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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Wartungsinformationen
bezüglich
eines zu wartenden Objektes.
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Die
Instandsetzung und Wartung von hochwertigen Anlagegütern ist
ein wichtiger Teilbereich beim Betreiben solcher Anlagen, die mit
unter sehr kostenintensiv sein können.
Für den
sicheren Betrieb solcher Anlagegüter
sind sie jedoch unerlässlich
und notwendig, um auch über
einen längeren
Zeitraum hinweg den sicheren Betrieb der Anlagen gewährleisten
zu können.
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So
ist es beispielsweise für
den sicheren Betrieb des Systems Eisenbahn zwingend erforderlich, dass
sowohl das stehende (streckenseitige) als auch das fahrende (fahrzeugseitige)
Anlagegut in regelmäßigen Abständen gewartet
und instand gehalten wird, um schwere Unfälle oder Ausfälle zu vermeiden.
So kann beispielsweise eine nicht ordnungsgemäß gewartete und instand gehaltene
Eisenbahnweiche im Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu schwersten Unfällen führen. Mit
Blick darauf ist es gerade bei sicherheitskritischen Anlagegütern extrem
erforderlich, den sicheren Betrieb durch regelmäßige Wartungsarbeiten sicherzustellen.
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Solche
notwendigen Wartungs- oder Instandhaltungsarbeiten können dabei
zum Einen regelmäßig in bestimmten
Intervallen erfolgen, so dass nach vorher festgelegten Zeitabschnitten
Wartungsarbeiten durchgeführt
werden. Dieses Vorgehen hat jedoch den entscheidenden Nachteil,
dass durch die starr festgelegten Zeiträume, in denen die Wartungsarbeiten
durchgeführt
werden sollen, der tatsächliche Verschleiß bzw. der
tatsächliche
Bedarf solcher Wartungsmaßnahmen
keine Berücksichtigung
findet. So werden oftmals Wartungsarbeiten durchgeführt, obwohl
diese notwendigerweise aufgrund des noch geringen Verschleißes nicht
erforderlich wären.
Diese aufgrund der starren Zeiträume
bedingten nicht notwendigen Wartungsmaßnahmen binden teilweise erhebliche
Ressourcen innerhalb des Unternehmens, die an anderen Stellen effektiver
eingesetzt werden könnten.
Insoweit ist dieses Vorgehen im höchsten Maße ineffizient.
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Eine
andere Vorgehensweise besteht darin, mit Hilfe von entsprechenden
Diagnosegeräten,
die sich an der Anlage selbst befinden, kontinuierlich den Verschleiß zu ermitteln
und somit den optimalen Zeitpunkt- für eine Instandhaltungs- bzw.
Wartungsmaßnahme
festzustellen. Solche Diagnosegeräte ermitteln bzw. messen dabei
bestimmte Einflussfaktoren, aus denen sich dann der Verschleiß der Anlage
feststellen lässt.
So ist es beispielsweise bekannt, ein solches Diagnosegerät direkt
an eine Eisenbahnweiche zu installieren, wobei das Diagnosegerät kontinuierlich
den Energieverbrauch der Eisenbahnweiche beim Umstellen ermittelt.
Durch entsprechende Veränderungen
des Energieverbrauches kann dann ermittelt werden, wann der Verschleiß einer
Eisenbahnweiche derart fortgeschritten ist, dass entsprechende Instandhaltungs-
bzw. Wartungsmaßnahmen notwendig
werden.
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Die
Verwendung solcher Diagnosegeräte
hat den entscheidenden Vorteil, dass eine Wartungs- bzw. Instandhaltungsmaßnahme erst
dann durchgeführt
wird, wenn sie auch tatsächlich
notwendig ist. Insoweit kann also der Verschwendung von Ressourcen
durch nicht notwendige Instandhaltungsmaßnahmen damit entgegengewirkt
werden. Ein entscheidender Nachteil solcher Geräte ist jedoch die Tatsache,
dass sie an der Anlage selber angeordnet werden müssen, was
einen erheblichen Investitionsbedarf gerade im System Eisenbahn
erfordert. Des Weiteren sind diese Geräte sehr stör- und fehleranfällig, so
dass nicht mit der notwendigen Zuverlässigkeit der Verschlechterungszustand
ermittelt werden kann.
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Mit
Blick auf das Spannungsfeld zwischen starren Instandhaltungsintervallen
und dem Einsatz von kostenintensiven Diagnosesystemen ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren anzugeben,
mit dem eine bedarfsgerechte Wartungsinformation bezüglich eines
Objektes ermittelbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch
Ermitteln eines Zustandverschlechterungsmodells des zu wartenden
Objektes anhand mindestens einer die Zustandsverschlechterung des
Objektes kennzeichnende Einflussgröße und Ermitteln der Wartungsinformationen
in Abhängigkeit
des Zustandsverschlechterungsmodells.
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Dadurch
wird es möglich,
eine Annäherungsweise
bedarfsgerechte Instandhaltung durchzuführen, ohne dabei auf die kostenintensive
Diagnosegeräte
zurückgreifen
zu müssen.
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Dazu
wird zunächst
anhand von Einflussgrößen, welche
die Zustandsverschlechterung kennzeichnen bzw. beeinflussen, ein
Zustandsverschlechterungsmodell ermittelt, dass die Zustandsverschlechterung
des Objektes in Abhängigkeit
der entsprechenden Einflussgrößen modelliert.
Aus diesem Zustandsverschlechterungsmodell des Objektes lässt sich
somit der konkrete Zustand des Objektes über die Zeit derart abbilden,
dass daraus beispielsweise der Verschleiß des Objektes abgelesen werden
kann. Somit kann zu einem bestimmten Zeitpunkt festgestellt werden,
wie weit die Zustandsverschlechterung des Objektes bzw. der Verschleiß fortgeschritten
ist.
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Unter
Verschleiß versteht
man dabei die Abnutzung z. B. durch Masseverlust einer Oberfläche durch
schleifende, rollende, schlagende, kratzende, chemische und thermische
Beanspruchung. Der Begriff „Zustandsverschlechterung” ist jedoch
nicht allein auf diese Definition von Verschleiß einzuschränken, sondern ist vielmehr
unter dem Gesichtspunkt der Instandhaltung derart zu verstehen,
dass darunter jede Beeinträchtigung
des Objektes fällt,
die einer sicheren gattungsgemäßen Benutzung
entgegensteht und entsprechende Wartungsmaßnahmen bzw. Instandhaltungsmaßnahmen
erforderlich macht. Somit ist die Zustandsverschlechterung die Verschlechterung
durch Benutzung des Objektes, ausgehend von seinem Ausgangszustand.
Eine solche Zustandsverschlechterung kann beispielsweise die Abnutzung
eines Verschleißteils
sein, wobei dies zu einer Instandhaltung des Objektes unter einem
Austausch des Verschleißteils
durch ein neues Verschleißteil
führt.
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Aus
diesem beschriebenen Zustandsverschlechterungsmodell des Objektes
kann nunmehr eine Wartungsinformation abgeleitet werden, so dass sich
ein annähernd
bedarfsgerechtes Instandhaltungsmanagement für das entsprechende Objekt
ableiten lässt.
So ist es beispielsweise denkbar, dass aus dem Zustandsverschlechterungsmodell
die Wartungsintervalle bzw. eine Abfolge von Wartungsmaßnahmen
als die ermittelbare Wartungsinformation ableiten lassen, so dass
sich die Wartungsintervalle annähernd
bedarfsgerecht festsetzen lassen. Somit lassen sich für verschiedene
Objekte anhand ihrer speziellen und individuellen Zustandsverschlechterungsmodelle
die entsprechenden Instandhaltungsmaßnahmen bzw. das gesamte Instandhaltungsmanagement
daraus ableiten.
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Darüber hinaus
kann neben der Feststellung der Wartungsintervalle auch eine Abfolge
von Wartungsmaßnahmen
ermittelt werden, die auf das entsprechende Objekt angewendet werden
sollen. So lässt
sich beispielsweise ermitteln, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt
X eine Wartungsmaßnahme
1 fällig
wird, während
zu einem späteren
Zeitpunkt eine vollständige
Instandhaltung des Objektes notwendig wird. Somit lässt sich
bedarfsgerechter die Instandhaltung durchführen.
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Solche
Objekte, deren Wartungsinformationen anhand des erfindungsgemäßen vorliegenden Verfahrens
ermittelt werden sollen, können
beispielsweise fahrzeugseitige oder streckenseitige Eisenbahninfrastrukturelemente
sein. Eisenbahninfrastrukturelemente sind beispielsweise Eisenbahnweichen,
die aufgrund ihrer sicherheitskritischen Auslegung einer speziellen
Instandhaltung und Wartung bedürfen.
Mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens lässt sich nunmehr ein bedarfsgerechtes
Instandhaltungsmanagement für
Eisenbahnweichen ermitteln, so dass insbesondere die hohen Wartungs-
und Instandhaltungskosten reduziert werden können.
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Denkbare
Einflussgrößen, die
die Zustandsverschlechterung des Objektes kennzeichnen bzw. beeinflussen,
können
beispielsweise die Belastung des Objektes, die Lage des Objektes,
der Stromverbrauch bzw. Energieverbrauch des Objektes oder aber
auch meteorologische Einflüsse
wie z. B. Temperatur sein. So kann beispielsweise das Zustandsverschlechterungsmodell
auch abhängig
von der Temperatur die entsprechenden Wartungsinformationen generieren,
beispielsweise derart, dass die Wartungsintervalle im Winter kleiner
sind als im Sommer. Auch müssen
Objekte, die einer größeren Belastung ausgesetzt
sind, häufiger
gewartet werden als Objekte, die nur eine sporadische Belastung
erfahren. Auch die Intensität
der Belastung spielt dabei eine Rolle.
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Des
Weiteren kann bei der Ermittlung des Zustandsverschlechterungsmodells
auch die Qualität des
Objektes hinsichtlich einer oder mehrerer Qualitätskriterien berücksichtigt
werden, da Qualitätskriterien
auch auf den Verschleiß Auswirkungen
haben. So ergeben sich bei gleichen Objekten und gleichen Belastungen
evtl. unterschiedliche Zustandsverschlechterungen aufgrund unterschiedlicher
Verarbeitungsqualitäten.
Solche Qualitätskriterien
können beispielsweise
von den verwendeten Materialien abhängig sein, da unterschiedliche
Materialien auf die Belastungen unterschiedlich reagieren. Auch
die Verarbeitungsqualität
kann dabei mit einfließen.
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Aber
auch andere Kennzeichen der Einflussgrößen, wie z. B. der Energieverbrauch
eines Objektes, können
zur Ermittlung des Zustandsverschlechterungsmodells herangezogen
werden. Dabei eignen sich letztendlich alljene Einflussgrößen, aus
denen sich zumindest mathematisch eine Zustandsbeschreibung des
Objektes herleiten lässt,
so dass sich darüber
hinaus auch die Zustandsverschlechterung ableiten lässt. Das
Zustandsverschlechterungsmodell ist somit die Beschreibung der Zustandsveränderung
unter Beachtung der Einflussgrößen durch
Modellierung eines entsprechenden Zustandsverhaltens. Dabei muss
das Verschleißverhalten
bzw. das Zustandsverschlechterungsverhalten, welches mit dem Zustandsverschlechterungsmodell
modelliert werden soll, mit Hilfe der entsprechenden Einflussgrößen mathematisch
beschreibbar sein, so dass sich eine Abhängigkeit zwischen der Einflussgröße und der
Zustandsverschlechterung des Objektes ergibt.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die die Zustandsverschlechterung
des Objektes kennzeichnenden Einflussgrößen im Vorfeld gemessen werden,
wobei das Zustandsverschlechterungsmodell in Abhängigkeit dieser gemessenen Messwerte
ermittelt wird. So ist beispielsweise denkbar, dass aufgrund der
Messwerte entsprechende Kennlinien dieser Einflussgrößen ermittelt
werden, die dann unmittelbar im Zusammenhang mit der Zustandsverschlechterung
des Objektes stehen und sich diese daraus herleiten lässt.
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So
kann beispielsweise an einer Eisenbahnweiche der Stromverbrauch
beim Bewegen der Weichenzungen gemessen werden, so dass sich eine Kennlinie des
Stromverbrauches derart ergibt, dass sich daraus die Zustandsverschlechterung
des Objektes ableiten lässt.
Aus einer solchen Kennlinie lässt
sich dann ein entsprechendes Zustandverschlechterungsmodell ermitteln,
aus dem sich die entsprechenden Wartungsinformationen wie Wartungsintervalle
oder Wartungsmaßnahmen
ableiten lassen. Auch lässt
sich eine Zustandsvorhersage für die
Zukunft treffen. Somit wird also zunächst die Zustandsverschlechterung
anhand entsprechender die Zustandsverschlechterung eines Objektes
kennzeichnenden Einflussgrößen gemessen
und anhand der gemessenen Messwerte dann ein Zustandsverschlechterungsmodell
abgeleitet, aus dem sich dann die entsprechenden Wartungsinformationen
ermitteln lassen.
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Dabei
ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn von Zeit zu Zeit das Zustandsverschlechterungsmodell
anhand während
des Betriebs erfolgten Messungen validiert wird, d. h. nachdem das
Zustandsverschlechterungsmodell ermittelt wurde, eine Kontrollmessung
durchgeführt
wird, um so die Gesetzmäßigkeit
des Zustandsverschlechterungsmodells zu validieren. Dabei kann je
nach signifikanter Abweichung das Zustandsverschlechterungsmodell an
die neuen Messwerte angepasst werden.
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Denkbar
ist auch, dass sich aus dem Zustandsverschlechterungsmodell ein
momentaner Zustand des Objektes ermitteln lässt, der dann zur Ermittlung
der Wartungsinformationen herangezogen werden kann. Dieser momentane
Zustand des Objektes kann beispielsweise prozentual den Verschleiß des Objektes
angeben.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist dabei, wenn aus dem Zustandsverschlechterungsmodell
ein Zustand des Objektes für
einen in der Zukunft liegenden Zeitraum ermittelt wird. So kann
eine Zustandsprädiktion
bzw. Zustandsvorhersage getroffen werden, aus der sich dann entsprechend
die Wartungsinformationen ableiten lassen. Dabei können auch
Vorhersagen bezüglich
der Wartungskosten und -investitionen getroffen werden, so dass
beispielsweise festgestellt werden kann, wie effektiv bzw. effizient ein
Objekt hinsichtlich seiner Instandhaltung ist.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung
beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
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1 Ablaufdiagramm
zur Ermittlung einer Wartungsinformation;
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2 Diagramm
des Energieverbrauchs einer Eisenbahnweiche über die Zeit.
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Wartungsinformation. Ausgehend
von einem Zustandsverschlechterungsmodell 1, das basierend
auf mindestens einer die Zustandsverschlechterung des Objektes kennzeichnende
Einflussgröße 2 ermittelt
wurde, wird der momentane Zustand des Objektes hinsichtlich seines
Verschleißes
im Schritt 3 ermittelt. Als Einflussgrößen, die die Zustandsverschlechterung
des Objektes kennzeichnen bzw. beeinflussen, kann beispielsweise
die Belastung, das Wetter (Temperatur, etc.) oder bei fahrzeugseitigen Objekten,
wie beispielsweise einer Lokomotive, die Geschwindigkeit sein. Dabei
sind jegliche Einflussgrößen denkbar,
die im Zusammenhang mit der Zustandsverschlechterung des Objektes
stehen und somit einer Instandhaltung bzw. Wartung bedürfen.
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Das
Zustandsverschlechterungsmodell 1 kann dabei aufgrund der
Einflussgrößen ermittelt werden,
wie dies durch den Pfeil 4 angedeutet ist.
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Aus
diesem aktuellem Zustand 3 lassen sich dann eine ganze
Reihe von Wartungsinformationen 6a, 6b, 7 ableiten,
die dann entsprechende Wartungsmaßnahmen oder Wartungsintervalle
vorsieht. So lassen sich beispielsweise bestimmte Wartungsstrategien 6a, 6b ermitteln
bzw. vorhersagen, die unterschiedliche Maßnahmen vorsehen. So braucht beispielsweise
bei einer nur schwach befahrenen Weiche keine wöchentliche Instandhaltung vorgenommen
werden. Anhand des Zustandverschlechterungsmodells lassen sich somit
annähernd bedarfsgerechte
Wartungsstrategien bzw. Wartungsmaßnahmen ableiten, so dass die
Instandhaltung kosteneffektiver durchgeführt werden kann.
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Es
lassen sich aber auch Wartungsstrategien bzw. Wartungspläne für die Zukunft
aus dem Zustandsverschlechterungsmodell ermitteln, was durch den
Pfeil 5 angedeutet ist. Denn aufgrund der Zustandsvorhersage
lässt sich
die Zustandsverschlechterung für
die Zukunft ableiten, so dass sich daraus geeignete Wartungsstrategien
ermitteln lassen.
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Es
lassen sich aber auch einzelne Wartungsinformationen ableiten, wie
z. B. wann eine nächste Instandhaltung
durchgeführt
werden muss. Auch lassen sich Informationen in der Hinsicht ableiten,
welche Maßnahmen
dann nun durchgeführt
werden müssten
bzw. welche Teilbereiche des Objektes besondere Aufmerksamkeit bedürfen.
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Die
Ermittlung des Zustandverschlechterungsmodells 1 kann dabei
einmal anhand der Einflussgrößen 2 erfolgen,
wie dies durch den gestrichelten Pfeil 4 dargestellt ist.
Ein anderer Weg besteht darin, entsprechende Einflussgrößen, die
beispielsweise direkt auf die Zustandsverschlechterung des Objektes
einwirken, zunächst
vor Ort zu messen 10 und anhand dieser Messwerte (gestrichelter
Pfeil 9) dann das Zustandsverschlechterungsmodell 1 ermitteln.
Die Erstellung des Modells auf diesem Wege ist durch den Pfeil 8 dargestellt.
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Darüber hinaus
lassen sich anhand dieser Messung, die auch in bestimmten Abständen wiederholt
durchgeführt
werden kann, das betreffende Zustandsverschlechterungsmodell validieren.
Dazu wird zunächst
der aktuelle Zustand 3 ermittelt, wobei dieser dann mit
aktuell gemessenen Werten verglichen wird. So kann festgestellt
werden, inwieweit das Verschlechterungsmodell mit den tatsächlichen
Beeinträchtigungen
bzw. mit dem tatsächlichen
Verschleiß einhergeht.
Die Validierung ist dabei durch den Pfeil 9 gekennzeichnet.
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2 zeigt
ein Diagramm des Energieverbrauches einer Eisenbahnweiche über die
Zeit. Dabei wurde der Energieverbrauch immer dann gemessen, wenn
die Eisenbahnweiche verstellt wurde, d. h. wenn die Weichenzungen
von der einen Seite auf die andere Seite bewegt wurden. Dabei wurde
bei mehr als 1400 Bewegungen jeweils der Energieverbrauch ermittelt.
Zu Erkennen ist dabei, dass der Energieverbrauch, der hier als kennzeichnende
Einflussgröße beispielhaft
herangezogen wurde, mit zunehmender Häufigkeit der Bewegung leicht
ansteigt, so dass sich hieraus eine Trendlinie bzw. Kennlinie 11 ergibt.
Diese Trend- bzw. Kennlinie 11 deutet darauf hin, dass durch
zunehmenden Gebrauch der Weiche der Stromverbrauch ansteigt, woraus
sich dann eine Instandhaltungsmaßnahme ergibt.
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Aus
dieser Kennlinie 11, die nur beispielhaft und schematisch
dargestellt ist, ergibt sich somit in diesem Beispiel, dass die
Eisenbahnweiche nach ungefähr
1400 Bewegungen instand gehalten werden muss, so dass sich hieraus
ein Zustandsverschlechterungsmodell ableiten lässt. Denn die Zustandsverschlechterung
wird hier durch einen höheren
Stromverbrauch gekennzeichnet. Durch diese Kenntnis lässt sich
nun ableiten, dass Eisenbahnweichen, die in einem Zeitintervall
von 3 Monaten ungefähr 1400mal
bewegt wurden, eben ein solches dreimonatiges Wartungsintervall
benötigen.
Eisenbahnweichen, die jedoch auf Nebenstrecken nur sporadisch bewegt
werden, haben wir ein wesentlich längeres Wartungsintervall, was
sich direkt aus der Kennlinie 11 ergibt.
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Dabei
ist es denkbar, dass eine Einflussgröße auch mit anderen, weiteren
Einflussgrößen verknüpft wird,
wie z. B. Wettereinflüssen.
So ist es denkbar, dass die in 2 gezeigte
Abhängigkeit des
Verschleißes
von dem Stromverbrauch zusätzlich
auch noch mit der Temperatur verbunden wird, so dass sich eine Korrelation
von Verschleiß-Stromverbrauch-Temperatur
ergibt. Daraus ergibt sich dann beispielsweise die Tatsache, dass
Weichen in Wintermonaten kürzere
Wartungsintervalle haben müssen
als Eisenbahnweichen im Sommer. Auch lassen sich starke Temperaturschwankungen
mit der Zustandsverschlechterung verknüpfen.
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Letztendlich
kann aus diesen gegebenen Einflussgrößen ein Verschlechterungsmodell
ermittelt werden, welches die Einflussgrößen untereinander auch korrelieren
lässt und
aus dem sich dann ein entsprechender momentaner Zustand des Objektes ermitteln
lässt,
aus dem sich dann wiederum Wartungsinformationen ableiten lassen.