AN INITIATIVE OF PRODUCED BY bilder/2018/2.2.6 - Presentation... · ‐ RCM ‐ RCA ‐ RBI ‐...

Post on 15-Jul-2019

212 views 0 download

transcript

AN INITIATIVE OF PRODUCED BY

Session :

Andreas MarhaugHead of applied digitalization 

MainTech AS

Gunnar Andreas AarvoldManager Business Development

MainTech AS

2.2.6

Remaining Useful Life Prediction –Lessons learned from aluminum production 

Copyright © 2018 by MainTech AS      All rights reserved.This presentation or any portion thereof may not be reproduced or used in any manner whatsoever without the express written permission of the author or rights holder.

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 2

MainTech – NorwayPractical solutions to genuine needs. Always!

2000

2014

2016

Mo i Rana

Molde

Trondheim

> 40 000 employees 

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 3

MainTech – NorwayPractical solutions to genuine needs. Always!

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 4

MainTech:     Practical                 , to genuine  . Always.

‐ Project management‐ Engineering‐ Materials‐ FMECA

‐ Lean‐ Applied digitalization‐ Corrosion monitoring‐ Supply chain optimizing 

‐ Courses and coaching‐ Organizational 

development‐ Lean

‐ RCM‐ RCA‐ RBI‐ CMMS

Solutions? 

OPTIMIZED AND RELIABLE OPERATIONGoal

Design Operational context Human MaintenanceNeeds

solutions needs

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 5

MainTech – Continues developing Competence

A fantastic week‐ visit from Nancy Regan

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 6

MainTech – Continues developing competence

Practical solutions to genuine needs. Always!Mark Brian Chris Rik Plattel

Brian Oxnham and Mark Horton visiting MainTech 2018 

Chris James and Rik Plattelvisiting MainTech 2017

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 7

Norwegian Society of MaintenanceMainTech ‐ Proud member

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 8

Agenda Evolution of maintenanceWhy predictive maintenanceMachine learning vs mathematical models  Case study: Digitalization of aluminum production 

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 9

Evolution of Maintenance

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 10

“30 % of periodic maintenance is unnecessary. 

Another 30 % might be damaging.” ‐ Emerson

“85 % of equipment fail despite calender based 

preventative maintenance” – Boeing

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 11

Team Norway alpine ski team

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 13

Practical solutions to genuine needs. Always!

RCM

ML

Lean

RBI

More…

RCA

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 14

Predictive maintenance

Many factors affect reliability:Maintenance routinesOperations

ClimateMore… 

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 15

Predictive maintenance

Many factors affect reliability:Maintenance routinesOperations

ClimateMore… 

Preventive maintenance 

Time

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 16

Predictive maintenance

Many factors affect reliability:Maintenance routinesOperations

ClimateMore… 

Preventive maintenance?? 

Time

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 17

Internet of things for maintenance professionals

Collect and analyze data

Predict technical condition 

Avoid expensive breakdowns and unnecessary maintenance 

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 18

Machine learning definition 

"Field of study that gives computers the ability to learn without being explicitly programmed“

Arthur Samuel 1959

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 19

Mathematical models vs machine learning

Works well for simple relationships For more complex relationships we need to make assumptions 

Can describe more complex relationships No assumptions  No mathematical proof

Dataset

Mathematical proof

X          f(x)          y 

Dataset

Learning algorithm

X          h(x)          y 

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 20

ML for maintenance is a multi‐disciplinary process

Pre‐processing of data

Raw data

Raw data

Raw data

Prediction model

Data scienceUnderstanding of data science

Characteristics / DegradationContext

Maintenance organization

Domain knowledge maintenance

Data science knowledge

Train ML algorithms

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 21

Source: http://www.tylervigen.com/spurious‐correlations

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 22

Diagnostics methods Knowledge based Data driven 

Deterministic Model BasedPhysical and chemical calculation models

Simple Statistical MethodsControl limits / Variance / covariance / correlation / anti correlation, etc.

Cause effect basedIchikawa, RCM/FMEA, FTA, ETA, + 5W

Advanced (Linear and Nonlinear) Model BasedSet of I/O data, NN, FL, Kalman mm.

Test and event basedMeasurements, Alarms and Assessments

Supervised Machine LearningLearning set of I/O Error Signature, Pattern Recognition andclassification algorithms

Rule/experience basedFMSA – expert systems

Unsupervised Machine learningOnly the relationship between input variables, algorithms

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 23

Applied digitalization for maintenance use cases

*example photos, not directly related to specific projects

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 24

Alcoa Mosjøen – “the sexy little thing up north” 

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 25

Alcoa Mosjøen machine learning for maintenanceProject objectives  Can we use existing data for machine learning  If not, what data do we need to collect in the future, and how? 

Data  Ten years of operation or anode factory

Vision for the future  All failures are known in advance Correct maintenance is done at exactly the right time

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 26

ML for maintenance is a multi‐disciplinary process

Pre‐processing of data

Raw data

Raw data

Raw data

Prediction model

Data scienceUnderstanding of data science

Characteristics / DegradationContext

Maintenance organization

Domain knowledge maintenance

Data science knowledge

Train ML algorithms

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 27

Predicting remaining useful life of equipment 80% of data is used for training the model  20% year data is used for testing the model 

Observed remaining useful life is represented as blue lines  Predicted remaining useful life is represented as orange dots Ideally the orange dots should trace the blue line

Remaining

 useful life

 [hou

rs]

Time [operation cycles]

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 28

First model for predicting remaining useful life The model is trained on all available data

No relationships is observed We are not able to predict remaining useful life 

Time [month]Remaining

 useful life

 [hou

rs]

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 29

Fourth model for predicting remaining useful life The model is trained on a limited dataset  Domain knowledge and other methods is used to limit the dataset

In this model we can foresee 25% of failures

Time [month]

Remaining

 useful life

 [hou

rs]

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 30

Variables relative importance Input for shift plan Input for modifications Input for resource priorities  Input for spare parts Input for competency and training  Input for … 

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 31

Maintenance management process – NORSOK Z‐008

Goals and strategyHumans

Improvement measures

PlanningMaintenance program

KPI’s and acceptance criteria

Analysis

Execution

Reporting

Documentation

Supporting systems

Spare parts

Resources

Management and verification

Risk level Availability

Copyright © 2018 – Do not use without permission or proper licence from the author or rights holder 32

General conclusions Predictive maintenance can eliminate unnecessary maintenance and prevent breakdowns Combining diagnostics methods to find real correlations is key to effective predictive maintenance Machine learning for maintenance is a multidisciplinary process; including data scientist, maintenance engineer, and technician Machine learning affects all aspects of the maintenance management loop

Most important: There are no shortcuts to anywhere worth going!

AN INITIATIVE OF PRODUCED BY

C O N T A C T

Andreas MarhaugHead of applied digitalization 

MainTech AS

Gunnar Andreas AarvoldManager Business Development

MainTech AS

+47 950 36 070

andreas.marhaug@maintech.no

+47 982 09 752

gunnar.aarvold@maintech.no

Copyright © 2018 by MainTech AS      All rights reserved.This presentation or any portion thereof may not be reproduced or used in any manner whatsoever without the express written permission of the author or rights holder.