VDI 2889-1998 Methods and systems for condition and process monitoring in maintenance.pdf

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1、ICS 03.080.10 VDI-RICHTLINIEN April 1998VEREINDEUTSCHERINGENIEUREEinsatz wissensbasierterDiagnosemethoden und -systemein der InstandhaltungVDI 2889Methods and systems for conditionand process monitoring in maintenanceInhalt SeiteVorbemerkung 21 Geltungsbereich 22 Begriffe, Methoden und Systeme 22.1

2、Fehleranzeige 22.2 Diagnose 22.3 Logbuch 32.4 Fehlerbaum 32.5 IH-Datenbank 32.6 Expertensystem (XPS) 33 Anwendungsbereiche von wissensbasierten Systemenin der Instandhaltung 54 Anforderungen an konventionelle und wissensbasierte Systeme 64.1 Fehleranzeigen 64.2 Diagnosesysteme 64.3 Logbcher 74.4 Feh

3、lerbaumsysteme 74.5 Datenbanksysteme 74.6 Expertensysteme 75 Organisatorische Gesichtspunkte 85.1 Aufgaben des Wissensingenieurs 85.2 Anforderungen an den Wissensingenieur 86 Aufwand und Nutzen 96. 1 Aufwand wissensbasierter Systeme (WBS) 96.2 Nutzen wissensbasierter Systeme 107 Einsatzgrenzen 117.

4、1 Einsatzgrenzen konventioneller Systeme 117.2 Einsatzgrenzen wissensbasierter Systeme 118 Auswahl, Entwicklung, Integration und Betrieb 118.1 Konventionelle Systeme 118.2 Wissensbasierte Systeme . 12Schrifttum 21Kurzzeichen- und Begriffsbersicht 21Anhang A Logbuch fr Hauptantriebe 22Anhang B Fehler

5、baum einer Wasserpumpe 24VDI-Gesellschaft ProduktionstechnikAusschu InstandhaltungVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 4B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 2 - VDI 2889 Alle Rechte vorbehalten Verein

6、 Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1998VorbemerkungDie schlanker werdende Produktion (lean produc-tion) setzt auf Kosteneffektivitt und hhere Verfgbarkeit der Produktionsmittel. Folglich steht auch derInstandhaltung zuknftig weniger Personal zur Bewltigung ihrer Aufgaben zur Verfgung. Zugleichstellen

7、die zunehmend komplexeren Produktionsanlagen erhhte Anforderungen an das Instandhaltungspersonal und die Betreiber, die durch die bernahme von Instandhaltungsaufgaben strker gefordert werden.Eine Hilfestellung bieten hier moderne Anlagen- undProzeberwachungsmethoden bzw. -systeme, beideren Auswahl d

8、iese Richtlinie als Entscheidungshilfe dienen soll. Sie bercksichtigt unterschiedlicheBetriebsgren und Anwendungsflle und die fr dieAuswahl wichtigen Kriterien Aufwand, Risiko undNutzen.Es werden untersucht:a) Konventionelle Methoden und Systeme- Fehleranzeige (Fehlerorterkennung)- Diagnose- Logbuch

9、b) Wissensbasierte Methoden und Systeme- Fehlerbaum- Instandhaltungsdatenbank- ExpertensystemWissensbasierte Systeme werden wegen ihres Innovationsgrades und ihrer Bedeutung fr die Anlagen-und Prozeberwachung vertiefend behandelt.1 GeltungsbereichDiese Richtlinie gilt fr alle Bereiche, in denen anPr

10、oduktionsmitteln Manahmen zu deren effizientem Betrieb und zur Instandhaltung erforderlich sind.2 Begriffe, Methoden und Systeme2.1 FehleranzeigeMit einer Fehleranzeige wird das Verlassen des Sollzustandes eines Produktionsmittels gemeldet. Siemu keinen direkten Hinweis geben auf die Strungsursache,

11、 signalisiert jedoch in der Regel denFehlerort.Bei der Fehleranzeige werden Meldungen durch logische Verknpfungen von Informationen gebildet. DerAuslser der Strung wird angezeigt und nher spezifiziert. Zur Ermittlung der Strungsursache ist dieMeldung zu interpretieren.2.2 DiagnoseDiagnose ist die Er

12、kennung und Beurteilung einerAbweichung vom Sollzustand. In einem Diagnosesystem soll durch logische Verknpfung aller relevanten Informationen auf direktem Wege die Fehlerursache bestimmt werden.Anmerkung: Derzeit angebotene Diagnosesysteme entsprechen imgroen und ganzen nicht dieser Sollvorgabe; si

13、e erfllen lediglichdie Funktion der Fehleranzeige. Die Ursache liegt im Aufwand frdie notwendige Sensorik und die Projektierung der Systeme.2.2.1 SystemdiagnoseSystemdiagnose ist die direkte berwachung vonSteuerungs- und Antriebskomponenten wie CPU,Stromversorgung, Speicher, Programmzyklus,Busse, An

14、schauungen, Ein-/Ausgangsebene usw. BeiStrungen werden Fehlermeldungen entweder direktber eine integrierte Anzeige (Monitor, Textanzeigeetc.) ausgegeben oder lassen sich mittels Testgert(Programmiergert, PC etc.) auslesen. Sie sind interpretationsbedrftig, d.h. zum Verstndnis, zur Klrung von Zusamme

15、nhngen und zur Ableitung vonHandlungen ist Fach- und Erfahrungswissen erforderlich. Sie sind fr den Betreiber somit nur mit Untersttzung durch einen Experten nutzbar.Es wird in der Regel eine Auswahl von mglichenStrungsursachen angegeben; ein direkter Hinweisauf die auslsende Ursache erfolgt nicht.D

16、ie Systemdiagnose ist durch den Anwender nur bedingt vernderbar.2.2.2 Ablaufsteuerungen mit DiagnoseteilEine Ablaufsteuerung ist eine Steuerung mit programmtechnisch zwangsgefhrtem schrittweisen Ablauf, bei dem die Folgeschritte nur ber Weiterschalt-bedingungen (Transitionen) eingeleitet werden. Jed

17、em Schritt sind Anweisungen und Weiterschaltbe-dingungen zugeordnet. Bei Auftreten einer Strunglt sich an Hand der Schrittnummer aus der fehlenden Anweisung oder Weiterschaltbedingung auf diemgliche Fehlerursache schlieen (Voraussetzungfr den Anwender sind Kenntnisse des Automatisierungsprogramms).M

18、an unterscheidet zwei Arten von Ablaufsteuerungen: die zeitgefhrte und die prozeabhngige Ablaufsteuerung. Bei der zeitgefhrten Ablaufsteuemnghngen die Transitionen von der Zeit ab (z.B. berwachungszeit, Wartezeit), bei der prozeabhngigenAblaufsteuerung hngen die Transitionen nur vonden gesteuerten S

19、ignalen des Prozesses ab (z.B.Rckmeldungen) .Diese Programmiertechnik in Verbindung mit einerintegrierten Anzeige (Klartextanzeige, Visualisierungssystem etc.) fr Schritt-Nr., Weiterschaltbedin-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStan

20、dardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1998 VDI 2889 - 3 -gungen und allgemeine Betriebsdaten erleichtert demAnwender die Fehlerortung, wobei auch hier nichtgrundstzlich die eigentliche Fehlerursache angezeigt wird.2.3 LogbuchDas Logbuch ist ein

21、e chronologische Dokumentationvon Strungen, Fehlerursachen und Manahmen zurBehebung der aufgetretenen Strung. Aus der Auswertung von Aufzeichnungen zu frheren Strungenwird auf eine mgliche Fehlerursache geschlossen.Das Logbuch wird berwiegend manuell gefhrt. DieEintragungen (Strungsbeschreibung, dur

22、chgefhrteManahmen, Vermerke und Hinweise) sind in derRegel in Ausfhrungsform und Qualitt uneinheitlich, teilweise lckenhaft und, abhngig vom Ausfhrenden, subjektiv. Das Logbuch ist somit zur Untersttzung bei der Behandlung eines hnlichen Fehlerfalles nur bedingt verwendbar:- Der Suchaufwand ist hoch

23、.- Die Hinweise sind teilweise wenig aussagekrftig.- Es bestehen Interpretationsprobleme.Einen Nutzen aus dem Logbuch erhlt man nur dann,wenn es vom Personal gewissenhaft gefhrt und nacheinheitlichen Kriterien ausgewertet wird.Durch das tabellarische Logbuch werden die Nachteile des textlich gefhrte

24、n Logbuches teilweise vermieden, da Fehlerbilder, Fehlermeldungen, Hilfsmittel und Abhilfemanahmen durch Ankreuzen interpretationsfrei registriert und zugeordnet und DV-technisch auswertbar werden (siehe Anhang A).Beim geplanten Einsatz wissensbasierter Systemebietet diese Art des Logbuches den Vort

25、eil, da durchdie einheitliche Formulierung der Fehlerbeschreibungen und -beseitigungsmanahmen der Wissenserwerb vereinfacht wird (siehe Bild 4 und 5).2.4 FehlerbaumDer Fehlerbaum ist eine systematische Analysemethode auf der Basis einer Tiefenstrukturiemng, beider vom Fehlerbild ber Voraussetzungen

26、und Verknpfungen auf die Fehlerursache geschlossen wird.Aufbau eines Fehlerbaumsystems (siehe auch Anhang B):Anlage (z.B. Werkzeugmaschine)System (z.B. x-Achse, y-Achse)Untersystem (z.B. Antriebssteuerung)Gruppe (z.B. Motor, Getriebe)Komponente (z.B. Motorschutz,Brste, Kollektor)Die Methode der Fehl

27、erbaumanalyse sowie die indiesem Zusammenhang verwendeten Bildzeichensind DIN 25424-1 genormt.2.5 IH-DatenbankDie Instandhaltungs-Datenbank (IH-Datenbank) istein DV-gesttztes Verfahren, bei dem Daten von St-rungsbildem, Fehler- und Ursachenmeldungen,berprfungs- und Abhilfemanahmen gespeichertund zur

28、 Strungs- oder Schwachstellenanalyse mittels Such- und Sortierfunktionen ausgewertet und genutzt werden knnen. Die IH-Datenbank kann als Er-gngzungssystem zu vorhandenen Fehleranzeigenund Systemdiagnosen gesehen werden. Sie untersttzt bei der Fehlersuche und -behebung und dientgleichzeitig der Wisse

29、nssicherung. Zur Realisierungeiner IH-Datenbank werden ein PC und ein handelsbliches Datenbanksystem bentigt.2.6 Expertensystem (XPS)Das Expertensystem ist ein Werkzeug, mit dem dasSpezialwissen und die Schlufolgerungsfhigkeitqualifizierter Fachleute auf einem eng begrenztenAufgabengebiet - hier der

30、 Instandhaltung - nachgebildet werden knnen. Es verfgt ber Fakten- undkausales Wissen und- kann dieses Wissen zur Verfgung stellen- kann aus diesem Wissen Schlufolgerungen ziehen- kann seine Strategie begrnden.Das Expertensystem darf nicht als ein System verstanden werden, welches nur dem Experten z

31、ugnglich ist.In Expertensystemen werden whrend der Aufbau-und Nutzungsphase Infomiationen zum Strverhalten und/oder Prozeablauf des Produktionsmittelsgesammelt, strukturiert und in der Wissensbasis inForm von Fakten und Regeln abgelegt. Zustzlichwerden Strategien entwickelt und in ein sogenanntesSch

32、lufolgerungssystem implementiert, welches inder Lage ist, durch Verknpfung vorhandener mit aktuellen Daten und Fakten gezielt die Strungsursache/den Strungsort zu ermitteln. Aktuelle Datenwerden dabei durch den Benutzer oder Instandhaltermanuell eingegeben oder durch Sensoren on-line erfat.2.6.1 Auf

33、bau eines ExpertensystemsEin Expertensystem besteht aus folgenden Komponenten (siehe Bild 1):Wissenskomponente/Wissensbasis: enthlt das relevante Fachwissen (Fakten, Regeln, Lsungswege zurAbarbeitung bestimmter Problemstellungen)B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0

34、686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 4 - VDI 2889 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1998Dialogkomponen te (FachexperErklrungs SchlufolgerungskomponenteWissenserwerbskomponente komponenteRlwisse Wissensbasis Fakten- wissen )Bild 1. Struktur

35、eines Expertensystems 1, S. 2Wissenerwerbskomponente: dient zur Eingabe, nderung und Erweiterung des in der Wissensbasis enthaltenen Fachwissens.Schlufolgerungskomponente (Inferenzkomponente):steuert den Ableitungsproze, d.h. verknpft Datenund Regeln der vom Nutzer eingegebenen aktuellenSituation mi

36、t denen der Wissensbasis und erarbeitetdie Problemlsung.Erklrungskomponente: macht die Vorgehens weisedes Expertensystems transparent, d.h. erlutert undbegrndet dem Benutzer den Weg zum Ergebnis.Dialogkomponente: fhrt den Dialog mit dem Benutzer und/oder liest automatisch erhobene Medatenein.2.6.2 K

37、ennzeichnende Eigenschaften einesExpertensystemsExpertensysteme sollen dem Nichtexperten als Untersttzung bei der Lsung von Problemen dienen inBereichen, die bisher ausschlielich den Fachexperten wegen ihres Fachwissens und ihrer Erfahrungvorbehalten waren. In der Umsetzung dieser Prmisse bildet ein

38、 Expertensystem somit weitestgehenddie Eigenschaften des Fachexperten in dessen Artund Behandlung des Wissens ab.Kennzeichnende Eigenschaften zur des Wissens:Der Fachexperte besitzt- heuristisches Wissen, Kenntnis von Regeln undFaustregeln- strategisches Wissen Wissen, wie Wissen anzuwenden ist Wiss

39、en, welche Wissensquellen in welcherReihenfolge verwendet werden- einen Wissensschatz an Erfahrungswerten- theoretisches Wissen (Buchwissen, Sachwissen).Kennzeichnende Eigenschaften zur Behandlung desWissens:Der Fachexperte- entwickelt mehrere alternative Hypothesen- legt auf der Basis seiner Erfahr

40、ungen eine Untersuchungsreihenfolge fest- beweist nach Mglichkeit seine Hypothesen- bercksichtigt je nach Fortschritt in der Lsungs-fmdung verschiedene Wissensquellen- untersucht nicht obligatorisch alle Alternativen- leitet auch Schlsse ab, wenn die vorliegenden Informationen nicht vollstndig sind.

41、Eine weitere kennzeichnende Eigenschaft des Fachexperten ist das Verhalten gegenber dem Ratsuchenden, er- fragt zurck, falls Informationen zur Problemlsung fehlen- erklrt und begrndet seine Fragestellung- erklrt, warum er eine bestimmte Hypothese verfolgt- erklrt, wie er zu einem bestimmten Schlu ge

42、kommen ist.Bild 2 zeigt zusammenfassend die wesentlichenUnterscheidungsmerkmale zwischen Expertensystemen und konventionellen Systemen.Strmeldesysteme verdichten, visualisieren undspeichern Strdaten manuelle Eingabe von Zusatzbeobachtungen auf Initiative desInstandhaltungspersonalsz. B.:SPS enthafte

43、n statistische Vorgehensweisen basieren auf Fehlermeldungen desSystemsBetriebshandbcher- zeigen Betriebszustnde an- ermitteln Fehler (Symptome)zeigen Anlagenzustnde an- ermitteln Fehler (Symptome)s-j konventionelle Diagnose|IJ Expertensysteme erkennen fehlende InformationEingabe von Zusatzinformatio

44、n aufInitiative des Expertensystems generieren Lsungsvorschlge verknpfen und interpretierenDaten bercksichtigen Erfahrungswertebei der Fehlersuche generieren Hypothesen beziehen menschliche Sensoren“ein bewerten einzelne Informationenhinsichtlich ihrer Glaubwrdigkeit behandeln Mehrfachfehler bercksi

45、chtigen vom Instandhaltungspersonal vorbewerteteHypothesenBild 2. Vergleich unterschiedlicher Methoden und SystemeB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieu

46、re, Dsseldorf 1998 VDI 2889 - 5 -2.6.3 Abgrenzung, SchnittstellenExpertensysteme ergnzen in der Regel bereits vorhandene konventionelle Zustands- und Prozeberwachungssysteme.Um spteren Mehraufwand zu vermeiden und dasendgltige Gesamtsystem transparent zu erhalten, istbereits im Entwicklungsstadium d

47、es Produktionsmittels oder -prozesses eine Abgrenzung erforderlichzwischen Expertensystemen und anderen Infonnati-onssystemen, die - vom Instandhalter genutzt - indirektem Zusammenhang stehen mit der Behandlungvon Strungen, dem Bedienen von Produktionsmitteln oder der Qualittsbeeinflussung bzw. dies

48、e tangieren.Die Abgrenzung wird erzielt durch Setzen von berschaubaren Abgrenzungsschnittpunkten und durchVermeidung von Datenredundanz und Systemberschneidungen (SPS/CNC-Diagnosesysteme, Mesteuerungen, BDE usw.).Das Expertensystem mu jedoch trotz dieser Abgrenzung konzeptionell auf eine eventuelle Anbindung antangierende Systeme vorbereitet sein.Bild 3. Abgrenzung der wissensbasierten Systeme zu anderenSystemen3 Anwendungsbereiche vonwissensbasierten Systemen in derInstandhaltungAnlagen- und Prozeberwachungsmethoden und -systeme im allgemeinen werden im Sinne der Richtlinie