DE112013004572B4 - Vorhersagendes Wartungsverfahren und -system - Google Patents

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Abstract

Vorhersagendes Wartungsverfahren für Hebeeinrichtungen, insbesondere Kräne, bei demDiagnosedaten, die sich auf zumindest eine Komponente einer fernliegenden Hebeeinrichtung (102) beziehen, in einem Wartungszentrum (106) empfangen und automatisch gesammelt werden undSensordaten, die sich auf die Betriebsumgebung der fernliegenden Hebeeinrichtung beziehen, zumindest von einem an der fernliegenden Hebeeinrichtung montierten Korrosionssensor und/oder Beschleunigungssensor im Wartungszentrum (100) empfangen und automatisch gesammelt werden, wobei die besagten Daten von dem Korrosionssensor Daten umfassen, die eine korrosive Wirkung der Umgebung auf elektrische Geräte der fernliegenden Hebeeinrichtung repräsentieren, und/oder die besagten Daten von dem Beschleunigungssensor die Daten über externe Stöße und Kollisionen der fernliegenden Hebeeinrichtung umfassen,Konfigurationsdaten der fernliegenden Hebeeinrichtung bereitgestellt werden (310),Zuverlässigkeitsdaten über die besagte zumindest eine Komponente der fernliegenden Hebeeinrichtung bereitgestellt werden (306, 308),aufgrund der besagten Diagnosedaten, Konfigurationsdaten, Zuverlässigkeitsdaten und der besagten Betriebsumgebungsdaten ein Wartungsplan automatisch selbstlernend erstellt wird (316, 402, 404, 406), der die Wartungskosten und die Zuverlässigkeit der Hebeeinrichtung über einen Lebenszyklus der Hebeeinrichtung optimiert.

Description

  • BEREICH
  • Die Erfindung bezieht sich auf vorhersagende Wartung von Hebeeinrichtungen, insbesondere Kränen.
  • HINTERGRUND
  • Die folgende Beschreibung des Standes der Technik kann Einsichten, Entdeckungen, Erkenntnisse oder Offenbarungen oder Assoziationen zusammen mit Offenbarungen umfassen, die auf dem betreffenden Fachgebiet vor der vorliegenden Erfindung nicht bekannt waren sondern durch die Erfindung vorgesehen werden. Einige solche Beiträge der Erfindung können unten ausdrücklich aufgeführt sein, während andere solche Beiträge der Erfindung aus ihrem Kontext offensichtlich werden.
  • Heutzutage werden Hebevorrichtungen oder Kräne weitgehend in der mechanischen, chemischen, Fertigungs-, Prozess-, Bau- und Bergbauindustrie sowie in Schiffswerften oder Häfen und Terminals weltweit angewandt. Ein Laufkran, auch als Brückenkran bekannt, ist ein Krantyp, wo der Haken-und-Seil-Mechanismus entlang einem horizontalen Träger läuft, der seinerseits entlang zwei weit auseinander liegenden Schienen läuft. Der Haken-und-Seil-Mechanismus kann eine sich entlang dem horizontalen Träger bewegende Laufkatze und ein Hebezeug enthalten, das an der Laufkatze angeordnet ist, um die Gegenstände zu heben. Oft befindet sich der Laufkran in einem langen Fabrikgebäude und läuft entlang Schienen auf zwei langen Wänden im Gebäude. Er ähnelt sich einem Portalkran. Laufkräne bestehen typischerweise aus entweder einem einzelnen Träger oder einer Zweiträgerkonstruktion. Diese können anhand von typischen Stahlträgern oder einem komplexeren Kastenträgertyp hergestellt werden. In den meisten Hebezeugen wird eine Art Rollenzugsystem verwendet; Rollen sind Räder, die speziell für die Führung eines Seils, Kabels, Bandes oder einer Kette ausgestaltet sind, und sie sind meistens auf einer Achse montiert, um das freie Drehen des Rades zuzulassen. Diese Rollen können an einem Motor montiert werden, der die Einheit dreht, um die Kabelzuführung zu steuern. Das Hebezeug kann ein elektrisches Hebezeug wie ein Elektrokettenzug, ein Elektroseilzug und ein Elektrobandzug sein, das einen Elektromotor als Hubmotor verwendet. Die Hebezeugeinrichtung kann irgendeins der Steuervorrichtungen einer motorisierten Rollenzugeinheit, des eigentlichen Elektromotors und des auf der Laufkatze montierten Rollenzugkastens enthalten. Die Steuervorrichtungen können verschiedene elektrische Schaltkreise wie einen Wechselrichter umfassen, der den Betrieb des Hebezeugs, z.B. Geschwindigkeit und Richtung des Hebens, steuert, wodurch sanfte Starts ermöglicht und die auf den Kran und die Strukturen einwirkende Belastungskräfte verringert werden.
  • Ein guter Zustand von Hebevorrichtungen, zum Beispiel Brückenkränen und Portalkränen, ist in Hinsicht auf sowohl ökonomische als auch Sicherheitsaspekte erwünscht. Ein Defekt einer Hebevorrichtung, zum Beispiel ein Defekt in ihrer Bremse, kann zum Fallen der Last führen, wodurch die Hebevorrichtung beschädigt und/oder das in der Nähe der Hebevorrichtung arbeitende Personal in Gefahr gebracht werden kann. Während der Wartung wird die Hebevorrichtung nicht produktiv genutzt. Aus dem ökonomischen Gesichtspunkt sollte die Stillstandzeit von teuren Maschinen wie einer Hebevorrichtung möglichst kurz und gering gehalten werden.
  • Die Wartung von Hebevorrichtungen erfordert ein hochqualifiziertes Personal, das Hebevorrichtungen in einem weiten geografischen Bereich warten kann. Da es nur eine begrenzte Anzahl kompetenter Wartungspersonen gibt, kann es zu einigen Verzögerungen zwischen der Entdeckung des Wartungsbedarfs einer Hebevorrichtung, beispielsweise im Fall eines Defekts, und der Ankunft des Wartungspersonals am Wartungsort der Hebevorrichtung kommen.
  • Ein Wartungsplan einer Hebevorrichtung enthält vorgeplante Wartungsmaßnahmen, die während der Wartung vorzunehmende Arbeitsvorgänge spezifizieren. Das Ziel des Wartungsplans ist, Defekte der Hebevorrichtung zwischen den geplanten Wartungsmaßnahmen und somit die Stillstandzeit zu minimieren.
  • Trotzdem können noch zwischen den geplanten Wartungsmaßnahmen Defekte vorkommen, weshalb das Wartungspersonal mehrere Besuche machen muss und die Betriebszeit der Hebevorrichtung kürzer wird. Diese Defekte können derartig sein, dass sie für das Wartungspersonal während der geplanten Wartungsmaßnahmen schwierig zu entdecken sind. Schwierigkeiten können folgen, wenn solche möglichen Defekte gefunden werden, deren Entdeckung unverhältnismäßig viel Zeit verlangt, falls es überhaupt welche zu finden sind. Dementsprechend kann die für die Entdeckung von Defekten während der Wartung verbrachte zusätzliche Zeit einen schlechten Wirkungsgrad in Bezug auf die Kosten der Stillstandzeit der Hebevorrichtung haben. Schwierigkeiten bei der Entdeckung von Defekten können auch dadurch erfolgen, dass die Defekte mit dem menschlichen Auge oder durch die konventionelle Wartungsausrüstung, die das Wartungspersonal beim Besuchen der Hebevorrichtung mit sich trägt, unmöglich zu entdecken sind.
  • US 2007 / 0 078 791 A1 betrifft ein Asset-Management-System mit Datenerfassungsgeräten, wie z. B. Sensoren oder andere Arten von Überwachungsgeräten, die zur Überwachung eines oder mehrerer Betriebszustände und Parameter einer Arbeitsmaschine geeignet sind. Basierend auf den überwachten Daten werden die zukünftigen Kosten für die Instandhaltung der Arbeitsmaschine vorhergesagt. Die vorhergesagten Wartungskosten können mit dem Abschreibungswert der Arbeitsmaschine verglichen werden, um festzustellen, wann es wirtschaftlicher ist, die gesamte Maschine zu ersetzen, anstatt sie sie zu warten.
  • US 2003 / 0 216 889 A1 bezieht sich auf ein Fahrzeugtelematiksystem und Verfahren zur Übertragung von an Bord eines Fahrzeugs gesammelten Betriebsdaten an ein zentrales Diagnosezentrum. Um diagnostische Daten zu erheben, sind die Fahrzeuge mit Sensoren, wie z. B. einem Temperatursensor, einem Drucksensor oder einem Vibrationssensor, ausgestattet.
  • Eine ständige Herausforderung bei der Kranherstellung und -benutzung ist, wie man den Kranbetrieb während einer längeren Wartungsperiode mit begrenzten Wartungsgeldmitteln sicher hält. Es ist also Aufgabe der Erfindung diese Herausforderungen zu lösen.
  • KURZE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den angehängten unabhängigen Anspruch die angehängten nebengeordneten unabhängigen Ansprüche.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein vorhersagendes Wartungsverfahren für Hebeeinrichtungen, insbesondere Kräne, vorgesehen, bei dem
  • Diagnosedaten, die sich auf zumindest eine Komponente einer fernliegenden Hebeeinrichtung beziehen, und wahlweise Sensordaten, die sich auf die Betriebsumgebung der fernliegenden Hebeeinrichtung beziehen, in einem Wartungszentrum automatisch gesammelt werden,
    Konfigurationsdaten der fernliegenden Hebeeinrichtung bereitgestellt werden,
    Zuverlässigkeitsdaten über die besagte zumindest eine Komponente der fernliegenden Hebeeinrichtung bereitgestellt werden,
    aufgrund der besagten Diagnosedaten, Konfigurationsdaten, Zuverlässigkeitsdaten und wahlweise der besagten Betriebsumgebungsdaten ein Wartungsplan automatisch erstellt wird, der die Wartungskosten und die Zuverlässigkeit der Hebeeinrichtung über einen Lebenszyklus der Hebeeinrichtung optimiert.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das automatische Erstellen auf, dass
    die Zuverlässigkeit und Wartungskosten der fernliegenden Hebeeinrichtung für eine Vielzahl von verschiedenen Kombinationen von Wartungsarbeiten und -zeitplänen geschätzt werden,
    unter der Vielzahl von Kombinationen die Kombination von Wartungsarbeiten und -zeitplänen ausgewählt wird, die die Wartungskosten und Zuverlässigkeit der fernliegenden Hebeeinrichtung über einen Lebenszyklus der fernliegenden Hebeeinrichtung am wahrscheinlichsten optimiert.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das automatische Erstellen die Benutzung von einrichtungstypspezifischen Zuverlässigkeitsdaten, die aufgrund von aus mehreren fernliegenden Einrichtungen gesammelten Historian-Daten aufbewahrt werden, und die Benutzung der gesammelten Informationen für die Optimierung einer lokalen Wartung einzelner Einrichtungen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Auswählen das Auswählen der Kombination von Wartungsarbeiten, die nach der Schätzung den besten Kompromiss zwischen den Kosten und der Zuverlässigkeit oder Sicherheit bietet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Verfahren nach dem automatischen Erstellen des optimierten Wartungsplanes der Wartungsplan manuell abgestimmt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Aufbewahrung von kundenspezifischen Daten in einer Datenbank, die eins oder mehrere der Konfigurationsdaten der Ferneinrichtung, Typen der fernliegenden Hebeeinrichtung, Typen von Komponenten der fernliegenden Hebeeinrichtung, Kundenpräferenzen, geplanten Nutzungsprofile enthalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Aufbewahrung von einrichtungstypspezifischen Daten in einer Datenbank, die Parameter, Merkmale und/oder Zuverlässigkeitsdaten für jeden Typ von Einrichtung und/oder Komponente enthalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfassen die gesammelten Diagnosedaten Betriebs-, Nutzungs- oder Zustandsdaten von der fernliegenden Hebeeinrichtung, vorzugsweise eins oder mehrere der: Hebezeug-Starts, Hebezeug-Arbeitszyklen, Hebezeug-Betriebsstunden, Hebezeug-Belastungsdaten, Übertemperaturvorkommnisse am Hebezeug, Überbelastungen, Not-Halts, Daten über ein beliebiges Vorkommnis, wo die Leistungsgrenzen der fernliegenden Hebeeinrichtung überstiegen worden sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthalten die sich auf die Betriebsumgebung der fernliegenden Hebevorrichtung beziehenden Sensordaten eins oder mehrere der Temperatur, Feuchtigkeit, Korrosion und Beschleunigung.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthalten die sich auf die Betriebsumgebung der fernliegenden Hebevorrichtung beziehenden Sensordaten Daten über externe Stöße und Kollisionen der Vorrichtung, wobei die Beschleunigung vorzugsweise in drei Dimensionen gemessen wird, die in x-, y- und z-Richtungen von kartesischen Koordinatenachsen gemessen werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthalten die sich auf die Betriebsumgebung der fernliegenden Hebeeinrichtung beziehenden Sensordaten Daten, die eine korrosive Wirkung der Umgebung auf elektrische Geräte der Vorrichtung repräsentieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Berücksichtigung der Betriebsumgebungsdaten beim Schätzen der Zuverlässigkeit der fernliegenden Hebeeinrichtung, zumindest wenn der Betrieb in einer anormalen Umgebung betrachtet wird.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Wartungssystem, das Mittel umfasst, die konfiguriert sind, ein Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das System zumindest einen Computer und zumindest einen Speicher, der Computerprogrammcode aufweist, wobei der zumindest eine Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem zumindest einem Computer die Vorrichtung zumindest dazu zu bringen, das Verfahren nach einem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm, das ausführbaren Code aufweist, der während der Ausführung die Ausführung von Funktionen eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung verursacht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen
    • 1 ein Beispiel für ein automatisch optimiertes einrichtungsspezifisches vorhersagendes Wartungskonzept gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
    • 2 ein Beispiel für einen Laufkran veranschaulicht;
    • 3 ein Beispiel für ein zentralisiertes Wartungssystem 106 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
    • 4 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für die Bereitstellung eines Instandhaltungs- oder Wartungsplanes veranschaulicht;
    • 5 geschätzte Zuverlässigkeit und geschätzte kumulative Kosten für N aufeinanderfolgende Wartungsarbeiten, die für den künftigen Lebenszyklus der Einrichtung geplant sind, veranschaulicht;
    • 6 die Aktualisierung von Zuverlässigkeitsdaten veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgenden Ausführungsformen sind beispielhaft. Obwohl sich die Beschreibung auf „eine“ oder „einige“ Ausführungsform(en) an mehreren Stellen beziehen kann, bedeutet das nicht unbedingt, dass jede solche Referenz dieselbe(n) Ausführungsform(en) betrifft oder dass das Merkmal nur für eine einzelne Ausführungsform gilt. Einzelne Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen können auch kombiniert werden, um andere Ausführungsformen auszubilden.
  • Ein Aspekt der Erfindung ist, ein automatisch optimiertes einrichtungsspezifisches vorhersagendes Wartungsschema bereitzustellen, das auf kleinere Lebenszykluskosten und bessere Zuverlässigkeit und Sicherheit zielt. Das vorhersagende Wartungsschema kann ein selbstlernendes Schema sein, in dem das Lernen der Optimierung auf Informationen beruht, die von mehreren (z. B. einer ganzen Gruppe von) Einrichtungen bereitgestellt werden, wobei die bereitgestellten Informationen für die Optimierung der Wartung einzelner Einrichtungen benutzt werden. Dadurch kann der Lebenszyklus der Einrichtung schon zum Zeitpunkt des Verkaufs oder am Beginn des Lebenszyklus genauer vorhergesagt werden. Man kann sagen, dass jetzt die vorhersagende Wartung vom Gesichtspunkt des Wartungsanbieters betrachtet wird. Der Wartungsanbieter ist fähig, Informationen und Erfahrungen von einer großen Anzahl von Einrichtungen zu sammeln und die gesammelten Informationen für die Optimierung einer lokalen Wartung von einzelnen Einrichtungen zu benutzen. Herkömmlich sind die vorhersagende Wartung und die rechtzeitige Ausführung der Wartung vom Gesichtspunkt des Anlagenbetreibers betrachtet worden, mit dem Ziel, dass eine bestimmte beschränkte Einheit (die Einrichtung des Anlagenbetreibers) optimiert wird. Ausführungsformen der Erfindung können weiter das Erstellen einer theoretischen Zuverlässigkeitsanalyse für einen bestimmten Zeitpunkt ermöglichen.
  • Ein Aspekt ist, ein automatisch optimiertes einrichtungsspezifisches vorhersagendes Wartungssystem bereitzustellen, in das kundenspezifische Informationen eingegeben werden und das von mehreren (z. B. einer ganzen Gruppe von) Einrichtungen gesammelte einrichtungsspezifische Informationen automatisch für das Erstellen eines optimierten Wartungsplanes benutzt.
  • Ein optimierter Wartungsplan enthält vorgeplante Wartungen, die während der Wartung über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise über den Lebenszyklus der Einrichtung, vorzunehmende Maßnahmen spezifizieren.
  • 1 veranschaulicht ein Beispiel für ein automatisch optimiertes einrichtungsspezifisches vorhersagendes Wartungskonzept gemäß einer Ausführungsform. Ein zentralisiertes Wartungssystem 106 wird vorzugsweise von einem Wartungsanbieter betrieben. Das zentralisierte Wartungssystem 106 kann angeordnet sein, mit mehreren Einrichtungen 1021, 1022, 1033, ..., 102N über ein Kommunikationssystem(e) 104 zu kommunizieren. Die Einrichtung 1021, 1022, 1033, ..., 102N kann in Räumen einer Vielzahl von Wartungskunden in Betrieb sein oder auf Montierung oder Transport warten oder wird zu Räumen des Kunden transportiert. Die Räume des Kunden können mechanische, chemische, Fertigungs-, Prozess-, Bau- und Bergbauanlagen oder - fabriken sowie Schiffswerften oder Häfen und Terminals weltweit enthalten. Das Kommunikationssystem(e) kann ein beliebiges Kommunikationssystem oder eine beliebige Kombination von Kommunikationssystemen enthalten, das/die ermöglicht, dass Daten von der Einrichtung 1021, 1022, 1033, ..., 102N der zentralisierten Wartung übertragen werden können.
  • Die mehreren Einrichtungen, auch als eine Gruppe von Einrichtungen 1021, 1022, 1033, ..., 102N bezeichnet, können, zumindest hauptsächlich, Hebevorrichtungen wie Kräne 1... N enthalten. Beispiele für verschiedene Typen von Kränen enthalten einen Laufkran, einen Brückenkran, einen Portalkran, einen Turmkran und einen Hafenkran. Die mehreren Einrichtungen können aber zusätzlich auch andere Einrichtungen wie Werkzeugmaschinen enthalten.
  • Als Beispiel für die Einrichtung 1021, 1022, 1033, ..., 102N wird in 2 ein beispielhafter Laufkran veranschaulicht. Ein Laufkran 102, auch als Brückenkran bekannt, ist ein Krantyp, wo der Haken-und-Seil-Mechanismus 122, 124, 128 entlang einem horizontalen Träger 126 läuft, der seinerseits entlang zwei weit auseinander liegenden Schienen 132 läuft. Der Haken-und-Seil-Mechanismus kann eine sich entlang dem horizontalen Träger 126 bewegende Laufkatze 122 und ein Hebezeug 124, 128 enthalten, das an der Laufkatze 122 angeordnet ist, um die Gegenstände zu heben. Oft befindet sich der Laufkran in einem langen Fabrikgebäude und läuft entlang Schienen 132 auf zwei langen Wänden im Gebäude. Er ähnelt sich einem Portalkran. Laufkräne bestehen typischerweise aus entweder einem einzelnen Träger oder einer Zweiträgerkonstruktion 126. Diese können anhand von typischen Stahlträgern oder einem komplexeren Kastenträgertyp hergestellt werden. In den meisten Hebezeugen 124, 126 wird eine Art Rollenzugsystem verwendet; Rollen sind Räder, die speziell für die Führung eines Seils, Kabels, Bandes oder einer Kette ausgestaltet sind, und sie sind meistens auf einer Achse montiert, um das freie Drehen des Rades zuzulassen. Diese Rollen können an einem Motor montiert werden, der die Einheit dreht, um die Kabelzuführung zu steuern. Das Hebezeug kann ein elektrisches Hebezeug wie ein Elektrokettenzug, ein Elektroseilzug und ein Elektrobandzug sein, das einen Elektromotor als Hubmotor verwendet. Die Hebezeugeinrichtung 128 kann irgendeins der Steuervorrichtungen einer motorisierten Rollenzugeinheit, des eigentlichen Elektromotors und des auf der Laufkatze montierten Rollenzugkastens enthalten. Die Steuervorrichtungen können verschiedene elektrische Schaltkreise wie einen Wechselrichter umfassen, der den Betrieb des Hebezeugs, z.B. die Geschwindigkeit und Richtung des Hebens, steuert, wodurch sanfte Starts ermöglicht und die auf den Kran und die Strukturen einwirkende Belastungskräfte verringert werden. Das Hebezeug kann auch mit Sensoren versehen werden, die Diagnosedaten über eine Komponente des Krans und wahlweise sich auf die Betriebsumgebung des Krans beziehende Daten sammeln. Es gibt mehrere offensichtliche Weisen, wie die Kraneinrichtung 102 die Daten dem zentralisierten Wartungssystem 106 über das Kommunikationssystem(e) 104 kommunizieren kann, wie oben unter Bezugnahme auf 1 erörtert wurde. In 2 wird ein Beispielsausführungsform veranschaulicht, worin das Hebezeug 128 anhand eines lokalen Kundennetzwerks 134 wie eines verdrahteten oder drahtlosen lokalen Netzes (LAN) kommunizieren kann. Das Kundennetzwerk 134 kann ein Zugangsnetz in das Internet oder ein beliebiges anderes Daten-übertragungsnetz bereitstellen. Ein lokales Datensammelsystem oder -einheit 136 kann vorgesehen sein, die diagnostischen Daten und wahlweise die Umgebungsdaten zu sammeln und die Daten, gegebenenfalls nach der Vorverarbeitung, dem zentralisierten Wartungssystem 106 zu senden. Mit dem Kran 102 kann eine primäre Festverbindung und eine sekundäre drahtlose Verbindung (d. h. 3G, GPRS oder ein Satellit) verbunden werden, um die Informationen dem zentralisierten Wartungssystem zu übertragen. Eine gesicherte Verbindung wie eine VPN-Verbindung kann vorzugsweise zwischen dem Kran 102 oder dem Datensammelsystem 136 und dem zentralisierten Wartungssystem 106 angewandt werden.
  • Die gesammelten Diagnosedaten können beliebige Betriebs-, Nutzungs- oder Zustandsdaten über den Kran 102 enthalten. Beispielsweise können die gesammelten Daten eins oder mehrere der folgenden enthalten: Hebezeug-Starts (periodische und/oder kumulative), Hebezeug-Arbeitszyklen (periodische und/oder kumulative), Hebezeug-Betriebsstunden (periodische und/oder kumulative), Hebezeug-Belastungsdaten, Übertemperaturvorkommnisse am Hebezeug (periodische und/oder kumulative), Überbelastungen (periodische und/oder kumulative), Not-Halts (periodische und/oder kumulative), Daten über beliebige Vorkommnisse, wo die Leistungsgrenzen des Krans überstiegen worden sind, Informationen über die Vibration, Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Dislokation des Krans usw. Dies kann durch einen Steuerteil des Hebezeugs zusammen mit verschiedenen, sich auf die Steuerung des Krans beziehenden Sensoren bereitgestellt werden. Beispiele für solche Sensoren enthalten Überhitzungssensoren eines Elektromotors und Beschleunigungssensoren, die für die Lastbewegungssteuerung des Hebezeugs verwendet werden. Auch Sensoren, die nicht direkt mit der Steuerung des Krans zusammenhängen, können vorgesehen werden. Ein Beispiel für solche Sensoren ist ein Umgebungssensor 128, der angeordnet ist, eine Umgebung des Krans zu überwachen. Die Lebensdauer und der Wartungsbedarf des Krans, insbesondere der elektrischen Einheit des Hebezeugs, werden in hohem Maße von der Umgebung des Krans beeinflusst. Dementsprechend können die von dem an der elektrischen Einheit befindlichen Sensor durchgeführte Messung von einer oder mehrerer Eigenschaften der Umgebung die erwartete Lebensdauer und der Wartungsbedarf in der eigentlichen Umgebung des Krans bestimmt werden. Beispiele für einen Umgebungssensor 128 enthalten einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Korrosionssensor, einen Beschleunigungssensor und eine beliebige Kombination von diesen. Temperatur-, Feuchtigkeits- und Korrosionseigenschaften der Umgebung haben einen erheblichen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von elektrischen Teilen. Ein Beschleunigungssensor kann externe Stöße und Aufpralle auf den Kran überwachen, die Schäden verursachen, die die Lebensdauer von mechanischen und/oder elektrischen Komponenten des Krans verkürzen. Jeder der überwachten Umgebungsparameter kann durch einen Bereich bestimmt werden. Die Parameter können innerhalb und/oder außerhalb des Bereichs gemessen werden. Wenn ein Parameter innerhalb des Bereichs gemessen wird, können Informationen über die Betriebsumgebung erhalten werden, die den Betriebsanleitungen des Krans entspricht. Wenn dagegen ein Parameter außerhalb des Bereichs gemessen wird, können Informationen über den Kran erhalten werden, der den Betriebsanleitungen nicht entspricht, und/oder über den Kran, der in einer außergewöhnlichen Umgebung, d. h. in einer eine unregelmäßige Verwendung des Krans definierenden Umgebung, betrieben wird. In den letzteren Fällen kann beim Vorhersagen des Wartungsbedarfs die Sonderumgebung berücksichtigt werden. Für eine ausführlichere Beschreibung einer Umgebungssensoranordnung wird hiermit die von derselben Anmelderin eingereichte Parallelanmeldung FI20125829 durch Verweis einbezogen.
  • 3 veranschaulicht ein Beispiel für ein zentralisiertes Wartungssystem 106 gemäß einer Ausführungsform. Ein zentralisiertes Wartungssystem 106 wird vorzugsweise von einem Wartungsanbieter betrieben. Das zentralisierte Wartungssystem 106 kann mit einer Kommunikationsschnittstelle 302 versehen werden, die angeordnet ist, mit mehreren Einrichtungen 1021, 1022, 1033, ..., 102N und wahlweise mit einem beliebigen anderen Datensystem über ein Kommunikationssystem(e) 104 zu kommunizieren. Die Kommunikationsschnittstelle 106 kann eine beliebige Vorrichtung(en) und Funktionalitäten repräsentieren, die in jeder spezifischen Anwendung für die Kommunikation verwendet werden können. Von den mehreren Einrichtungen 1021, 1022, 1033, ..., 102N empfangene Daten können in einer einrichtungsspezifischen Historian-Datenbank 306 gesammelt werden. Die Datenbank 306 kann für jede spezifische Einrichtung Nutzungs-, Diagnose- und/oder Umgebungsdaten enthalten, die über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise über den ganzen Lebenszyklus der Einrichtung, gesammelt worden sind. Ein in 3 gezeigtes Datensammelsystem 304 kann allgemein eine beliebige Vorrichtung(en) und Funktionalitäten repräsentieren, die beim Sammeln von Daten angewandt werden können.
  • Das zentralisierte Wartungssystem 106 kann weiterhin eine kundenspezifische Datenbank 310 aufweisen, die Konfigurationsdaten über die Einrichtung, Kundenpräferenzen, geplante Nutzungsprofile usw. für jeden Kunden enthalten kann. Die Konfigurationsdaten können den Typ der Einrichtung und deren Komponenten enthalten. Das zentralisierte Wartungssystem 106 kann ferner noch eine Einrichtungstyp-Datenbank 308 aufweisen, die Parameter und Merkmale für jeden Typs Einrichtungstyp enthält. Die Datenbank 308 kann zum Beispiel Zuverlässigkeitsdaten für jeden Typ von Einrichtung und/oder deren Komponente enthalten. Zuverlässigkeit ist ein Merkmal, das die Fähigkeit beschreibt, erforderliche Funktionen innerhalb bestimmter Grenzen mit störungsfreiem Betrieb, Dauerhaftigkeit, Wartbarkeit, Lagerfähigkeit und Transportierbarkeit oder einer Kombinierung von diesen Merkmalen durchzuführen. Es gibt mehrere bekannte Maße für Zuverlässigkeit. Zum Beispiel die durchschnittliche Dauer bis zum Ausfall (Mean Time To Failure MTTF) indiziert eine durchschnittliche Zeit, bis ein Ausfall eines Systems oder einer Vorrichtung vorkommt. MTTF kann geschätzt werden, indem die gesamte Betriebszeit einer Gesamtheit von ähnlichen Gegenständen durch die Gesamtzahl von Ausfällen innerhalb dieser Gesamtheit geteilt wird. Die durchschnittliche Dauer zwischen Ausfällen (Mean Time Between Failures MTBF) kann geschätzt werden, indem die gesamte Arbeitszeit durch die Anzahl von Ausfällen innerhalb einer Gesamtheit von ähnlichen Gegenständen geteilt wird. Zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden können Reparier- oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Die Ausfallrate indiziert die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls pro Zeiteinheit. Sie ist die Rate des Eintretens von Ausfällen. Als weitere Alternative kann eine Verteilungs- oder Wahrscheinlichkeitsfunktion für die Indizierung der wahrscheinlichen Dauer bis zum Ausfall oder zwischen Ausfällen verwendet werden. Kräne können als Seriensysteme angesehen werden, die aus unabhängigen Teilen oder Komponenten mit unterschiedlichen Lebensdauern und Zuverlässigkeiten bestehen. Ein Hauptmerkmal eines Seriensystems ist, dass, falls irgendein Teilsystem oder irgendeine Komponente nicht richtig arbeitet, das ganze System nicht funktionieren wird. Somit können Zuverlässigkeitsdaten für individuelle Komponenten der Kräne bereitgestellt werden. Die Zuverlässigkeitsdaten können auch für unterschiedliche Umgebungsdaten bereitgestellt werden, d. h., die Korrelation zwischen Zuverlässigkeit und Umgebung kann indiziert werden. Es ist zu verstehen, dass die Datenbanken 306, 308 und 310 in einzelnen Datenbanken, virtuellen Datenbanken, einer einzelnen Einheitsdatenbank, verteilten Datenbanken, irgendeiner Kombination von diesen oder in einer beliebigen anderen Datenbankarchitektur, die sich für eine bestimmte Anwendung eignet, ausgeführt werden können.
  • Das zentralisierte Überwachungssystem 106 kann ferner ein Rechnersystem 312 aufweisen, das konfiguriert ist, eine Analyse über die gesammelten und gespeicherten Informationen durchzuführen, Simulationen durchzuführen und die Optimierung der vorhersagenden Wartung durchzuführen. Das Rechnersystem 312 kann mit einem beliebigen Typ von Rechnerarchitektur, zum Beispiel in einem einzelnen Computer oder einem verteilten Computersystem, ausgeführt werden.
  • Die Analyse-Einheit 314 kann konfiguriert werden, die einrichtungsspezifischen Nutzungs-, Diagnose- und/oder Umgebungsdaten in der Datenbank 306 sowie die Einrichtungstyp-Daten in der Datenbank 308 und die kundenspezifischen Daten in der Datenbank 310 zu analysieren und zu verarbeiten. Die Analyse-Einheit 314 kann die Daten von der Datenbank 306 abrufen, um diese Informationen als Kundenbericht aufzustellen, der dem Kunden und/oder dem Wartungspersonal in Realzeit zur Verfügung steht. Dadurch wird die Sicherheit erhöht, da Überbelastungen, Not-Halts und andere Sicherheitsaspekte abgewinnen und dem Klienten und dem Wartungspersonal deutlich zur Kenntnis gebracht werden können. Weiterhin kann die Analyse-Einheit 314 noch Ausfälle der Einrichtungen und/oder Komponenten analysieren und entdecken und Alarme für den Klienten und/oder das Wartungspersonal erzeugen. Die Analyse-Einheit 314 kann auch Informationen über die entdeckten Ausfälle und/oder die durchgeführten Wartungsarbeiten von der Kundendatenbank 310 oder anderen Quellen empfangen. Die Analyse-Einheit 314 kann die Zuverlässigkeitsdaten von verschiedenen Typen von Einrichtungen und Komponenten in der Einrichtungstyp-Datenbank aufgrund der gesammelten historischen Daten, entdeckten Ausfälle und der durchgeführten Wartungsarbeiten aktualisieren. Allgemeiner ausgedrückt können die Zuverlässigkeitsdaten und/oder Wartungsbedarfsdaten für verschiedene Typen von Einrichtungen und Komponenten aufgrund der von mehreren (z. B. einer ganzen Gruppe von) Einrichtungen bereitgestellten Informationen aktualisiert werden, wobei die bereitgestellten Informationen für das Vorhersagen und Optimieren der Wartung von einzelnen Einrichtungen benutzt werden können. Mit anderen Worten ist der Wartungsanbieter fähig, Informationen und Erfahrungen von einer großen Anzahl von Einrichtungen zu sammeln und die gesammelten Informationen für die Optimierung einer lokalen Wartung von einzelnen Einrichtungen zu benutzen. Die Einwirkung der Aktualisierung wird in 6 veranschaulicht. Mehrere Messungen 1... N werden von der Nutzungszeit vor Verschleiß (Ausfall) einer Komponente erhalten. Aufgrund der Vielzahl von Messungen können eine durchschnittliche Nutzungszeit und eine Wahrscheinlichkeitsfunktion der Nutzungszeit bestimmt werden. Umso mehr Messungen wir haben, desto genauere durchschnittliche Nutzungszeit und desto genauere Wahrscheinlichkeitsfunktion werden erhalten.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Bereitstellung eines Instandhaltungs- oder Wartungsplanes veranschaulicht, der für eine bestimmte Einrichtung und einen bestimmten Kunden optimiert ist. Im Wartungsplan/-programm können zum Beispiel die folgenden Gesichtspunkte berücksichtigt werden: der gegenwärtige Zustand der Einrichtung, Merkmale des Einrichtungstyps, Umgebungsfaktoren, Kundenpräferenzen, das geplante Nutzungsprofil.
  • Zunächst können Anfangsdaten zentral in eine Simulations- und Optimierungsmaschine 316 des Rechnersystems 312 eingegeben werden. Die eingegebenen Anfangsdaten können von den Datenbanken 306, 308 und 310 abgerufene Daten enthalten. Somit werden bei der Optimierung zum Beispiel die folgenden Gesichtspunkte berücksichtigt: der aktuelle Zustand der Einrichtung, die Nutzungsgeschichte der Einrichtung, Merkmale des Einrichtungstyps, Umgebungsfaktoren, Kundenpräferenzen oder das geplante Nutzungsprofil. Insbesondere können die kundenspezifischen Daten zuerst von der Kundendatenbank 310 abgerufen werden, die den Typ der Einrichtung enthält. Dann können einrichtungsspezifische Daten von der Historian-Datenbank 306 abgerufen werden und die einrichtungstypspezifischen Daten können von der Datenbank 308 aufgrund der kundenspezifischen Daten abgerufen werden.
  • Zweitens wird anhand einer Simulation geschätzt, was der Einrichtung aufgrund der abgerufenen Daten wahrscheinlich passieren wird. Die Simulation und Optimierung 316 eröffnen einen vielseitigen Blick auf den künftigen Lebenszyklus der Einrichtung und auf verschiedene alternative Handlungen. Das wird in 5 veranschaulicht, in der die geschätzte Zuverlässigkeit und die geschätzten kumulativen Kosten für N aufeinanderfolgende Wartungsarbeiten gezeigt werden, die für den künftigen Lebenszyklus der Einrichtung geplant sind. Mehrere verschiedene mögliche geplante Wartungsarbeiten können bedacht werden und die Einwirkung von verschiedenen Wartungsarbeiten und/oder deren Kombinationen können aufgrund der geschätzten Zuverlässigkeit, geschätzten Wartungskosten und/oder geschätzten Sicherheit der bestimmten Einrichtung verglichen werden. Die Wartungsarbeiten oder die Kombination von Wartungsarbeiten können ausgewählt werden, die den besten Kompromiss zwischen den Kosten und der Zuverlässigkeit oder Sicherheit bieten. Falls zum Beispiel angesehen wird, dass die aufeinanderfolgenden Wartungsarbeiten mit in 5 gezeigten Kosten und Zuverlässigkeit das optimale Ergebnis (z. B. den besten Kompromiss zwischen Kosten und Zuverlässigkeit) erreichen, können sie als in 4 gezeigter optimierter Wartungsplan 402 ausgewählt werden. Wahlweise kann der Wartungsplan 402 nach dem durch die Simulations- und Optimierungsmaschine 316 durchgeführten Rechnen des optimierten Wartungsplanes 402 gegebenenfalls manuell (z. B. über eine in 3 gezeigte Benutzerschnittstelle 318) abgestimmt werden.
  • Der resultierende Wartungsplan 402 kann dann dem Kunden und/oder dem Wartungsanbieter zur Verfügung gestellt werden. Dazu kann gehören, dass der optimierte Wartungsplan 402 automatisch in ein System zur Unternehmensressourcenplanung (Enterprise Resource Planning ERP) wie das in 3 gezeigte System 320 eingegeben wird. Das ERP kann einrichtungsspezifische und komponentenspezifische Wartungsaufgaben/-arbeiten 406 für das Wartungspersonal erzeugen. Dabei steuert der optimierte Wartungsplan die tägliche Wartungsarbeit.
  • In der Regel kann das Wartungssystem nach den Beispielsausführungsformen in Hardware (einer oder mehreren Vorrichtungen), Firmware (einer oder mehreren Vorrichtungen), Software (einem oder mehreren Modulen) oder deren Kombinationen ausgeführt werden. Im Fall von Firmware oder Software kann die Ausführung durch Module (z. B. Prozeduren, Funktionen usw.) erfolgen, die die hier beschriebenen Funktionen durchführen. Die Software- oder Programmcodes können in einem beliebigen geeigneten prozessor-/computerlesbaren Datenspeichermedium (-medien) oder Speichereinheit(en) oder Datenbanken gespeichert und durch einen oder mehrere Prozessoren/Computer ausgeführt werden. Das Datenspeichermedium oder die Speichereinheit, zum Beispiel Datenbanken, kann innerhalb des Prozessors/Computers oder außerhalb des Prozessors/Computers ausgeführt werden, in welchem Fall es/sie mit dem Prozessor/Computer kommunikativ über im Stand der Technik bekannte Mittel verbunden werden kann.
  • Durch Ausführungsformen der Erfindungen kann die Transparenz der Wartungsarbeiten für den Kunden verbessert werden, weil der Wartungsbedarf und empfohlene Arbeiten möglichst genau und systematisch vorhergesagt werden können. Der zentralisierte Wartungsplan kann auf Sachinformationen beruhen und ist nicht von der subjektiven Ansicht oder Erfahrung der Wartungsperson abhängig. Jeder kann das Werkzeug benutzen, ohne dass er die zu optimierende Zieleinrichtung oder deren Geschichte kennen oder damit vertraut sein muss. Der optimierte Wartungsplan kann die Produktivität der Einrichtung des Kunden optimieren, weil ungeplante Ausfälle, Beschädigungen und Stilllegungen von Kränen vermieden werden, während die Produktion in Gang gehalten wird. Der optimierte Wartungsplan reduziert die Stillstandzeit und ermöglicht kontrollierbare Wartungspausen. Der optimierte Wartungsplan vermindert die Gesamtkosten der Produktion und macht Wartungskosten überschaubar und vorhersagbarer. Ausführungsformen der Erfindung können ferner die Erstellung einer theoretischen Zuverlässigkeitsanalyse für einen bestimmten Zeitpunkt ermöglichen.

Claims (14)

  1. Vorhersagendes Wartungsverfahren für Hebeeinrichtungen, insbesondere Kräne, bei dem Diagnosedaten, die sich auf zumindest eine Komponente einer fernliegenden Hebeeinrichtung (102) beziehen, in einem Wartungszentrum (106) empfangen und automatisch gesammelt werden und Sensordaten, die sich auf die Betriebsumgebung der fernliegenden Hebeeinrichtung beziehen, zumindest von einem an der fernliegenden Hebeeinrichtung montierten Korrosionssensor und/oder Beschleunigungssensor im Wartungszentrum (100) empfangen und automatisch gesammelt werden, wobei die besagten Daten von dem Korrosionssensor Daten umfassen, die eine korrosive Wirkung der Umgebung auf elektrische Geräte der fernliegenden Hebeeinrichtung repräsentieren, und/oder die besagten Daten von dem Beschleunigungssensor die Daten über externe Stöße und Kollisionen der fernliegenden Hebeeinrichtung umfassen, Konfigurationsdaten der fernliegenden Hebeeinrichtung bereitgestellt werden (310), Zuverlässigkeitsdaten über die besagte zumindest eine Komponente der fernliegenden Hebeeinrichtung bereitgestellt werden (306, 308), aufgrund der besagten Diagnosedaten, Konfigurationsdaten, Zuverlässigkeitsdaten und der besagten Betriebsumgebungsdaten ein Wartungsplan automatisch selbstlernend erstellt wird (316, 402, 404, 406), der die Wartungskosten und die Zuverlässigkeit der Hebeeinrichtung über einen Lebenszyklus der Hebeeinrichtung optimiert.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei bei der automatischen Erstellung Zuverlässigkeit und Wartungskosten der fernliegenden Hebeeinrichtung für eine Vielzahl von verschiedenen Kombinationen von Wartungsarbeiten und -zeitplänen geschätzt werden, unter der Vielzahl von Kombinationen die Kombination von Wartungsarbeiten und -zeitplänen ausgewählt wird, die die Wartungskosten und Zuverlässigkeit der fernliegenden Hebeeinrichtung über einen Lebenszyklus der fernliegenden Hebeeinrichtung am wahrscheinlichsten optimiert.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das automatische Erstellen die Benutzung von einrichtungstypspezifischen Zuverlässigkeitsdaten, die aufgrund von aus mehreren Ferneinrichtungen gesammelten Historian-Daten (306, 308) aufbewahrt werden, und die Benutzung der gesammelten Informationen für die Optimierung einer lokalen Wartung einzelner Einrichtungen umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei das Auswählen das Auswählen der Kombination von Wartungsarbeiten umfasst, die nach der Schätzung den besten Kompromiss zwischen den Kosten und der Zuverlässigkeit oder Sicherheit bietet.
  5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei nach dem automatischen Erstellen des optimierten Wartungsplanes der Wartungsplan manuell abgestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem kundenspezifische Daten, die eins oder mehrere der Konfigurationsdaten der Ferneinrichtung, Typen der fernliegenden Hebeeinrichtung, Typen von Komponenten der fernliegenden Hebeeinrichtung, Kundenpräferenzen, geplanten Nutzungsprofile enthalten, in einer Datenbank (310) aufbewahrt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem einrichtungstypspezifische Daten, die Parameter, Merkmale und/oder Zuverlässigkeitsdaten für jeden Typ von Einrichtung und/oder Komponente enthalten, in einer Datenbank (308) aufbewahrt werden.
  8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei die gesammelten Diagnosedaten Betriebs-, Nutzungs- oder Zustandsdaten von der fernliegenden Hebeeinrichtung, vorzugsweise eins oder mehrere der folgenden, enthalten: Hebezeug-Starts, Hebezeug-Arbeitszyklen, Hebezeug-Betriebsstunden, Hebezeug-Belastungsdaten, Übertemperaturvorkommnisse am Hebezeug, Überbelastungen, Not-Halts, Daten über ein beliebiges Vorkommnis, wo die Leistungsgrenzen der fernliegenden Hebeeinrichtung überstiegen worden sind.
  9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei die sich auf die Betriebsumgebung der fernliegenden Hebeeinrichtung (102) beziehenden Sensordaten ferner Temperatur und/oder Feuchtigkeit enthalten.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Beschleunigungssensor die Beschleunigung in drei Dimensionen in x-, y- und z-Richtungen von kartesischen Koordinatenachsen misst.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Betriebsumgebungsdaten beim Schätzen der Zuverlässigkeit der fernliegenden Hebeeinrichtung (102) berücksichtigt werden, zumindest wenn der Betrieb in einer anormalen Umgebung betrachtet wird.
  12. Wartungssystem (106), das Mittel aufweist, die konfiguriert sind, ein Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
  13. Wartungssystem nach Patentanspruch 12, worin die besagten Mittel zumindest einen Computer und zumindest einen Speicher aufweisen, der Computerprogrammcode umfasst, wobei der zumindest eine Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem zumindest einem Computer das Wartungssystem dazu zu bringen, das Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
  14. Computerprogramm, das ausführbaren Code aufweist, der während der Ausführung die Ausführung der Funktionen eines Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 verursacht.
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