Adaptive Modellbasierte Fehlererkennung
Aufgabe / Zielsetzung
Um den steigenden Forderungen an mobile Arbeitsmaschinen hinsichtlich Automatisierbarkeit und Effizienz gerecht zu werden, sind für die hydraulischen Antriebssysteme veränderte Systemstrukturen und ein erweiterte Stellgrößeneingriff erforderlich. Die stetig wachsende Komplexität der Maschinen darf dabei die Sicherheit von Personen im Arbeitsumfeld nicht beeinträchtigen. Ziel der Modellbasierten Fehlererkennung ist die permanente und echtzeitfähige Diagnose des Maschinenverhaltens, um eine unmittelbare Reaktion auf fehlerhafte Zustände und Komponentenausfälle zu ermöglichen, bevor diese zu gefahrbringenden Situationen führen.
Lösungsweg
Auf der Grundlage von echtzeitfähigen Modellen, die mit den begrenzten Rechenkapazitäten mobiler Steuergeräte ausführbar sind, werden ausgewählte Methoden der modellbasierten Fehlererkennung hinsichtlich ihrer diagnostischen Robustheit bei unterschiedlichen Modellierungstiefen, limitierter sensorischer Maschinenausstattung und variierenden Prozessbedingungen zunächst simulativ bewertet und anschließend am Versuchsstand umgesetzt. Die Analyse von Abweichungen zwischen Realsystem und Diagnosemodell ermöglicht nicht nur die Fehlerdetektion, sondern durch die Auswertung von Residuenräumen auch Rückschlüsse auf die Ursache der Abweichungen.
Ergebnisse
Im Projekt konnte eine robuste und einfach zu parametrierende Fehlererkennung auf Basis von 12 Paritätsgleichungen umgesetzt werden, die alle gefahrbringenden Fehlerzustände schnell und zuverlässig erkennt. Eine auf Expertenwissen aufbauende Fehlerlokalisierung ermöglicht die korrekte Identifikation fehlerhafter Komponenten mit bis zu 91% Lokalisierungsgenauigkeit. Darauf aufbauend wurden fehlerkompensierende Maßnahmen umgesetzt, um die Verfügbarkeit zu erhöhen. Die Ergebnisse konnten vollständig am Prüfstand verifiziert werden.
Das IGF-Vorhaben 20246 BR/1 der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Der Schlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. bezogen werden (Postanschrift: Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt am Main, E-Mail: info@fkm-net.de).