oder jeweils ausschließlich genutzt. Damit ist jedoch die komplexe Aufgabe der Lebensdauervorhersage für Maschinen- und Anlagenkomponenten nur in wenigen relativ gut handhabbaren Fällen zufriedenstellend lösbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom dargelegten Stand der Technik ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen anzugeben. Außerdem soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen werden die Vorhersage-Daten mittels wenigstens eines physikalischen oder mathematischen Modells zunächst unter Zugrundelegung von Auslegungsdaten ermittelt, und anschließend während des Maschinen- oder Anlagenbetriebs durch wenigstens eine Wiederholung des Ermittlungsvorgangs aktualisiert, wobei aktuelle Prozessinformationen, wie Betriebsdaten, Wartungsdaten und Messdaten berücksichtigt werden.
Mit der Erfindung wird somit vorgeschlagen, Vorhersage-Daten für wenigstens eine Komponente, die ursprünglich auf der Grundlage von Auslegungsdaten ermittelt wurden, im anschließenden Betrieb der Komponente durch wenigstens einen Aktualisierungsvorgang abzusichern und an die tatsächlichen Prozessbedingungen anzupassen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch eine mehrfach wiederholte oder kontinuierliche Aktualisierung vorgesehen werden. Die zu ermittelnden Vorhersage-Daten beziehen sich typisch auf einen zu erwartenden Lebensdauerverlauf einer verschleißbehafteten Komponente, können sich aber auch auf Änderungen von Eigenschaften, beispielsweise auf eine Leistungsverringerung im Laufe des Betriebs beziehen. Die Aktualisierung wird auf unterschiedliche Weise durchgeführt, beispielsweise durch Anpassung der einem Verschleißmodell zugeführten Auslegungsdaten und Wiederholung der Ermittlung der Vorhersage-Daten oder durch Verknüpfung der ursprünglich ermittelten Vorhersage-Daten mit aktuellen Prozessinformationen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen umfasst wenigstens ein physikalisches oder mathematisches Modell, dem Auslegungsdaten zugeführt sind.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung wenigstens eine Verknüpfungseinrichtung, der die Ergebnisse der einzelnen physikalischen oder mathematischen Modelle zugeführt sind, eine Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung, der Prozessinformationen zugeführt sind, und eine Zusammenführungseinrichtung, der sowohl Ausgangsdaten der Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung, als auch Ausgangsdaten der Verknüpfungseinrichtung zugeführt sind. Die Ausgangsdaten, welche die Zusammenführungseinrichtung bereitstellt sind die zu ermittelnden Vorhersage-Daten.
Die weitere Beschreibung der Erfindung und deren Vorteile sowie deren Ausgestaltungen erfolgt nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnungsfiguren.
Es zeigen:
1 einen beispielhaften Verlauf der Restlebensdauer einer Anlagenkomponente, und
2 eine beispielhafte Datenverarbeitungseinrichtung mit den zur Durchführung einer zweiten Verfahrensvariante geeigneten Funktionseinheiten.
1 zeigt beispielhaft einen von der Zeit t abhängigen Verlauf der Restlebensdauer RLD einer Anlagenkomponente, nämlich einer Rohrleitung, deren mögliche Nutzungsdauer durch Korrosion begrenzt ist. Der mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Verlauf zeigt einen Restlebensdauerverlauf, der unter Einsatz eines Verschleißmodells und auf der Grundlage einer Reihe angenommener Daten ermittelt wurde. Solche Ausgangsdaten beziehen sich auch auf geplante Prozessdaten, wie beispielsweise Temperaturen oder Drücke, die auf den Korrosionsmechanismus Einfluss haben. In 1 ist dargestellt, dass zu einem Zeitpunkt t1 eine Aktualisierung der Vorhersage des weiteren Verlaufs der Restlebensdauer RLD unter Einbezug von aktuellen Prozessdaten durchgeführt ist, wonach sich ein anderer weiterer Verlauf ergeben kann, wie mittels der durchbrochenen Linien angedeutet ist. Beispielsweise kann eine höhere Temperatur – als ursprünglich angenommen – die Restlebensdauer RLD verkürzen. Mittels der vorgeschlagenen Aktualisierung der Vorhersage unter Einbezug aktueller Prozessdaten kann eine genauere und wesentlich sicherere Vorhersage erzielt werden. Es versteht sich, dass beliebig viele Aktualisierungszeitpunkte gewählt werden können, oder auch eine kontinuierliche Aktualisierung.
Die Aktualisierung der Vorhersage wird auf unterschiedliche Weise durchgeführt. Gemäß einer ersten, in der 1 nicht dargestellten Verfahrensvariante werden dem benutzten Verschleißmodell zu den Aktualisierungszeitpunkten – oder kontinuierlich – aktuelle Prozessdaten zugeführt. Solche Prozessdaten können außer Messwerten auch andere Informationen enthalten, wie beispielsweise sonstige Betriebs- und Wartungsdaten.
Eine bevorzugte zweite Verfahrensvariante ist aus 2 ablesbar, die zugleich eine Datenverarbeitungseinrichtung mit den zur Durchführung der zweiten Verfahrensvariante geeigneten Funktionseinheiten zeigt. Auch damit ist sowohl eine kontinuierli che Aktualisierung oder eine Aktualisierung zu bestimmten Zeitpunkten möglich. Die Einrichtung arbeitet mit mehreren physikalischen und/oder mathematischen Modellen 2.1 bis 2.n, auch als Vorhersagemodelle bezeichnet, denen Planungs- oder Auslegungsdaten 1 zugeführt sind. Ergebnisse 3.1 bis 3.n der einzelnen Modelle 2.1 bis 2.n sind einer Verknüpfungseinrichtung 4 zugeführt, mittels der die Einzelergebnisse 3.1 bis 3.n zu einer Gesamtaussage 5 verknüpft werden. Zur Aktualisierung der Vorhersage-Daten sind einer Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung 7 Prozessinformationen 6, wie beispielsweise Betriebsdaten, Wartungsdaten und/oder Messdaten zuführbar. Einer Zusammenführungseinrichtung 8 sind sowohl Ausgangsdaten 9 der Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung 7, als auch Ausgangsdaten der Verknüpfungseinrichtung 4, also die aufgrund der Auslegungsdaten 1 ermittelte Gesamtaussage 5 zugeführt. Die Ausgangsdaten der Zusammenführungseinrichtung 8 sind die zu ermittelnden aktuellen Vorhersage-Daten 9.
Die mit der Erfindung vorgeschlagene Kombination einer Offline- und einer Online-Vorhersage führt vorteilhaft zu genaueren und besser an den tatsächlichen Prozess angepassten Informationen, womit beispielsweise auf einer sicheren Grundlage Wartungsintervalle oder Reparaturmaßnahmen planbar sind.

Claims

Verfahren zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen, wobei a) die Vorhersage-Daten mittels wenigstens eines physikalischen oder mathematischen Modells (2.1...2.n) zunächst unter Zugrundelegung von Auslegungsdaten (1) ermittelt werden, und b) anschließend während des Maschinen- oder Anlagenbetriebs die Vorhersage-Daten durch wenigstens eine Wiederholung des Ermittlungsvorgangs aktualisiert werden, wobei aktuelle Prozessinformationen (6), wie Betriebsdaten, Wartungsdaten und Messdaten berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorhersage-Daten Lebensdauer- oder Restlebensdauer-Daten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorhersage-Daten Eigenschaftsdaten ermittelt werden, insbesondere ein zu erwartender Verlauf der Minderung von Leistung oder Verfügbarkeit.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslegungsdaten Planungsdaten, Stoffdaten und Annahmen enthalten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere physikalische und/oder mathematische Modelle (2.1 bis 2.n) verwendet und die Ergebnisse (3.1 bis 3.n) der einzelnen Modelle (2.1 bis 2.n) zu einer Gesamtaussage (5) verknüpft werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Aktualisierung die Prozessinformationen (6) aufbereitet und verarbeitet, und anschließend mit der ursprünglichen Gesamtaussage (5) zu einer aktualisierten Gesamtaussage (9) verknüpft werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor jeder Wiederholung des Ermittlungsvorgangs die aktuellen Prozessinformationen (6) zur Anpassung der zugrundezulegenden Auslegungsdaten (1) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche Wiederholung des Ermittlungsvorgangs durchgeführt wird.
Einrichtung zur Ermittlung von Vorhersage-Daten für verschleißbehaftete Maschinen oder für Komponenten technischer Anlagen oder für technische Teilanlagen, wobei a) Auslegungsdaten (1) wenigstens einem physikalischen oder mathematischen Modell (2.1 bis 2.n) zugeführt sind, b) Ergebnisse (3.1 bis 3.n) der einzelnen Modelle (2.1 bis 2.n) einer Verknüpfungseinrichtung (4) zugeführt sind, c) Prozessinformationen (6) einer Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung (7) zugeführt sind, d) einer Zusammenführungseinrichtung (8) sowohl Ausgangsdaten der Aufbereitungs- und Verarbeitungseinrichtung (7), als auch Ausgangsdaten (5) der Verknüpfungseinrichtung (4) zugeführt sind, und e) Ausgangsdaten (9) der Zusammenführungseinrichtung (8) die zu ermittelnden Vorhersage-Daten sind.