Ansprechpartner
NGNI, IIoT, 23.09.2019
Dr.-Ing. Alexander Willner
Leiter Industrial Internet of Things (IIoT) Center
Geschäftsbereich NGNI
+49 30 3463-7116
Dipl.-Inform. Oliver Keil
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Geschäftsbereich NGNI

MRO 2.0 – Maintenance, Repair and Overhaul

Upgrade statt Reparatur

01. Jan. 2020 bis 31. Dez. 2022

Gasturbinen in Kraftwerken sind im Dauereinsatz und müssen enormen Belastungen standhalten können, daher spielt die kontinuierliche Überwachung und Instandhaltung eine große Rolle. Die Instandhaltung wird hierbei in speziellen Reparatureinrichtungen vorgenommen. Während die Einzelteile der Turbine überwiegend repariert werden können, findet bei den Reparaturmaßnahmen auch teilweise eine Erneuerung (Upgrade) einzelner Bestandteile statt.

Die wesentlichen Ziele der Verbundprojekts zusammengefasst:

  • Reparaturzeiten verringern, um Kosten zu reduzieren.
  • Bessere Verständnis für das Auftreten von Verschleiß, um eine bessere Planung von Instandhaltungsintervallen, aber auch eine stetige Verbesserung der eigentlichen Turbinenbestandteile zu ermöglichen.
  • Verlängerung der Lebenszeit von Turbinenbestandteilen, um Ressourcen zu schonen.

Der Einsatz von neuen Technologieansätzen, wie dem digitalen Zwilling (Digital Twin) und der additiven Fertigung (Additive Manufacturing, AM) zielt darauf, den Reparaturprozess einer Gasturbine grundsätzlich umgestalten zu können. Additive Fertigung erlaubt einen präziseren Fertigungsprozess und damit auch eine Verbesserung des Materials und schließlich auch des eigentlichen Produktes (Gasturbine mit ihren Bestandteilen). Mit dem digitalen Zwillings ist es möglich, ein Produkt (mit allen Bestandteilen), aber auch den gesamten Entstehungs- und Wartungsprozess zu digitalisieren.

Die entstandene digitale Repräsentation kann dann mit den Betriebsdaten des Kraftwerks kombiniert werden. Dies erlaubt eine gesamtheitliche Betrachtung des Produkts und des Produktprozesses und ermöglicht neben der allumfassenden Analyse der Daten des Produkts und der Produktionsprozesse auch die Erprobung von Verbesserungen in der Simulation. Damit wird die Instandhaltung zu einem: »Upgrade statt Reparatur«.

Wesentliche Forschungsfragen im Projekt:

  • Wie können Turbinenkomponenten während des Instandhaltungsprozesses mit Hilfe adaptiver und additiver Fertigungsverfahren nicht nur repariert, sondern zusätzlich auch verbessert werden?
  • Bezogen auf das spezielle Anwendungsfeld der Gasturbinen: Welche Erweiterungen und Neuansätze von adaptiven und additiven Fertigungsverfahren können erzielt werden?
  • Welche bestehenden Konzepte der Digitalisierung können auf den Instandhaltungsprozess von Gasturbinen angewendet werden, um diesen dynamischer gestalten zu können?
  • Welche Konzepte zur Digitalisierung fehlen oder müssten erweitert werden, um den Instandhaltungsprozess der Gasturbinen ganzheitlich erfassen zu können?
  • Wie können mittels Simulation im digitalen Zwilling neue Fertigungsverfahren erprobt werden und welche Ansätze zur Validierung der Simulationsresultate sind anwendbar?
  • Welche Möglichkeiten bietet die Simulation im Digitalen Zwilling um den Instandhaltungsprozessablauf verbessern zu können?

Heterogene Technologien für die Datenkommunikation

Offene Kommunikationssysteme spielen auch bei der Digitalisierung eine wesentliche Rolle. Sie werden benötigt, um Daten zwischen den verschiedenen Orten (Büros, Werkhallenabschnitten und Betriebsstandorten) frei austauschen zu können. Eine wesentliches Augenmerk legt Fraunhofer FOKUS dabei immer auch auf »heterogene« Ansätze und Technologien. Diese Offenheit erlaubt eine Zusammenführung von unterschiedlichen Technologien (Interoperabilität). Interoperabilität findet dabei nicht nur auf der Ebene der Anschlusstechnologien statt, sondern muss auch in höheren Ebenen der Datenkommunikation umgesetzt sein. Diese Heterogenität unterstützt auch zukünftige Weiterentwicklungen der digitalen Systeme.

Der Beitrag von Fraunhofer FOKUS im Verbundprojekt zusammengefasst:

  • Untersuchung der Ausbaufähigkeit von bestehenden Ansätzen und Konzepten von Kommunikationssystemen in Verbindung mit digitalen Zwillingen (Produkt- und Prozesszwillinge!)
  • Untersuchung von Ansätzen des digitalen Zwillings bzgl. Heterogenität.
  • Entwicklung von Ansätzen, Konzepten und einer Plattform für den Zugriff des digitalen Zwillings auf die Daten der Maschinen, im Instandhaltungsprozess und auch beim Betrieb der Turbinen.
  • Untersuchung der Anwendbarkeit von Digitalisierungskonzepten innerhalb der industriellen Fertigung auf Industriebereiche mit Manufakturcharakter.

Weiterführende Links: