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Dec 13, 2023

Bluetooth-Geräte helfen bei der Umsetzung industrieller Projekte

Der Einsatz von Bluetooth-fähigen Geräten bei manuellen Arbeitstätigkeiten hat eine große Bedeutung

Der Einsatz von Bluetooth-fähigen Geräten bei manuellen Arbeitstätigkeiten hat in zahlreichen Branchen erhebliche Auswirkungen auf Sicherheit, Transparenz und Qualität. Viele Unternehmen haben im letzten Jahrzehnt die Notwendigkeit der Digitalisierung erkannt. Dieser Digitalisierungstrend wurde durch die COVID-19-Pandemie weiter beschleunigt, die für Unternehmen eine wertvolle Gelegenheit bot, aktuelle Arbeitspraktiken zu überprüfen und zu verbessern. Bei Cumulus sahen wir eine zunehmende Einführung von BLE-fähigen Technologien (Bluetooth Low Energy), die die Erstellung digitaler Arbeitsabläufe, die Erfassung von Felddaten und die Bestätigung des Arbeitsfortschritts ermöglichten. Dies wiederum ermöglichte den Unternehmen eine verbesserte Arbeitsqualität, Einsparungen bei den Arbeitsstunden und eine Reduzierung der Nacharbeit. Aus diesem Grund gibt es für Bluetooth Low Energy viele industrielle Anwendungsfälle.

„Der Einsatz von Bluetooth-fähigen Geräten bei manuellen Arbeitstätigkeiten hat in zahlreichen Branchen erhebliche Auswirkungen auf Sicherheit, Transparenz und Qualität.“

Ende 2016 arbeitete ein großes Energieunternehmen an einer LNG-Anlage, die über dem Budget und im Zeitplan lag. Die Führung des Unternehmens wusste, dass dies bei seinen Kapitalprojekten üblich war, und wollte endlich etwas dagegen unternehmen. Folglich wurden Studien unter Einsatz von Systemtechnik initiiert, um das Problem besser zu verstehen, es zu zerlegen und wirksame Lösungen vorzuschlagen. Anhand der LNG-Anlage als Fallstudie kristallisierten sich gemeinsame Themen heraus:

Besonders betroffen waren die mechanischen Abläufe und die Integrität; insbesondere gemeinsame Montage. In den meisten Einrichtungen werden die Verbindungen von Handwerkern, manchmal auch Monteuren genannt, montiert. Die Verbindungen müssen von qualifizierten Fachkräften überprüft werden. Die Daten aus dem gemeinsamen Montageprozess müssen zu Compliance- und Auditzwecken erfasst und dokumentiert werden.

Der ASME PCC-1-Standard empfiehlt Transparenz, Aufzeichnungen und die Einhaltung etablierter Richtlinien als drei Komponenten, die für ein einwandfreies Anziehen von Schraubverbindungen sorgen. Daher verfügen ausgereifte Anlagen in der Regel über einen Flanschmanagementplan, der technische und verfahrenstechnische Kontrollen beschreibt, die die Verbindungsmontageprozesse regeln.

In einer typischen Chemieanlage oder Ölraffinerie gibt es regelmäßige Wartungsintervalle, die als Turn-Around-Wartung (TAM) bezeichnet werden. Bei einer TAM-Veranstaltung werden ganze Anlagenteile für die Dauer von vier bis acht Wochen stillgelegt. Es werden große Armeen von Arbeitern eingesetzt, von denen einige möglicherweise noch nie zuvor in einer Fabrik gearbeitet haben. Sie werden für die Durchführung kritischer manueller Arbeiten geschult und eingesetzt, zu denen die Demontage, Wartung und Wiedermontage von Verbindungen gemäß den Standardarbeitsanweisungen des Standorts gehören.

Dieser Prozess erfordert eine sorgfältige Überwachung, daher sind Inspektoren und Qualitätssicherungsingenieure erforderlich. Trotz der etablierten technischen und verfahrenstechnischen Kontrollen kommt es zu einer hohen Nacharbeitsrate und in einigen Fällen zu Stillständen aufgrund von Lecks, die durch Fehler bei Wartungsarbeiten verursacht wurden. In allen Fällen können die Probleme auf eine dieser drei Grundursachen zurückgeführt werden:

Branchendaten deuten darauf hin, dass 30 Prozent der manuellen Arbeit nicht korrekt ausgeführt werden, wodurch jedes Jahr über 625 Milliarden US-Dollar verschwendet werden. Darüber hinaus werden durch vermeidbare Unfälle jedes Jahr schätzungsweise 170 Millionen Tonnen Treibhausgasemissionen freigesetzt, was 36 Millionen Autos entspricht (GEC-Studie 2021).

Schließlich kosten ungeplante Ausfallzeiten Industrieanlagenbesitzern durchschnittlich 260.000 US-Dollar pro Stunde (GE/ServiceMax 2019). Erschwerend kommt hinzu, dass Bau- und Betriebsteams nicht genügend qualifizierte Arbeitskräfte finden können.

Laut der AGC 2021 Workforce Survey benötigt die Branche im Jahr 2022 2,2 Millionen zusätzliche Arbeitskräfte, aber 72 Prozent der Auftragnehmer berichten, dass sie Schwierigkeiten haben, qualifizierte Kandidaten zu finden. S&P Global 2020 gibt an, dass der Great Crew Change eine „demografische Zeitbombe“ ist, die die Einführung von IoT, KI und AR vorantreibt. Unabhängig davon stellen die am häufigsten verwendeten digitalen Lösungen die Arbeitsqualität nicht sicher.

Glücklicherweise gibt es eine Möglichkeit, alle drei Probleme der Digitalisierung anzugehen. Die Art der manuellen Arbeit wird immer von vorübergehenden Arbeitskräften abhängen. Dies bedeutet, dass eine kontinuierliche Schulung und Verstärkung des Gelernten erforderlich ist.

Wenn Daten so erfasst werden, dass sie zeigen, wie die Arbeit ausgeführt wurde, verfügt ein qualifizierter Prüfer über die notwendigen Informationen, um die Qualität der ausgeführten Arbeit zu beurteilen, ohne physisch anwesend zu sein.

Die Datenkonnektivität stellt eine Echtzeitverbindung zwischen Außendienst- und Büromitarbeitern her und ermöglicht es Inspektoren und Vorgesetzten, den Arbeitsfortschritt in Echtzeit zu verfolgen. Dies sorgt für Transparenz auf allen Arbeitsebenen; von der Person, die die Arbeit ausführt, bis zu der Person, die sie inspiziert. Auf diese Weise kann die ASME-Empfehlung zu Transparenz, Aufzeichnungen und Einhaltung von Richtlinien eingehalten werden.

Bluetooth-fähige Werkzeuge waren ein entscheidendes Mittel zur Felddatenerfassung. Bei der Verbindungsmontage wird ein digitaler BLE-Drehmomentschlüssel verwendet, um das Drehmoment zu verfolgen, das auf einzelne Schrauben an jeder verbundenen Verbindung ausgeübt wird. Der Schraubenschlüssel ist mit einem mobilen Gerät gekoppelt.

Die Konstruktionsdaten für die Verbindung werden in die Anwendung heruntergeladen, die den Arbeiter mithilfe des Arbeitsablaufs über die Anzahl der Durchgänge, das Anzugsmuster und den Drehmomentwert anleitet, der bei jedem Durchgang angewendet werden soll. Dadurch wird die dem Arbeitnehmer bereits angebotene Ausbildung gestärkt.

Die Möglichkeit, mit einem Bluetooth-fähigen Gerät zu kommunizieren, ist ein Unterscheidungsmerkmal, da sie es einem Prüfer ermöglicht, das tatsächlich auf jede Schraube ausgeübte Drehmoment zu sehen, was ein bisher nicht erreichbares Maß an Transparenz bietet. Nach Abschluss der Arbeiten werden die zugehörigen Daten auf einen Server hochgeladen. Über einen Webbrowser kann ein Prüfer alle mit der durchgeführten Arbeit verbundenen Daten anzeigen, einschließlich eines automatisch generierten Abschlussberichts.

Das Bluetooth Low Energy-Protokoll ist hauptsächlich für Verbraucheranwendungen geeignet. Daher werden die meisten handelsüblichen GATT-Profile für die Verwendung mit Verbraucherprodukten erstellt. GATT-Profile haben den Vorteil, dass sie Standardkommunikationsverträge bereitstellen, sodass Verbraucher herstellerunabhängig sein können.

Ein Verbraucher kann ein Gerät von jedem Hersteller kaufen und erwarten, dass es funktioniert (Plug-and-Play). Der Punkt-zu-Punkt-Charakter der Bluetooth-Konnektivität ist besonders in industriellen Umgebungen von Vorteil, in denen Netzwerkkonnektivität größtenteils nicht verfügbar ist. Mit Bluetooth Low Energy verbundene Geräte bieten mehrere praktische Vorteile:

Mithilfe der über Bluetooth verbundenen Technologie zur Verfolgung von Flanschbaugruppen konnten wir eine Leckrate von etwa 0,1 Prozent feststellen, was im Vergleich zu den Leckraten von über 10 Prozent, die bei Projekten mit herkömmlichen Methoden häufig auftreten, leicht eine 100-fache Reduzierung der Leckrate darstellt. Darüber hinaus wurde bei einem Projekt geschätzt, dass 768.000 Tonnen Treibhausgasemissionen eingespart wurden, indem undichte Flanschbaugruppen vermieden wurden. Darüber hinaus konnten durch die Vermeidung von Nacharbeiten Tausende von Arbeitsstunden und Arbeitskosten in Millionenhöhe eingespart werden.

Im Jahr 2016 gab es nur wenige industrielle Drehmomentschlüssel mit BLE-Schnittstelle. Führende Marken stellen Schraubenschlüssel mit einzigartigen Kommunikationsprotokollen wie HART, Bluetooth SPP und Kommunikation über serielle Schnittstellen her. In allen Fällen war die Tool-Schnittstelle einzigartig und erforderte Anpassungen sowie zusätzliche Hardware für die Datenschnittstelle. Die Kommunikationsschnittstelle ist nicht darauf ausgelegt, die Art von Informationen bereitzustellen, die für das Workflow-Management nützlich sind. Darüber hinaus gab es keinen serienmäßigen, eigensicheren, digitalen Drehmomentschlüssel mit Bluetooth.

Der Einsatz von Bluetooth-fähigen Werkzeugen hat die industrielle Digitalisierung maßgeblich vorangetrieben und ermöglicht die Erfassung von Echtzeitdaten, Qualitäts- und Fortschrittsdaten auf Arbeiterebene. Während der besprochene Anwendungsfall die gemeinsame Montage war, gelten die gleichen Probleme für Arbeitsprozesse, die technische und verfahrenstechnische Kontrollen zur Gewährleistung von Qualität und Sicherheit erfordern. In diesen Anwendungsfällen können ähnliche Einsparungen erzielt werden. Es gibt jedoch Herausforderungen, deren Bewältigung die Einführung BLE-fähiger Geräte erleichtern wird. Für die meisten Industriewerkzeuge gibt es keine Standard-GATT-Profile. Die Erstellung solcher Profile bietet folgende Vorteile:

Für die weitere Weiterentwicklung innovativer industrieller Digitalisierungslösungen ist Bluetooth eine starke Lösung. Die Erstellung von GATT-Profilen und Bluetooth-Protokollen für Industriewerkzeuge wie Drehmomentschlüssel, Hydraulikpumpen und digitale Tags wird die Akzeptanz in der Industrie nur noch steigern.