Felderprobung – Die Brücke von der Produktentwicklung zur optimierten Instandhaltung

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Felddatenanalyse, Field testing

Feldversuche fragen nach den unbekannten Risiken der künftigen Produkt-Nutzung. Sie liefern das erste reale Last-Antwortverhalten im Produkt-Lebenszyklus. Das ist für die Verifikation der Entwicklungsergebnisse ebenso nützlich wie für die zustandsbasierte Wartung. Speziell für langlebige B2B Produkte und Flotten – wie Eisenbahn, Baumaschinen u.ä. – sind Feldversuche ein essenzieller Baustein für die Zuverlässigkeit und Dauerhaltbarkeit.

 

Das Nutzungsversprechen der Virtualisierung ist die Beseitigung der aufwändigen und kostspieligen Erprobungsprogramme. Die Entwicklungspraxis zeigt aber, dass für zahlreiche Ausfallsrisiken die Beiträge von Feldtests unverzichtbar sind. Die a-priori bekannten Ausfalls-Risiken werden durch fokussierte Tests adressiert, um die Komponenten und Sub-Systeme auf möglichst hohen Reifegrad zu heben. Negative Überraschungen im Feld durch neuartige Ausfallsmechanismen oder durch unerwartete Betriebslastfälle sind damit aber nicht abgedeckt. Dafür braucht es ergänzend den „agnostischen Zugang“, der von konkreten Schädigungsmechanismen absieht und als Zielvorgabe das Langzeit-Systemverhalten unter möglichst heterogenen aber realistischen Bedingungen abtestet.

Nutzen Sie Feldversuche, um unangenehme Überraschungen zu vermeiden 

  • Feldversuche sind als Abschluss der Systemvalidierung sinnvoll, wenn sie unter realistischen Bedingungen durchgeführt werden. Dann sind sie repräsentativ und fragen nach allen Risken – primär nach den bis dahin noch Unbekannten.
  • Feldversuche sollen daher nicht gerafft sein, damit sie gerade nicht eine Teilmenge der bekannten Risken adressieren. Sie sollten repräsentativ gefahren werden, was zur Folge hat, dass sie pro Jahr Laufzeit nur ca. 8.000h des zukünftigen Betriebs abdecken.
  • Für B2B Anwendungen (Eisenbahn, Baumaschinen) ist der verfügbare Zeitraum für Feldtests viel kürzer als die Lebensdauer-Ziele. Ihr Beitrag zum Nachweis der Zuverlässigkeit ist daher begrenzt, aber das ist auch nicht das primäre Ziel der Feldtests.
  • Feldtests sollen das aufspüren, was alle vorherigen Aktivitäten nicht detektieren konnten. Daher dürfen in Feldtests auch keine Ausfälle durch bekannte Schadarten auftreten, denn diese müssen in den vorgelagerten Aktionen schon detektiert und beseitigt worden sein. Feldtests ermitteln also auch die Qualität des Entwicklungs-Prozesses.
  • Verschieben Sie Feldtests daher bis ein ausreichend hohes Zuverlässigkeits-Niveau mit Simulation und Prüfstands-Tests nachgewiesen wurde. Starten Sie erst mit ausgereiften Komponenten und fahren Sie (einige) Tests über den SoP hinaus, um die Lebensdauer-Ziele zu überdecken.

Bestimmen Sie die Degradationen für Lebensdauer-Berechnung 

Die langen Überholungs-/Garantie-/Lebensdauern der B2B Produkte sind für die meisten Ausfallrisiken nicht durch Feldtests abdeckbar. Diese Tests enthalten jedoch viele Informationen über das tatsächliche Schädigungsgeschehen unter realistischen Lastbedingungen. Werten Sie diese Information systematisch aus:

  • Messen Sie die Belastungs-Größen, die für die verschiedenen Schädigungsmechanismen (Verschleißrate, thermische Alterung, Ermüdung, etc.) relevant sind.
  • Testen Sie kritische Komponenten nach dem Feldtest auf dem Prüfstand bis zum Ende seiner Lebensdauer. Bewerten Sie quantitativ den Anfangs-, wenn möglich den Zwischen- und den Endzustand von Komponenten.
  • Kalibrieren Sie die Lebensdauer-Modelle mit diesen Messwerten und bewerten Sie die reale Belastbarkeit der Komponenten.

Für weniger als 10% der Testkosten erhalten Sie aus diesen Analysen eine – ansonsten nicht verfügbare – Basis für die Lebensdauerberechnung und darüber hinaus auch für die Kalibrierung der Risiko-fokussierten Flotten-Überwachung. 

Überwachen Sie die Flotte, um ungeplante Ausfälle zu verhindern 

Degradation führt zu einer graduellen Änderung des Systemlastverhaltens. Schädigungs-Indikatoren sind z. B. Bauteil-Temperaturen, System-Effizienz, Last-Antwort, usw. Verhindern Sie ungeplante Ausfälle, indem Sie diese Indikatoren beobachten.

  • Identifizieren Sie, welche Indikatoren für welche Ausfallsrisiken nützlich sind (basierende auf einer Ausfalls-Potential-Analyse). Überwachen Sie diese Zeitreihen schon während der Dauerläufe. Damit schaffen Sie eine robuste Referenz für das Sollverhalten des Produkts.
  • Analysieren Sie den Zeit-Verlauf der Indikatoren (z.B. mit der Software Uptime HARVEST), um Degradation zu identifizieren.
  • Ziehen Sie verdächtige Produkte aus dem Verkehr bevor diese ausfallen. Prüfen Sie, ob die Degradation aus der Lastgeschichte erklärbar ist oder ob ein Qualitätsproblem vom Indikator aufgedeckt wurde.

Rollen Sie diese Überwachung aus und steuern Sie damit die präventive Flotten-Instandhaltung (CMB, PDM)

Nutzen

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Bewertung der Effizienz des Entwicklungs-Prozesses

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Vermeidung von Serienschäden im Feld

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Trigger für zustandsbasierte und für prädiktive Flotten-Wartung

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