Weten wanneer een kabel breekt

LAPP Predictive Maintance Box

Onderdelen vervangen voordat ze kapotgaan, en dus onvoorziene stilstand vermijden – dat is de belofte van het 'predictive maintenance'. Maar hoe kun je bij een kabel de veroudering bepalen en voorspellen wanneer hij uitvalt? LAPP heeft een oplossing voor ethernetkabels ontwikkeld die volledig zonder veranderingen aan de kabels verbonden wordt.

Predictive Maintenance is een van de eerste en meest veelbelovende toepassingen van de digitalisering in fabrieken en van Industrie 4.0. In plaats van de onderdelen pas bij reactief onderhoud te wisselen, als de machine al stil staat, of zoals bij het voorkomende onderhoud onderdelen te vervangen die nog functioneren, is het predictive maintenance gebaseerd op sensorgegevens, die het mogelijk maken een conclusie te trekken uit de daadwerkelijke leeftijd van het onderdeel. De vraag hoe je predictive maintenance kunt omzetten, geldt ook voor verbindingssystemen. Ook als kabels normaal gesproken vele jaren meegaan, kan je een uitval niet 100% uitsluiten, vooral bij veeleisende toepassingen. De betekenis van de bekabeling mag daarbij niet onderschat worden. Een onderdeel, dat slechts enkele euro’s kost, kan een volledige productie lamleggen. Dit kan tot hoge kosten leiden. „Daarom willen wij een oplossing bieden die zich meldt voordat een kabel uitvalt“, zegt Guido Ege, Hoofd Productmanagement en -ontwikkeling bij LAPP.

Focus op ethernetkabels

Ethernetkabels, nog afgezien als ze in kabelrupsen gelegd zijn, lopen op basis van hun complexe opbouw en de noodzakelijke hoogfrequentie-eigenschappen meer risico op uitval dan bijvoorbeeld voedingskabels. Zo leidt een gebroken afscherming tot verhoogde storingen door EMC. Als litzen breken, neemt de demping toe en daalt de hoeveelheid data af. Bij een complete breuk van de ader volgt een totale uitval van de communicatie. Het team van Guido Ege heeft zich daarom op ethernetkabels geconcentreerd en daarvoor een predictive maintenance oplossing ontwikkeld. We hadden als doel, het optimale tijdstip te berekenen om een kabel te vervangen en het tijdstip zo te kunnen plannen, dat de productie zo min mogelijk gestoord wordt. Daarvoor werden de overdrachtseigenschappen van datakabels nagekeken en uit de veranderingen werd de te verwachten levensduur bepaald. „Wij willen ertoe bijdragen fabrieken smart te maken en daarbij is predictive maintenance een belangrijk thema”, aldus Ege.

Oplossing zonder opofferingsaders

Het was noodzakelijk, een meetprincipe te ontwikkelen dat zonder verandering aan de kabel functioneert en dus zonder extra meet- of opofferingsaders in de kabel. Dat willen de gebruikers niet, want die extra aders betekenen extra kosten en tijd tijdens de installatie. De oplossing moest enkel via een protocol en een speciaal algoritme gebeuren. Zodoende kunnen standaard-ethernetkabels zoals standaard-connectoren als RJ45 of M12 gebruikt worden. De installateur sluit de kabels zoals gewoonlijk aan en hoeft geen extra opofferingsaders te verbinden. Deze manier van werken heeft als voordeel, dat ook een Retrofit bij bestaande installaties mogelijk is.

Die meting vindt in de zogenaamde PMBX (Predictive Monitoring Box) plaats. De PMBX heeft twee
ethernetpoorten en wordt eenvoudig aan het begin van de te controleren ethernetkabel aangebracht. De gegevenspakketten worden transparant van de ene ethernetpoort naar de andere poort overgedragen, nagenoeg zonder vertraging. Voor een aangesloten SPS is de PMBX niet zichtbaar, ze heeft geen invloed op de gegevensoverdracht. Ze is zodoende ook geschikt voor bestaande installaties, zonder dat er aanpassingen aan de software of aan de SPS nodig zijn.

LAPP Predictive Indicator

De uitvalprognose is gebaseerd op vier parameters die relevant zijn voor overdracht. Daaruit wordt de LAPP Predictive Indicator berekend. Door het meten van meerdere groottes worden plausibiliteitstesten mogelijk. Zo kunnen foute interpretaties van meetwaardes tot een minimum beperkt worden. Het predictive maintenance systeem gebruikt Deep Learning. Voor de kabelrupsen van LAPP werden in het eigen testcentrum miljoenen meetwaardes verzameld en aansluitend door mathematische algoritmes geanalyseerd. De gegevens worden lokaal op een PC tijdens het ontwikkelingsproces door LAPP geanalyseerd. Dat kan later natuurlijk ook in de cloud gebeuren, als de klant dat wil. Hoe meer gegevens voorhanden zijn, hoe preciezer de voorspelling wordt. Het systeem is zelflerend. Na het verzamelen van gegevens over een periode van slechts enkele weken in het eigen testcentrum bereikte LAPP een voorspellingsprecisie van de kabeluitval van enkele uren tot meerdere dagen. Als de uitval van de kabel valt te voorspellen dan kan de wissel gepland worden. De instandhouding is beschikbaar, het reserveonderdeel is besteld en er wordt een tijdstip gekozen waarop de machine toch niet draait, bijvoorbeeld tijdens een ombouw of tegelijk met andere onderhoud.

Op de Hannover Messe 2019 heeft LAPP het nieuwe predictive maintenance systeem met succes in het futureLab geïntroduceerd. „We zijn met enkele geïnteresseerden en pilotklanten in gesprek, met wie we onze oplossing in concrete toepassingen willen integreren en toespitsen op de klanten“, aldus Guido Ege, „bij de volgende stap willen we een passend bedrijfsmodel ontwikkelen.“

Het succes dankt LAPP niet in de laatste plaats aan een nieuw innovatieproces: Innovation for Future. Daarmee wil het bedrijf ook radicale en disruptieve innovaties realiseren, waarvoor bijvoorbeeld een klassiek Stage-Gate-proces niet geschikt is. Er zijn drie eisen voor Innovation for Future: er moet een technische oplossing voorhanden zijn, je moet met minstens één potentiële klant spreken en er moet een Business Model Canvas uitgerold zijn. Guido Ege is optimistisch, dat LAPP met Innovation for Future vergaand zal veranderen en zich verder zal ontwikkelen van aanbieder van fysieke producten tot een aanbieder van systeemoplossingen. „Innovation for Future schept daarvoor de vrije ruimte.“

Het voor de ontwikkeling van de PMBX verantwoordelijke team won de LAPP Internal Innovation Award, de Eddie Lapp Award. "Dat is werkelijke innovatie en Industrie 4.0", zegt Ralf Moebus, Hoofd Productmanagement Industrial Communication, over het project.