Gezielte Wartung von automatisierten Systemen mit Hilfe von Fehlerprävention

Transkript

1 University of Stuttgart Institute of Industrial Automation and Software Engineering Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner Gezielte Wartung von automatisierten Systemen mit Hilfe von Fehlerprävention Manuel Bordasch Embedded Software Engineering Kongress - ESE Sindelfingen, Deutschland 1

2 Motivation Heute Geld Flaschenherstellung Defekt Abfall Stillstand Wie kann man solche Fehler vermeiden? 2

3 Inhalt Herausforderung für automatisierte Systeme heutzutage Wartung von automatisierten Systemen mit Fehlerprävention Integration von Fehlerprävention in ein automatisiertes System Intensität der Fehlerprävention in einem automatisierten System Zusammenfassung und weitere Schritte 3

4 Herausforderung an automatisierte Systeme heutzutage Trends moderner automatisierter Systeme Komplexität der Systeme steigt stetig an Immer größere Flexibilität technischer Prozesse Hoher Anspruch an Wirtschaftlichkeit durch steigenden globalen Wettbewerb Immer größer werdender Fachkräftemangel in Deutschland [VSEK12] Wartung von automatisierten Systemen immer anspruchsvoller Ausfallzeiten können schwerwiegende Konsequenzen nach sich ziehen Anlage Unterstützung bei Wartungsarbeiten Frühzeitige Erkennung und Diagnose von Abnormitäten des automatisierten Systems Ansatz: Unterstützung von Wartung durch Fehlerprävention Fehlerprävention zur frühzeitigen Erkennung und Diagnose von Abnormitäten!!! 4

5 Herausforderung an automatisierte Systeme heutzutage Deutsche Unternehmen wissen wenig über Fehler-Management und verschenken damit Geld. Denn eine automatisierte Fehlerbearbeitung könnte Kosten sparen. Das ergab eine Studie des Frankfurter Arago Instituts für komplexes Datenmanagement. Deutsche Unternehmen haben noch zu wenige Kenntnisse über den Einsatz einer Automatisierungsengine im Bereich der Störfallbearbeitung. Viele von ihnen bearbeiten Störfälle noch manuell, weil das Thema Automatisierung im Zusammenhang mit der Fehlerbehebung weitgehend unbekannt ist beziehungsweise missverstanden wird. Arago-Vorstand Martin Friedrich berichtet: "Das ist auch der Grund dafür, dass die meisten Vorfälle nach wie vor manuell bearbeitet werden. Dabei könnten Unternehmen über den Einsatz entsprechender Werkzeuge Zeit und Geld sparen und damit Kapazitäten freisetzen, die für Neuerungen notwendig sind." [CIO10] 5

6 Herausforderung an automatisierte Systeme heutzutage Gründe, warum deutsche Unternehmen automatisierte Fehlerbehandlung kaum anwenden Diagramm Zu wenig Wissen ist der Hauptgrund dafür, warum Unternehmen auf automatisierte Fehlerbehandlung verzichten. [CIO10] 6

7 Herausforderung an automatisierte Systeme heutzutage Klassisches Fehlermanagement (Heute): FM (engl. fault management): Das Fehlermanagement (FM) alle Aufgaben zur Fehlerprophylaxe, Fehlererkennung und Fehlerbehebung. [ITWiss11] Fehlerdiagnose Fehlerbewertung Fehlerbehebung Fehlerbegrenzung Fehlermanagement Fehlererkennung Fehlerprävention 7

8 Herausforderung an automatisierte Systeme heutzutage Automatisiertes Fehlermanagement (Zukunft): Fehlermanagement besteht immer noch aus den gleichen Komponenten Fehlerbewertung, -diagnose, -erkennung und -prävention. Jedoch ist die Verteilung der Tätigkeiten anders. Aufgabenverteilung: Fehlerbehebung/begrenzung Fehlererkennung Fehlerdiagnose Wartungspersonal Fehlerbewertung Intelligentes System Fehlerprävention 8

10 Wartung von automatisierten Systemen mit Fehlerprävention Beispielszenario Ablagerung in einer Leitung eines automatisierten Mehrtanksystems Ohne System zur Fehlerprävention: regulärer Betrieb Ablagerung entsteht & Leitung setzt sich immer mehr zu Ausfall Fehlersuche manuelle Wiederinbetriebnahme regulärer Betrieb Mit System zur Fehlerprävention: regulärer Betrieb Identifikation des sinkenden Durchflusses & Diagnose des Ursache Ursachenbehebung regulärer Betrieb Was Die Leitung ist der Fehler? muss Wo ausgetauscht und was ist die Ursache? werden! Wartungspersonal Nachteile: Kosten Zeit Personalaufwand 10

11 Wartung von automatisierten Systemen mit Fehlerprävention Beispielszenario Falsche Intervallsteuerung für die SPS eines automatisierten Systems Ohne System zur Fehlerprävention: regulärer Betrieb Zeitliche Abnormitäten treten auf Fehlverhalten Fehlersuche manuelle Rekonfiguration regulärer Betrieb Mit System zur Fehlerprävention: regulärer Betrieb Identifikation, dass Prozessablauf vom Soll abweicht & Diagnose der Ursache Rekonfiguration regulärer Betrieb Der Was ist der Fehler? Prozessparameter für Wo und was ist die den Zeitintervall x war Ursache? zu groß! Wartungspersonal Nachteile: Kosten Zeit Personalaufwand 11

12 Wartung von automatisierten Systemen mit Fehlerprävention Herausforderungen an die Fehlerprävention regulärer Betrieb Identifikation einer Abnormität Diagnose der Ursache Ursachenbehebung regulärer Betrieb t Wie kann ein automatisiertes System vor dem Ausfall bzw. vor Fehlverhalten geschützt werden? Wie kann der Mensch bei der Identifikation und Diagnose von Abnormitäten unterstützt bzw. komplett entlastet werden? Wie kann der Mensch bei der Ursachenbehebung unterstützt bzw. komplett entlastet werden? Wie kann Fehlerprävention automatisiert werden? Erweiterte Selbstmanagement-Funktionalitäten (Self-X-Funktionalitäten) Selbstinstandhaltung Selbstidentifikation Selbstdiagnose Selbstbehebung Selbstkonfiguration Selbstschutz [Mub06] Hilfe durch den Menschen teilweise nötig Manuelle Ursachenbehebung 12

13 Wartung von automatisierten Systemen mit Fehlerprävention Wartung mit Fehlerprävention als teilweise selbstmanagendes automatisiertes System Selbstinstandhaltung Selbstidentifikation Selbstdiagnose Selbstbehebung Selbstkonfiguration Selbstschutz Manuelle Ursachenbehebung Ziel: Größtenteils selbstständige Durchführung durch das System zur Fehlerprävention! Menschen nur noch für manuelle Ursachenbehebung erforderlich! Vorteile des Einsatzes eines teilweise selbstmanagenden System zur Fehlerprävention Erhöhung der Effizienz Reduzierter (Re-)Konfigurations-/ (Wieder-)Inbetriebnahmeaufwand Vermeidung von Ausfallzeiten Größtenteils selbstwartende Systeme Größtenteils autonomer Betrieb Reduzierter Personalaufwand Effiziente größtenteils selbstständige Vermeidung von Fehlern in einem System! Sind diese Funktionalitäten für die Fehlerprävention hinreichend? 13

14 Wartung von automatisierten Systemen mit Fehlerprävention Funktionsmodell einer Fehlerprävention Selbstinstandhaltung Selbstidentifikation Selbstdiagnose Selbstbehebung Identifikation von Maßnahmen Ausführen von Maßnahmen, z.b. Selbstkonfiguration Manuelle Ursachenbehebung Manuelle Identifikation von Maßnahmen Manuelle Ausübung von Maßnahmen, z.b. Rekonfiguration, Reparatur Hinweise an Personal Hinweise zu Symptomen Hinweise über mögliche Lokalität Hinweise über mögliche Ursache Selbstschutz 14

16 Integration von Fehlerprävention in ein automatisiertes System Zusammenspiel einem System zur Fehlerprävention und dem Zielsystem Automatisiertes System (Teilsysteme) System zur Fehlerprävention System zur Fehlerprävention Manuelle Manuelle Präventionsprozesse: Präventionsprozesse: Rekonfiguration, Rekonfiguration, Reparatur, Reparatur, Umwelt Rechner- und Fehler- Rechner- und Kommunikationssystepräventionsentitäten Kommunikationssystem Selbstmanagende Selbstmanagende Präventionsprozesse: Präventionsprozesse: Überwachung, Identifikation, Überwachung, Identifikation, Diagnose, Rekonfiguration, Reparatur, Diagnose, Rekonfiguration, Reparatur, Überprüfung Überprüfung Prozesspersonal Präventionsrelevante Datenbestände [Pe11] Technisches System [Mub07] 16

18 Intensität der Fehlerprävention in einem automatisierten System Funktionalitäten der Teilsysteme eines automatisierten Systems Fehlerpräventionsschichten Präventionswichtigkeit Anzahl an Sensoren Rechner- und Kommunikationssystem Prozesspersonal Fremdeinwirkung auf das Rechner- und Kommunikationssystem und auf das Technische System Besitzt prozessrelevante und prozessirrelevante Funktionalitäten Prozessfunktionalitäten Technisches System Besitzt prozessrelevante und prozessirrelevante Funktionalitäten Fremdeinwirkung Prozessirrelevante Funktionalitäten Fehlerprävention in Schichten! 18

20 Zusammenfassung und weiteres Vorgehen Zusammenfassung Identifikation der Herausforderungen bei der Fehlerprävention Fehlermanagement heute und in der Zukunft Automatisierte Systeme heutzutage und der Trend Richtung Zukunft Beispiele von technischen Problemen aus der Praxis Grobentwurf der Funktionalitäten eines Systems zur Fehlerprävention Untersuchung von notwendigen Funktionalitäten (Bausteinen) Untersuchung ob identifizierte Funktionalitäten hinreichend sind Aufbau eines Funktionalitätenmodells für ein System zur Fehlerprävention Integration von Fehlerprävention in ein bestehendes automatisiertes System Kommunikation und nötige Entitäten zwischen den Systemen Integration von zusätzlichen präventionsrelevanten Informationen von außerhalb Intensität der Fehlerprävention in einem automatisierten System Intensität der Fehlerprävention aufgeteilt in verschiedene Schichten 20

21 Zusammenfassung und weiteres Vorgehen Weiteres Vorgehen Entwicklung eines Fehlerpräventionsmodells Einzelne Funktionalitäten für die Fehlerprävention untersuchen Was für Methoden werden für die einzelnen Funktionalitäten heutzutage angewendet? Sind diese Methoden hinreichend für die Fehlerprävention? Evaluation der Forschungsergebnisse an einer Demonstrationsanlage 21

22 Diskussion Vielen Dank für Ihr Interesse!? Fragen? Anregungen? Kritik? 22

23 Literatur [ITWiss11] [CIO10] [VSEK12] IT-Wissen: Das große Online Lexikon für Informationstechnologie [Duden] Duden, Online Ausgabe August 2012 [DIN55350] DIN-Norm 55350, Begriffe zu Qualitätsmanagement und Statistik [ISER06] Fault-Diagnosis Systems, Rolf Isermann, TU Darmstadt, 2006 [DIN31051] DIN-Norm 31051, Instandhaltungsstrategien auf einen Blick [Mub06] Hisham Mubarak, Forschungszwischenbericht V 1.2, IAS, 2006 [Mub07] Hisham Mubarak, Forschungszwischenbericht V 2, IAS, 2007 [Pe11] Stephan Pech, Forschungszwischenbericht V 2.0, IAS,