EVW II – Projekt Bi il lBeispielanalysen

Verbundprojekt

EVW IIEVW IIwww.evw-wind.deEVW II – Projekt

B i i l lBeispielanalysen

Möglichkeiten, Anforderungen und Nutzen einer firmenübergreifendenNutzen einer firmenübergreifenden

zentralen Wissensbasis

EVW ein Verbundprojekt, vom BMU gefördert© EVW-Projektkonsortium, Alle Rechte vorbehalten

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EVW IIRAMS-Analyse und KWB EVW IIwww.evw-wind.deSchwachstellenanalyse

OLAPOLAPZuverlässigkeitsreporteFMEAFehlerbaumanalysen (FTA)IH-OptimierungHitlistenRestnutzungsdauerprognose


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EVW IIOLAP - Ereignisse – WMEP(O li A l ti l P i ) EVW II

www.evw-wind.de

(Online Analytical Processing)

27. Oktober 2011 / Verbundprojekt EVW 3

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EVW IIHitliste RDS-PP EVW IIwww.evw-wind.de

Hitliste RDS PP


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EVW IIStörungshitliste RDS-PP- Ebene 3

EVW IIwww.evw-wind.de

LK 4 1000 KW <= P < 2000 KW


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EVW IIMittlerer Störungsabstand [Tage] Wi d EVW II

www.evw-wind.de

Windzonen


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EVW IIMittlerer Störungsabstand [Tage] L i t l EVW II

www.evw-wind.de

Leistungsregelung


Verbundprojekt

EVW IIMittlerer Störungsabstand [Tage] A l k t EVW II

www.evw-wind.de

Anlagenkonzepte


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EVW IIMittlerer Störungsabstand [Tage] Alt kl EVW II

www.evw-wind.de

Altersklassen


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EVW IIMittlerer Störungsabstand [Tage] A ählt RDS PP El t Eb 2 EVW II

www.evw-wind.de

Ausgewählte RDS-PP-Elemente Ebene 2


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EVW IIAnteil störungsbedingter Ereignisse

t b (Ei fl J h it ?) EVW IIwww.evw-wind.de

monatsbezogen (Einfluss Jahreszeit ?)


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EVW IIZuverlässigkeitsanalyse EVW IIwww.evw-wind.de

Generatorschleifringe/-bürsteng

RDS-PP:

=MKA10 GA001 -WD001


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EVW IIWas ist ein Lebensdauermerkmal?V lll t h E i Z it U d h k li t T b l ? EVW II

www.evw-wind.de

Volllast-h, Energie, Zeit, Umdrehungen, kumulierte Turbulenzen, ...?

3 Szenarien (Beispiel Zahnriemen) :3 Szenarien (Beispiel Zahnriemen) :a) Der Zahnriemen läuft 6 Jahre bei einer Laufleistung von 90000 km. Die Werkstatt empfiehlt den

Austausch.b) Der Zahnriemen läuft 6 Jahre bei einer Laufleistung von 30000 km. Was soll die Werkstattb) Der Zahnriemen läuft 6 Jahre bei einer Laufleistung von 30000 km. Was soll die Werkstatt

empfehlen?c) Der Zahnriemen läuft 2 Jahre bei einer Laufleistung von 90000 km. Was soll die Werkstatt

empfehlen?

Lebensdauermerkmaleine messbare oder berechenbare Größe, anhand derer sich der Abstand zwischen Inbetriebnahme und Ausfall möglichst gut widerspiegeln lässt.

Auswahlkriterium: minimaler Variationskoeffizient

6 Ausfälle mit gemessenen Laufzeiten und Laufleistungen:435686t i V 0 33

9510085708090s in tkm:

435686t in a: Vt = 0,33Vs = 0,12

Die Laufleistung ist als LD-Merkmal besser geeignet!


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EVW IILebensdauermerkmal,


Schadensakkumulation für WEA ?

Volllaststunden

Istleistung/Nennleistungg g

Lastwechsel (Windmengen)

...


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EVW IIBelastungskriterien (Stressfaktoren) fü WEA EVW II

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für WEA

Lastkollektive und LastwechselLastkollektive und Lastwechsel

Luft- und Massenkräfte

Turbulenzen und Böen

...


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EVW IIZuverlässigkeit Kohlebürsten



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EVW IIKennwertevergleich für verschiedeneA l t EVW II

www.evw-wind.de

Anlagetypen


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EVW IIErsatzteilbedarf Kohlebürsten


für 100 Anlagen


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EVW IILeistungsklassenbezogene Vergleiche EVW IIwww.evw-wind.de

Beispiel: Getriebetausch (EW in Jahren)


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EVW IIErsatzteilbedarf Getriebe für 100


Anlagen und 10 Jahre


Verbundprojekt

EVW IIEinsatzbezogene Vergleiche EVW IIwww.evw-wind.de

Beispiel: Getriebetausch (EW in Jahren)


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EVW IIW i F ll EVW IIwww.evw-wind.de

Weitere Fragestellungen

Triebstrang stall vs. Triebstrang pitch

Elektrisches System inkl Geno pitch vs stallElektrisches System inkl. Geno pitch vs. stall

Komponentenweise stall vs. pitch

Stahlturm vs. Gitterturm vs. Betonturm

Elektrisches System bei Pitch-Anlagen: feste y gDrehzahl vs. variable Drehzahl

Pitchsysteme: hydraulisch vs elektrischPitchsysteme: hydraulisch vs.elektrisch


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EVW IIEVW Kennwerte Bibliothek (KWB) EVW IIwww.evw-wind.de

EVW-Kennwerte-Bibliothek (KWB)

Analysemöglichkeiten, Nutzeffekte:y g ,

Schwachstellen, Kostentreiber

Risiken

Zuverlässigkeitsangaben

Instandhaltungsempfehlungen

Herstellervergleichg

Betreibervergleich

Konzeptvergleich

SStandortvergleich

Bewertung der Instandhaltungsqualität

Prämissen

Unabhängiges Benchmarking

Anonymisierte Datenverwendung

R ä t ti D t b i


Repräsentative Datenbasis

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EVW IIRAMS K öß EVW IIwww.evw-wind.de

RAMS-Kenngrößen⇒ Aussagen über die Zuverlässigkeit, die Verfügbarkeit, die Instandhaltbarkeit und die Sicherheit der betrachteten

Objekte (Fahrzeuge, Maschinen, Anlagen)

Ausgewählte Beispiele:

• Reliability (Zuverlässigkeit):Z lä i k it f ktiZuverlässigkeitsfunktionen,Ausfallraten

• Availability (Verfügbarkeit):M t fü b k itMomentanverfügbarkeit,Intervallverfügbarkeit,Dauerverfügbarkeit

• Maintainability (Instandhaltbarkeit):• Maintainability (Instandhaltbarkeit):Strategieoptimierung,Restnutzungsdauerprognosen,Ersatzteil- und Kapazitätsplanung

• Safety (Sicherheit):Top-Events,Wahrscheinlichkeiten sicherheitsrelevanter Ereignisse


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EVW IILCC K öß EVW IIwww.evw-wind.de

LCC-KenngrößenLCC (Life Cycle Cost)

G tk t di äh d d L b d i P d kt d E t i kl üb di P d kti d= Gesamtkosten, die während der Lebensdauer eines Produktes von der Entwicklung über die Produktion, den Betrieb, die Instandhaltung und die Entsorgung beim Hersteller und beim Betreiber anfallen.

⇒ in der Praxis:alle Kosten, die während der Nutzungsdauer eines Objekts beim Betreiber entstehen(I titi k t A f d fü B t i b I t dh lt E t )(Investitionskosten, Aufwendungen für Betrieb, Instandhaltung, Entsorgung)

⇒ i.d.R. nicht für einzelne Objekte, sondern nur für Objektklassen (Fuhr- oder Maschinenpark) aussagekräftig

Wichtigste Vertreter:

• Entwicklungskosten• Anschaffungskosten• Finanzierungskosteng• Betriebskosten• Instandhaltungskosten• Kosten der Unverfügbarkeit• Produktausfallkosten• Außerdienststellungskosten• Entsorgungskosten


• Kosten für Betriebs- und Instandhaltungsdatenerfassung und Auswertung

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EVW IIWissensübertragung von


Onshore/Nearshore auf Offshore-EinsatzDefinition von Stressfaktoren


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EVW IIWissensübertragung von


Onshore/Nearshore auf Offshore-EinsatzForcierte Lebensdaueranalysen - Quadrantenmodell


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EVW IIEVW IIwww.evw-wind.de

Restnutzungsdauerprognose

Voraussage der Restnutzungsdauer von WEA-Komponenten anhandvon WEA Komponenten anhand

Condition-Monitoring-Daten


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EVW IIEinordnung der


Restnutzungsdauerprognose

C diti M it i D tCondition-Monitoring-DatenSchwingungsanalyse, Partikelzähler, ...

Kennwerteverläufez.B. Zahnrad „A“, WEA-Typ „B“, Einsatzbedingung „C“, Kennwert = Amplitude bei Zahneingriffsfrequenzz.B. Zahnrad „A , WEA Typ „B , Einsatzbedingung „C , Kennwert Amplitude bei Zahneingriffsfrequenz

Effektivwert, Spitzenwert, Crestfaktor, Diagnosekennzahl, frequenzselektierte Amplituden (mit Harmonischen und Seitenbändern) aus Spektrum, ..., Partikelanzahl

Datumheute

Kritische GrenzeKG=Kenngröße

PrognosemodellRegel, nach der die aktuelle Zustandskurve zu extrapolieren ist

Datumheute

Kritische GrenzeKG

Ziel: genaue und sichere PrognosenDatumheute

Restnutzungsdauer

Instandhaltungsplanungoperativ, d.h. zu jedem Zeitpunkt anhand der aktuell festgestellten Prognosen durchführbar

Restnutzungsdauer


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EVW IIAufstellen von Prognosemodellen


Vorgehensweise:Vorgehensweise:1. Bekannte Kennwerteverläufe bereitstellen2. Gruppierung der Kennwerteverläufe nach Komponente, Fehlerart, Kennwert, WEA-Typ,

EinsatzbedingungenEinsatzbedingungen3. Erkennen und Formulieren von Gesetzmäßigkeiten pro Cluster

Regression

KG=f(LD)+ε

Autoregression

KG

LD

z.B. KG(LD)=a•LD²+b • LD+c+ε

LD

z.B. KGi=a1 • KGi-1+a2 • KGi-2+ε

Vor- und Nachteile:Modellparameter im Regressionsmodell sind normaler Weise von Randbedingungen abhängig, bei Autoregression dagegen zumeist nicht.uto eg ess o dagege u e st c tFür die Prognose mit Hilfe des Autoregressionsmodells bedarf es eines Prozessvorlaufs, bei der Regression dagegen nicht.In die Prognose mit Hilfe des Autoregressionsmodells geht die Vorgeschichte des aktuellen Kennwerteverlaufs mit ein bei der Regression dagegen nicht


Kennwerteverlaufs mit ein, bei der Regression dagegen nicht.

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EVW IIMöglichkeiten der Erhöhung der


Prognosesicherheit und -genauigkeit

Je geringer die Prozessstreuung desto höher dieJe geringer die Prozessstreuung, desto höher die Prognosesicherheit/ -genauigkeit

Wahl eines geeigneten Lebensdauermerkmals oder Einschränkung auf spezielle Belastungssituation

KG schnell drehendmittel drehend

langsam drehend b) 3 getrennte Prognosemodelle

a) LD-Merkmal Umdrehungen wählen

Zeit

langsam drehend

Verbesserung des PrognosemodellsHoher Stichprobenumfang bei der Schätzung des Prognosemodells

Einbeziehung der Prozesshistorie (autoregressives Modell)KG

Prognosebereich bei Beachtung der Prozesshistorie

Prognosebereich ohne Beachtung der Prozesshistorie


LD

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EVW IIZuverlässigkeitsorientierte EVW IIwww.evw-wind.de

Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung

Möglichkeiten und LösungenMöglichkeiten und Lösungen


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EVW IIZiele der Optimierung (I) EVW IIwww.evw-wind.de

Ziele der Optimierung (I)

Optimierung bedeutet gezielte Verbesserung des Ist-Zustands. p g g gKann man diesen Ist-Zustand und das Ziel beschreiben?

Reichen die vorhandenen Daten und Auswertungen dafür aus?

Datenerhebung vs. Kosten für Datenerhebung


Datenerhebung vs. Kosten für Datenerhebung

Verbundprojekt

EVW IIZiele der Optimierung (2) EVW IIwww.evw-wind.de

Ziele der Optimierung (2)

Kann man mit den vorhandenen Informationen und intelligenten A t b it i hti ät li h A i ?


Auswertungen bereits wichtige zusätzliche Aussagen gewinnen?

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EVW IIZiele der Optimierung (III) EVW IIwww.evw-wind.de

Ziele der Optimierung (III)

Oder ist es mit einer Erweiterung der Informationsbasis undOder ist es mit einer Erweiterung der Informationsbasis und neuen Tools möglich, einen verborgenen Datenschatz zu heben?

L h i h di d fü t di ät li h A f d ?Lohnen sich die dafür notwendigen zusätzlichen Aufwendungen? Wie genau muss man erfassen? Gibt es Synergieeffekte?


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EVW IIZuverlässigkeitsorientierte


Instandhaltung (ZIH)

Ausrichtung aller Instandhaltungsmaßnahmen am tatsächlichen Zuverlässigkeitsverhalten der

b t d T h ikzu betreuenden Technik

ZIH heißt nicht, dass alle Instandhaltungsobjekte ausschließlich

b d i t d h lt dvorbeugend instandgehalten werden.

ZIH setzt auf eine flexible Mischung der unterschiedlichen Instandhaltungsstrategien.


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EVW IIVerlauf der Abbaukurve (DIN 31051) EVW IIwww.evw-wind.de

Verlauf der Abbaukurve (DIN 31051)


Verbundprojekt

EVW IIKriterien für IH Strategie EVW IIwww.evw-wind.de

Kriterien für IH-Strategie


Verbundprojekt

EVW IIOptimierungspotential EVW IIwww.evw-wind.de

in der InstandhaltungErhöhung der Prozesstransparenz

Schwachstellenanalyse, Aufdeckung von Kostentreibern

Kenngrößensysteme zur Speicherung von Expertenwissen

Effizientes ManagementEffizientes Management Optimierung von Intervallen, Strategien und Arbeitsinhalten Restnutzungsprognosen

Auswertung von Diagnose-Daten

Abgesicherte KostenplanungZielkostenprognoseZielkostenprognose

Bevorratung von Ersatzteilen und Kapazitäten

Begründung von Budgets und Investitionen

Validierung von Verträgen

NutzungsdaueroptimierungBaugruppentausch


Baugruppentausch

Verbundprojekt

EVW IISimuwind: Managementwerkzeug für die


Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung

Betrachtungen zumBetrachtungen zum optimalen

Austauschzeitpunkt

(B i i l G t i b )(Beispiel Getriebe)


Verbundprojekt

EVW IIRanking von Komponenten in R t Li t “ EVW II

www.evw-wind.de

„Rote Liste“

Auf Basis von mehreren Kriterien (normiertes Baugruppenalter, u as s o e e e e e ( o e es aug uppe a e ,Restnutzungsdauer, …) erfolgt die Ausgabe „Rote Liste“ (Muster)


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EVW IIBündelung von IH Maßnahmen EVW IIwww.evw-wind.de

Bündelung von IH-Maßnahmen


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