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Smart Maintenance. Konzept und Bewertung eines Treibers der Industrie 4.0

Masterarbeit 2016 159 Seiten

BWL - Beschaffung, Produktion, Logistik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis ... 5

Abbildungsverzeichnis ... 6

Tabellenverzeichnis ... 7

Glossar ... 8

1 Einleitung ... 11
1.1 Ausgangssituation ... 11
1.2 Zielsetzung der Arbeit ... 12
1.3 Aufbau der Arbeit ... 12

2 Grundlagen ... 15
2.1 Instandhaltung ... 15
2.2 Industrie 4.0 ... 35
2.3 Zwischenfazit Grundlagen ... 42

3 Smart Maintenance ... 43
3.1 Smart Maintenance als Wegbereiter der Industrie 4.0 ... 43
3.2 Transformationsbedarf der Instandhaltung ... 55
3.3 Zwischenfazit Smart Maintenance ... 64

4 Handlungsfelder für die Smart Maintenance ... 66
4.1 Der Instandhalter der Industrie 4.0 ... 66
4.2 Sensorik ... 82
4.3 Datenmanagement ... 88
4.4 Assistenzsysteme ... 108
4.5 Zwischenfazit Handlungsfelder ... 123

5 Abschlussbetrachtung ... 130
5.1 Zusammenfassung ... 130
5.2 Fazit und Ausblick ... 131

Literaturverzeichnis ... 133

Bildquellen ... 157

Anhang ... 158
Anhang A1: Analysierte Beratungsunternehmen ... 158
Anhang A2: Weitere Analysen ... 159

1 Einleitung

Die vorliegende Arbeit setzt sich mit der Bewertung und der Entwicklung eines Konzeptes für die Smart Maintenance auseinander. Einführend wird in diesem Kapitel die Ausgangssituation erörtert (Kap. 1.1) und die daraus folgende Zielsetzung konkretisiert (Kap. 1.2). Im Anschluss erfolgt eine Erläuterung zum Aufbau der Arbeit (Kap. 1.3).

1.1 Ausgangssituation

Die vierte industrielle Revolution wird die prozessualen Abläufe der Industrie signifikant verändern. Technologische Innovationen sowie die neuartige Kombination und Integration von bereits existierenden Technologien, Verfahren, Methoden und Konzepten kreieren die Grundlage für eine systemische Entwicklung, welche technische Abläufe und betriebswirtschaftliche Prozesse miteinander zu vereinen sucht. Das Ziel ist die fortschreitende Automatisierung und Autonomisierung der Produktion.

Ob der Bezeichnung „Industrie 4.0“ ist deren Entwicklung bisher als einseitig produktionsgetrieben zu charakterisieren, wobei die Instandhaltung wenig oder als Appendix der Produktion nur mittelbar an diesem Prozess beteiligt ist. Dabei zeigt das Beispiel des nach dem Prinzip des Lights-Out manufacturing vollautomatisierten Produktionsstandortes von Siemens im deutschen Amberg, dass die Instandhaltung auch hier ein essentieller Bestandteil industrieller Produktion ist (vgl. [Hessman 2013]). Denn auch für neue Technologien und Produktionsverfahren gilt:

„All Systems will fail, the only question is when, and how frequently.”
[Randelius 2012]

Folglich nimmt die Instandhaltung auch in der Industrie 4.0 durch die Gewährleistung von Arbeitssicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der technischen Einheiten von Industrieunternehmen eine strategische Rolle zur Sicherstellung des Unternehmenserfolges ein. Dabei liegen gerade in diesem Bereich durch den Einzug von eingebetteten Systemen mit computerintegrierten Rechenkapazitäten und Sensoren, theoretisch nahezu unbegrenzten Speicher- und Netzkapazitäten sowie dem generellen Preisverfall elektronischer Hardware hohe Potenziale für die Steigerung der Effektivität und Effizienz auf Basis der künftigen Informationsfülle und Prozesstransparenz. Kürzere Stillstandzeiten ergeben höhere Auslastungsmöglichkeiten, die frühzeitige Vorhersehbarkeit von Störungen erhöht die Robustheit und Zuverlässigkeit der Produktionsplanung und erweitert zugleich das Reaktions- und Handlungsvermögen der Instandhaltung. Unabhängig davon gilt, ob in Hinsicht auf Inspektion, Wartung, Instandsetzung oder Verbesserung technischer Einheiten: die Industrie 4.0 bietet schon auf den ersten Blick eine hohe Optimierungsvielfalt – sowohl für die Instandhaltung und deren Entwicklung zur Smart Maintenance als auch für die Produktion als Profiteur der Smart Maintenance – die bisher nicht erschlossen wird. Die hauptsächliche Ursache dafür ist, dass die existierenden Potenziale entweder nicht mit der Smart Maintenance in Verbindung gesetzt werden oder deren Bedeutung und Auswirkungen nur unzureichend bekannt quantifiziert sind.

1.2 Zielsetzung der Arbeit

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, die mit den Auswirkungen der Technologien und Mechanismen der Industrie 4.0 bisher primär im Kontext der Produktion identifizierten Potenziale auf die Smart Maintenance zu projizieren und zu illustrieren. Dazu gilt es, die konkreten Anforderungen der Industrie 4.0 an die Smart Maintenance zu spezifizieren und den daraus resultierenden Adaptionsbedarf der Instandhaltung abzuleiten. Als Ergebnis dieser Analyse werden Handlungsfelder identifiziert sowie deren Potenziale für die Smart Maintenance über eine Meta-Analyse bestehender Publikationen in Bezug auf Entwicklungen im Kontext der Industrie 4.0 inhaltlich qualifiziert und quantifiziert. Auf diese Weise sind treffende Konzeptvorschläge zur Implementierung der Smart Maintenance im Kontext der Handlungsfelder zu erarbeiten.

1.3 Aufbau der Arbeit

Die vorliegende Ausarbeitung gliedert sich in fünf Kapitel, wobei das erste Kapitel die Einführung in die Thematik und die Formulierung der Zielsetzung innehat. Ebenso werden der Aufbau und die Vorgehensweise der Arbeit aufgezeigt (siehe Abb. 1-1).

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 1‑1: Aufbau der Arbeit

Das zweite Kapitel bietet eine Einführung in die Grundlagen der Instandhaltung und der Industrie 4.0, um eine einheitliche theoretische Basis zum Verständnis der Arbeit zu schaffen. Dabei werden zunächst die Tätigkeitsinhalte, Ziele, Strategien und die Struktur der Instandhaltung beleuchtet, bevor auf die konzeptionellen und technologischen Charakteristika der Industrie 4.0 eingegangen wird.

Im Anschluss bietet das dritte Kapitel zuerst eine Übersicht über die Implikationen der konzeptionellen und technologischen Entwicklungen der Industrie 4.0 für die Smart Maintenance. Daraufhin wird der Transformationsbedarf der Smart Maintenance in Relation zu den konventionellen Charakteristika der Instandhaltung aufgezeigt und die daraus resultierenden Handlungsfelder für die Smart Maintenance werden identifiziert.

Basierend auf den identifizierten Handlungsfeldern beschäftigt sich das vierte Kapitel mit der jeweiligen Präzisierung und Bewertung der Relevanz und der Folgen eines Sachverhaltes im Kontext der identifizierten Handlungsfelder für die Smart Maintenance. Anschließend wird ein jeweiliger Konzeptvorschlag für die Smart Maintenance ausgesprochen, welche in Summe in einem Gesamtkonzept zusammengeführt werden.

Die Arbeit schließt mit der Abschlussbetrachtung im fünften Kapitel ab. Es werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick zur Einschätzung der weiteren Entwicklungen der Smart Maintenance gegeben.

2 Grundlagen

Das Kapitel der Grundlagen beschäftigt sich mit der Erläuterung der wichtigsten Begrifflichkeiten dieser Arbeit. Als zentrale Motive werden zuerst die Charakteristika und Tätigkeitsinhalte der Instandhaltung (Kap. 2.1) erörtert, bevor die Industrie 4.0 in ihrer Form als späterer Referenzpunkt zu Beurteilung der Smart Maintenance betrachtet wird (Kap. 2.2).

2.1 Instandhaltung

In den folgenden Abschnitten werden zunächst der Begriff der Instandhaltung definiert und die zentralen Aufgabeninhalte vorgestellt (Kap. 2.1.1). Daraufhin werden die Ziele der Instandhaltung aufgezeigt (Kap. 2.1.2) und grundsätzliche Strukturformen erläutert (Kap. 2.1.3). Abschließend wird eine Übersicht zu den verschiedenen prinzipiellen Instandhaltungsstrategien gegeben (Kap. 2.1.4).

2.1.1 Definition der Instandhaltung

Gemäß DIN 31051 Stand 2012-09 ist die Instandhaltung die „ Kombination aller technischen und administrativen Maßnahmen sowie Maßnahmen des Managements während des Lebenszyklus einer Einheit, die dem Erhalt oder der Wiederherstellung ihres funktionsfähigen Zustands dient, sodass sie die geforderte Funktion erfüllen kann “ [DIN 31051, S.4]. Unter einer Einheit sind in diesem Zusammenhang sämtliche technischen Elemente, Gruppen, Einrichtungen und Systeme in einem Produktionssystem zu verstehen. Diese Betrachtung inkludiert somit sowohl Einheiten in Form nicht weiter unterteilbarer Einzelteile als auch die Kombination ebensolcher Einzelteile zu funktionellen Komponenten (vgl. [DIN 40150, S.1]). Dabei bezieht sich die Instandhaltung gleichermaßen auf Hardware wie auch auf Software.

Insgesamt erstreckt sich das mögliche Spektrum an konkreten Ausprägungen einer instandzuhaltenden Einheit folglich von rudimentärsten Bauteilen (z. B. einer Schraube) über aus Einzelteilen aggregierte Module (z. B. einer Steuerungseinheit) und Anlagen (z. B. einer CNC-Maschine) bis hin zu vollständig integrierten und vernetzten Produktionssystemen (z. B. einer Produktionsstraße).

Die maßgeblichen Determinanten zur Entscheidung, ob eine Einheit grundsätzlich instandhaltungsrelevant ist, sind die Instandhaltbarkeit und die Instandhaltungswürdigkeit der Einheit. „ Die Instandhaltbarkeit […] stellt ein Maß für die Eigenschaft eines Systems funktionstüchtig gehalten zu werden können dar “ [Niemann 2009, S.298], d. h. in Bezug auf die Instandhaltbarkeit einer Einheit müssen erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen technisch realisierbar sein. Ergänzend gilt es zu klären, inwiefern und in welchem Umfang die gewünschte Funktionsfähigkeit einer Einheit nach einer Minderleistung wiederhergestellt werden kann. In diesem Kontext adressiert die Instandhaltungswürdigkeit die notwendige Bewertung der erforderlichen Instandhaltungsmaßnahmen auf Nachhaltigkeit aus wirtschaftlicher und funktionaler Perspektive.

2.1.1.1 Gliederung von Instandhaltungsmaßnahmen

Die Instandhaltung unterteilt sich in die vier Maßnahmen Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung (siehe Abb. 2-1) (vgl. [DIN 31051, S.4]). Jede der vier Maßnahmen für sich umfasst sowohl die vorbereitende Planung, Organisation und Durchführung von unterschiedlichen operativen Tätigkeiten. Nachstehend erfolgt eine Erläuterung der Inhalte und Ziele der verschiedenen Maßnahmen der Instandhaltung.

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 2‑1: Instandhaltungsmaßnahmen

Wartung

Aufgabe der Wartung ist es, dem Abbau des Abnutzungsvorrats einer Einheit entgegenzuwirken (vgl. [DIN 31051, S.5]). Der Abnutzungsvorrat gibt dabei den Umfang der mechanischen, chemischen, physikalischen und thermischen Beanspruchbarkeit einer Einheit wieder, bevor diese ihre Funktion nicht mehr im geforderten Maße erfüllen kann. Da die Abnutzung einer Einheit im Laufe der Zeit unvermeidbar ist, zielt die Wartung auf die Reduzierung der Geschwindigkeit dieses Prozesses ab. Das Resultat der Wartung sind eine Verlängerung der Lebensdauer einer Einheit und die Gewährleistung von deren Arbeits- und Prozesssicherheit im Betrieb (vgl. [Matyas 2010, S.34]).

Typische Wartungstätigkeiten sind bspw. das Reinigen, Konservieren und Schmieren von Betriebsmitteln sowie das Nach- und Auffüllen oder Ersetzen von Hilfsstoffen (vgl. [Strunz 2012, S.43]), welche als Routine-Instandhaltung bezeichnet werden können (vgl. [DIN EN 13306, S.27]).

Inspektion

Im Rahmen der Inspektion werden der Ist-Zustand einer Einheit bestimmt, analysiert, und bewertet sowie erforderliche Konsequenzen für die weitere Nutzung abgeleitet (vgl. [DIN 31051, S.5]). DIN EN 13306 bezeichnet die Inspektion im Sinne eines Abgleiches von Ist- und Soll-Zustand einer Einheit gegenüber der geforderten Funktionserfüllung synonym als Konformitätsprüfung [DIN EN 13306, S.26].

Die Erfassung des Ist-Zustandes einer Einheit kann sowohl im Stillstand als auch im Betriebszustand geschehen, wobei die Erfassung in diskreten zeitlichen Intervallen oder kontinuierlich, und entweder mit technischen Hilfsmitteln über quantitative Messwerte oder auf Basis einer qualitativen Beurteilung erfolgen kann. (vgl. [Strunz 2012, S.46 f.]). Die anschließende Auswertung geschieht stets in Relation zum Idealzustand der Einheit. Um die Validität des Vergleichs von Ist-Zustand und Idealzustand zu gewährleisten, gilt es bei der Durchführung der Inspektion äußere Einflüsse auszuschließen und für den Fall der Inspektion im Betriebszustand der Einheit konstante Betriebsbedingungen zu gewährleisten (vgl. [Matyas 2010, S.32]).

Ausgehend von den in der Inspektion identifizierten Abweichungen des Ist-Zustandes vom Idealzustand einer Einheit wird nach den Ursachen der Abnutzung geforscht, um geeignete Maßnahmen zur Instandsetzung, Verbesserung und zukünftigen Nutzung der Einheit zu planen (vgl. [DIN 31051, S.5]).

Typische Mess- und Prüfwerte einer Inspektion sind der Wirkungsgrad, die Beanspruchung und der Abnutzungszustand einer Einheit.

Instandsetzung

Die Instandsetzung beinhaltet physische Maßnahmen zur Wiederherstellung der Funktionalität einer nicht entsprechend ebendieser geforderten Funktion nutzbaren Einheit (vgl. [DIN 31051, S.5]). Die konkreten Maßnahmen der Instandhaltung stellen die Instandsetzung durch das Ausbessern des defizitären Zustandes einer Einheit oder die Instandsetzung durch Ersetzen der defekten Einheit dar (vgl. [Matyas 2010, S.35]). Oftmals wird die Instandsetzung synonym als Reparatur bezeichnet, welche jedoch neben Planungs- und Organisationstätigkeiten nur eine Teilfunktion der Instandsetzung ausmacht. Das Ziel der Instandsetzung ist die Behebung der aufgetretenen Schäden, um den Abnutzungsvorrat einer Einheit so weit wie möglich wiederherzustellen. Eine Instandsetzung erfolgt dabei i. d. R. im Stillstand der betroffenen Einheit (vgl. [Rasch 2000, S.19]).

Die Steuerung von vorbeugenden Instandsetzungstätigkeiten wird entweder intervallorientiert oder zustandsorientiert ausgelegt (vgl. [Strunz 2012, S.68 f.]). Die Intervallsteuerung bedeutet, dass in definierten zeitlichen Abständen (z. B. alle vier Wochen), nach einer definierten Belastung (z. B. 20.000 Umdrehungen) oder nach einer vorgegebenen Leistungserbringung (z. B. 5.000 produzierte Artikel) einer Einheit ein Instandsetzungsvorgang unternommen wird. Demgegenüber orientiert sich die zustandsbasierte Instandsetzung am konkreten Abnutzungsvorrat einer Einheit. Dazu wird ein für die Funktionserfüllung erforderliches Niveau des Abnutzungsvorrates definiert, dessen Unterschreitung einen Instandsetzungsvorgang auslöst. Diese Art der geplanten Instandsetzung setzt eine Inspektion der Einheit voraus.

Zusätzlich zur vorbeugenden und in diesem Sinne proaktiven Gestaltung der Instandsetzung existiert die ereignisorientierte bzw. schadensbedingte Instandsetzung (vgl. [Schröder 2010, S.31 f.]). Auslöser für diese Art der Instandsetzung ist das Eintreten eines Ereignisses bzw. Schadens, wie z. B. mangelnde Produktqualität oder das Versagen der geforderten Funktionserfüllung der Einheit. In diesem Fall ist die Instandsetzung ein reaktiver und ungeplanter Vorgang, wobei eine bewusste, d. h. geplante Entscheidung für die Anwendung dieser Art der Instandsetzung möglich ist.

Verbesserung

Unter der Verbesserung einer Einheit im Rahmen der Instandhaltung sind die Kombination aller technischen und administrativen Maßnahmen sowie Maßnahmen des Managements zur Erhöhung des Leistungsvermögens, der Instandhaltbarkeit und der Sicherheit einer Einheit zu verstehen, wobei die ursprüngliche Funktion der Einheit nicht verändert wird (vgl. [DIN EN 13306, S.28]). Demzufolge gehen Verbesserungen über Korrektureingriffe, wie sie im Sinne der Wiederherstellung von Zuständen und Funktionen durch Wartung und Instandsetzung vorgenommen werden, hinaus.

Die Realisierung einer Verbesserung kann sowohl durch technische als auch organisatorische Maßnahmen erreicht werden, d. h. Verbesserungen beziehen sich gleichermaßen auf die Optimierung einer physischen Einheiten selbst wie auch auf die Abläufe im Betrieb der Einheit. Beispiele für Verbesserungsmaßnahmen stellen die konstruktive Optimierung, z. B. die Vergrößerung einer Einheit (vgl. [Seicht 1994, S.402]), der Einsatz weiterentwickelter Einheiten oder alternativer Verfahren, z. B. die Modernisierung einer Einheit, sowie die Restrukturierung der Betriebsabläufe dar.

Potenzielle Auslöser für die Umsetzung von Verbesserungsmaßnahmen sind entweder die Notwendigkeit auf einen technisch defizitären Zustand zu reagieren oder äußere Anforderungen wie bspw. erhöhte Leistungsanforderungen. Ebenso verkörpern gesetzliche Vorgaben (z. B. an die Betriebssicherheit) sowie die Anforderungen einer höheren Wirtschaftlichkeit einer Einheit im Betrieb Gründe für die Verbesserung einer Einheit.

In der Praxis sind die verschiedenen Maßnahmen der Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung eng miteinander verbunden. Teilweise werden sie miteinander kombiniert, wie z. B. die Durchführung einer Inspektion während einer Wartung, teilweise stehen sie in einem Ursache-Folge-Verhältnis zueinander, wie z. B. eine Instandsetzung basierend auf den Ergebnissen einer Inspektion. Gesamtbildlich gesehen finden die vier Maßnahmen in einem kontinuierlichen Fluss in unterschiedlicher Reihenfolge statt.

2.1.1.2 Lebenszyklus einer Einheit

Die Einführung der DIN 13306, die Instandhaltung in Verbindung mit dem gesamten Lebenszyklus einer Einheit aufzufassen, zeigt dessen wachsende Bedeutung (vgl. [DIN EN 13306, S.6]). Das Ziel dieser Betrachtung ist es, eine Optimierung der Gesamtkosten einer Einheit und seiner Nutzung zu erreichen. Die Grundlage dafür bildet die Erkenntnis, dass bei der Wahl zwischen zwei Alternativen, die höheren einmaligen Investitionskosten bei der Beschaffung einer Einheit durch über die Gesamtdauer der Nutzung geringere fortlaufende Betriebs- und niedrigere stetig wiederkehrende Instandhaltungskosten kompensiert werden können (vgl. [VDI 2884, S.2]).

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 2‑2: Lebenszyklus einer Einheit

Der Lebenszyklus einer Einheit wird nach DIN EN 60300-3-3 Stand 2014-09 in die sechs verschiedenen Phasen Konzeption, Entwicklung,Realisierung, Nutzung, Erweiterung und Außerbetriebnahme unterteilt (siehe Abb. 2-2) (vgl. [DIN EN 60300-3-3, S.21]). Vom betriebswirtschaftlichen Standpunkt aus werden die einzelnen Phasen den Kostenblöcken der Entstehung (vor der Nutzung), des Betriebes (während der Nutzung) und der Verwertung (nach der Nutzung) zugeordnet (vgl. [VDMA 34160, S.3]). Unabhängig von der Gliederung des Lebenszyklus verfolgt die Instandhaltung in den verschiedenen Phasen unterschiedliche Zielsetzungen.

In der Phase der Entstehung einer Einheit, welche die Konzeption, Entwicklung und Realisierung inkludiert, besteht die Gelegenheit eine instandhaltungsgerechte Konstruktion der Einheit zu bewirken, auch als Design for Service bezeichnet (vgl. [Herrmann 2010, S.280]). Dies bedeutet eine instandhaltungsarme Auslegung und instandhaltungsfreundliche Dimensionierung der Einheit anzustreben. Darüber hinaus werden durch die Konstruktion in dieser Phase bereits grundlegende Instandhaltungsbedürfnisse, Instandhaltungsstrategien, Instandhaltungsfunktionen und einzusetzende Technologien durch die technische und räumliche Beschaffenheit der Anlage determiniert (vgl. [Scheer et al. 2006, S.19]). Insgesamt werden in der Entstehungsphase bis zu 85 Prozent der Gesamtkosten determiniert (vgl. [VDI 2884, S.2]). Nach Rasch sollte dies bereits in der Entwicklung des mit Hilfe der Nutzung einer Einheit herzustellenden Produkts Berücksichtigung finden. Dieses Vorgehen ist allerdings ein eher theoretischer Ansatz (vgl. [RASCH 2000, S.219]).

Sobald die Anlage in Betrieb genommen wurde, gilt es für die Instandhaltung den Anlagenzustand zu erhalten, wiederherzustellen und zu verbessern. Die Ziele sind die Beibehaltung der Funktionalität, eine Verlängerung des Lebenszyklus und die Bewahrung oder gar Steigerung des wirtschaftlichen Wertes einer Einheit.

Auf die Betriebsphase einer Einheit folgt die Phase der Verwertung. Aus operativer Sicht steht für die Instandhaltung dabei zunächst die kontrollierte Außerbetriebnahme der Einheit im Fokus. Die Einheit oder einzelne Bestandteile werden anschließend der Verwendung (erneute Nutzung der gebrauchten Einheit), der Verwertung (erneute Nutzung der Werkstoffe einer Einheit) oder dem Recycling (Entsorgung der Einheit als Abfall) zugeführt (vgl. [Mateika 2005, S.23]). Für die Instandhaltung bedeutet diese Phase zudem die Nutzungsphase rückblickend zu analysieren, zu beurteilen und instandhaltungsvorbeugende Aspekte für neue Einheiten abzuleiten.

Eine konkrete Methode zur wirtschaftlichen Bewertung der Lebenszykluskosten über die einzelnen Phasen eines gesamten Lebenszyklus einer Einheit stellt das Life-Cycle-Costing (LCC) dar. In der IT-Industrie wird diese Methode als Total Cost of Ownership (TCO) bezeichnet (vgl. [VDI 2884, S.3]). Das LCC fakturiert sämtliche Kosten des gesamten Lebenszyklus unter der Berücksichtigung von Einsatzbedingungen und der geplanten Nutzungsdauer einer Einheit (vgl. [VDI 2884, S.10 f.]). Hinsichtlich der Nutzung einer Einheit sind dies neben den Betriebskosten die Instandhaltungskosten. Das wirtschaftliche Optimum des LCC resultiert aus den geringsten Gesamtkosten von Beschaffungs-, Betriebs- und Instandhaltungskosten (siehe Abb. 2-3) (vgl. [Bünting 2009, S.38]). Im dargestellten Beispiel ist Variante 2 trotz höherer Beschaffungskosten als Variante 1 über den gesamten Lebenszyklus betrachtet die günstigere Alternative.

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 2‑3: Lebenszykluskosten

2.1.2 Ziele der Instandhaltung

Die Darstellung der verschiedenen Arbeitsinhalte und der Verantwortung der Instandhaltung im Kontext des gesamten Lebenszyklus einer Einheit zeigen die Kritikalität und die Reichweite der Instandhaltung für den Erfolg eines Unternehmens auf. Die Instandhaltung besitzt durch ihre Tätigkeiten einen unmittelbaren Einfluss auf die Dimensionen Zeit, Kosten und Qualität der Produktion und der produzierten Güter. Daraus ergeben sich die primären Zielsetzungen der Instandhaltung (vgl. [Leidinger 2014, S.15]):

· Die Sicherstellung der Arbeitssicherheit in Bezug auf Personal und Umwelt

· Die Sicherstellung einer anforderungsgerechten Zuverlässigkeit

· Die Sicherstellung einer anforderungsgerechten Verfügbarkeit

· Die Minimierung von Produktions- und Instandhaltungskosten

Der Aspekt der Arbeitssicherheit richtet sich zum einen nach der Erfüllung von Rahmenbedingungen zur Erteilung einer Betriebserlaubnis, zum anderen nach der Vernunft. Ersteres adressiert die Umsetzung von gesetzlichen Vorgaben, um die Betriebssicherheit von Einheiten zu erfüllen und den Schutz von Mitarbeitern sowie der betrieblichen und ökologischen Umwelt zu gewährleisten (vgl. [Matyas 2010, S.28]). Letzteres meint, dass es Herstellern und Betreibern freisteht, über die gesetzlichen Vorgaben hinaus Maßnahmen für Arbeitssicherheit zu ergreifen (vgl. [Leidinger 2014, S.15]). Insgesamt sind die Beiträge der Instandhaltung zur Arbeitssicherheit die Grundlage, um eine Unternehmung rechtssicher betreiben zu dürfen.

Die Zielsetzung der Zuverlässigkeit von Einheiten kann mit dem Anspruch an eine hohe Prozessstabilität gleichgesetzt werden (vgl. [Ryll & Freund 2010, S.39]). Dabei verkörpert die Stabilisierung von Instandhaltungsprozessen bezogen auf die Planung, Organisation und Umsetzung von Instandhaltungsmaßnahmen die Grundlage für die Realisierung stabiler, d. h. zuverlässiger, Prozesse in der Produktion. Hinsichtlich dessen liegt der Fokus der Instandhaltung zunächst auf einer internen Optimierung der Abläufe, technischen Ausrüstung und Qualifikation der Mitarbeiter. Darauf aufbauend wird die Vermeidung suboptimaler oder gar fehlerhafter Betriebszustände von Einheiten in der Produktion anvisiert, welche andernfalls die Leistung im Produktionsprozess reduzieren oder zu einer defizitären Qualität der hergestellten Produkte führen würde.

Im Rahmen der Zielsetzung der Sicherstellung einer bedarfsgerechten Verfügbarkeit ist die Verfügbarkeit definiert als der Anteil der Belegungszeit, den eine Einheit der Produktion ohne technischen Mangel zur Verfügung steht (vgl. [VDI 3423, S.8]). Folglich ist die Instandhaltung für eine möglichst hohe störungsfreie Nutzungsdauer einer Einheit verantwortlich (vgl. [Strunz 2012, S.4]). Dafür gilt es die Auswirkungen von unvorhersehbaren Störungen zu minimieren und den Anteil an geplanten Instandhaltungsmaßnahmen gegenüber ungeplanten Instandhaltungsmaßnahmen zu maximieren.

Der Zusatz der Anforderungsgerechtigkeit von Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit referenziert auf die wirtschaftliche Nachhaltigkeit von Instandhaltungsmaßnahmen. Der Anstieg der Kosten für die Optimierung von Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit verläuft exponentiell, sodass eine wirtschaftlich effektive Relation von Kosten und Nutzen ab einem bestimmten Punkt nicht mehr gegeben ist (siehe Abb. 2-5). In dieser Hinsicht gilt es für ein Unternehmen eine Abwägung zwischen Instandhaltungsmaßnahmen und den damit verbundenen Kosten sowie bewusst in Kauf genommenen Störungen vorzunehmen.

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 2‑4: Instandhaltungskosten vs. Verfügbarkeit einer Einheit

In diesem Zusammenhang ist die Zielsetzung der Kostenminimierung von Instandhaltung und Produktion anzusiedeln. Speziell im Instandhaltungsbereich liegt das Interesse auf einem unternehmensweiten gesamtwirtschaftlichen Optimum durch die Erreichung des bestmöglichen Verhältnisses von Kosten und Nutzen von Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Einheiten eines Unternehmens. Dabei stehen einer Vielzahl direkter und messbarer Kostenfaktoren in der Instandhaltung eine anzahl- und oft auch betragsmäßig mindestens ebensolche Menge indirekter und nicht-quantifizierbarer Kostenfaktoren gegenüber. Dies liegt darin begründet, dass mit der Ausnahme der Eigenfertigung und Reparatur von Ersatzteilen sämtliche Instandhaltungsleistungen immaterieller Natur sind (vgl. [Schieck 2003, S.21]).

Als Beispiel direkter Instandhaltungskosten können Material-, Werkzeug- und Personalkosten angeführt werden (vgl. [Matyas 2010, S.28]). Diese sind in Unternehmen i. d. R. durch das Controlling gepflegt und lassen sich somit direkt ermitteln und bewerten. Demgegenüber zu stellen sind die Folgekosten einer nicht anforderungsgerechten Durchführung der Instandhaltung, wie bspw. entgangene Deckungsbeiträge, Pönalen, Kosten für fehlerhafte Produkte oder finanzielle Aufwendungen für Nacharbeit und Überstunden, um die ausgefallene Produktionszeit wieder aufzuholen (vgl. [Pawellek 2016, S.61]). Zusätzlich sind technische Folgeschäden an weiteren Einheiten durch die defizitäre Funktionsfähigkeit einer Einheit möglich. Darüber hinaus sind Image- und Kundenverlust bei der Nicht-Einhaltung von Lieferversprechen wirtschaftlich nur schwer abschätzbare Konsequenzen, jedoch mit unbestritten negativen Auswirkungen (siehe Abb. 2-6).

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 2‑5: Kosten in der Instandhaltung

Zusätzlich an Komplexität gewinnt die Herausforderung der monetären Bewertbarkeit der erbrachten Leistungen der Instandhaltung dadurch, dass der zeitlich verzögerte Wirkungseintritt von Instandhaltungsmaßnahmen eine Zuordnung zu ebenjener konkreten Leistung der Instandhaltung erschwert (vgl. [Ryll & Freund 2010, S.39]).

Zusammengenommen ist das Ziel der Kostenminimierung in der Instandhaltung somit nicht in einer alleinigen direkten Kostenreduzierung zu sehen, sondern vielmehr als Aufruf zur Maximierung der operativen und wirtschaftlichen Wirksamkeit der Instandhaltungsmaßnahmen zu bezeichnen.

Zusätzlich zu den Primärzielen der Instandhaltung existieren sekundäre Ziele, wie bspw. der Schutz der ökologischen Umwelt oder unternehmensinterne Zielsetzungen, wie u. a. die Erreichung einer geregelten Mitarbeiterfluktuation (vgl. [Rasch 2000, S.23]).

2.1.3 Instandhaltungsstrategien

Nach Pawellek besteht eine wesentliche Aufgabe der Instandhaltung darin, „ die Instandhaltungsmaßnahmen zum richtigen Zeitpunkt in der richtigen Qualität und im richtigen Umfang “ [Pawellek 2016, S.171] einheitenbezogen durchzuführen. Eine Instandhaltungsstrategie legt die entsprechenden Regeln dazu fest (siehe Abb. 2-7).

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 2‑6: Instandhaltungsstrategien

Mit Hilfe einer Instandhaltungsstrategie werden die Parameter zur Instandhaltungsintensität und der Zeitpunkt von Instandhaltungstätigkeiten in Relation zum Zustand einer Einheit festgelegt. Eine Instandhaltungsstrategie entspricht dabei einem Gesamtkonzept zur Erreichung sämtlicher Instandhaltungsziele in Bezug auf die Arbeitssicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit einer Einheit und wird fallspezifisch auf Artikel-, Aggregats- oder Anlagenebene entwickelt. Ebenso vermittelt eine Instandhaltungsstrategie aus betriebswirtschaftlicher Perspektive im Spannungsfeld eines ganzheitlichen Optimums durch die komparative Berücksichtigung der direkten Instandhaltungskosten und der Ausfallfolgekosten einer Einheit.

Entscheidend für die Bestimmung der richtigen Instandhaltungsstrategie für eine Einheit ist eine Vielzahl von technischen, gesetzlichen, sicherheits- und produktionsrelevanten sowie wirtschaftlichen Kriterien (vgl. [VDI 2895, S.26]). Anzuführen sind in diesem Zusammenhang die Kritizität, die Redundanz, die Ersatzteilverfügbarkeit, die benötigte Instandsetzungszeit, das vorhandene Know-how sowie Qualitäts-, Sicherheits- und Umweltnormen einer Einheit. Der Umfang der Entscheidungskriterien zeigt, in Verbindung mit den in der Praxis vorherrschenden Unternehmensspezifika, warum keine allein- und allgemeingültige Instandhaltungsstrategie existiert, sondern immer eine selektive und individuelle Beurteilung einer Einheit vorzunehmen ist (vgl. [Matyas 2010, S.114]). Nachfolgend wird auf die Grundstrategien der Instandhaltung vertiefend eingegangen.

Reaktive Instandhaltung

Der grundsätzliche Ansatzpunkt zur Unterscheidung von Instandhaltungsstrategien liegt in der Wahl des operativen Eingriffszeitpunktes der Instandhaltung. Die reaktive Instandhaltungsstrategie, auch als „Feuerwehrstrategie“ oder „ausfallorientierte Instandhaltung“ [Ryll & Freund 2010, S.27] bezeichnet, sieht vor, erst nach vollständiger Konsumption des Abnutzungsvorrats einer Einheit tätig zu werden. Aus diesem Grund kann auf die Durchführung von Wartungs- und Inspektionsmaßnahmen verzichtet werden (vgl. [Beckmann & Marx 1994, S.98]). Auf diese Weise können in Kombination mit einer ausschließlich universellen Planung von Personalkapazität, Ausrüstung und Ersatzteilen die indirekten Instandhaltungskosten reduziert werden.

Im Fall einer auftretenden Störung ist im Rahmen der reaktiven Instandhaltungsstrategie schnelles Handeln gefragt, da der vollständige Verschleiß des Abnutzungsvorrats einer Einheit zwangsweise zur Einschränkung seiner Funktionserfüllung führt. Die Detektion des Fehlers, das Feststellen von Maßnahmen zur Behebung und die Bereitstellung von Ersatzteilen, ggf. deren Bestellung, aufwändige Reparatur oder Fertigung sind zeitintensive Prozesse. Aufgrund der Unvorhersehbarkeit einer Störung und dem dadurch hervorgerufenen Zeitdruck sind systematische Verbesserungsmaßnahmen bei einer reaktiven Instandhaltung nicht vorgesehen. Zusätzlich sind durch die Spontanität von Ausfällen und der nicht geplanten Vorgehensweise der Korrekturmaßnahmen das Versprechen und die Einhaltung von Verfügbarkeitsgarantien ausgeschlossen. Ferner werden freie Produktionszeiten nicht effizient genutzt und führen zu einer ungleichmäßigen Auslastung der Mitarbeiter (vgl. [Gartzen et al. 2009b, S.40]).

Die Kompensation der Schwächen der reaktiven Instandhaltung kann nur durch entsprechende Ersatzteilbestände, ein Mehr an Personal oder redundante Produktionsstrukturen erzielt werden. Diese Maßnahmen führen jedoch zu einem Zuwachs von Material-, Betriebs- und Personalkosten in der Instandhaltung und in der Produktion.

Die hinzukommenden unabwendbaren Stillstandzeiten einer Einheit bedingen, dass eine reaktive Instandhaltungsstrategie ausschließlich bei nicht-sicherheitsrelevanten, leicht instandsetzbaren, gering-verketteten und keine Produktionsunterbrechung-verursachenden Einheiten mit zufallsbedingtem Ausfallverhalten implementiert wird (vgl. [Strunz 2012, S.296; VDI 2246, S.11]).

Präventive Instandhaltung

Konträr zur reaktiven Instandhaltung agieren die Instandhaltungsmaßnahmen der präventiven Instandhaltung proaktiv und setzen vor dem Eintritt eines Schadenfalles ein (vgl. [Pawellek 2016, S.173]). Untergliedert werden kann die präventive Instandhaltung in die Kategorienvorausschauende Instandhaltung,periodische Instandhaltung und zustandsorientierte Instandhaltung, welche nachstehend weiter ausgeführt werden.

Vorausschauende Instandhaltung

Die vorrausschauende Instandhaltungsstrategie bezieht sich auf die Entwicklungs- und Konstruktionsphase einer Einheit und leistet einen Beitrag zur Minimierung des Instandhaltungsaufwandes für alle folgenden Phasen des Lebenszyklus (vgl. [VDI 2246, S.2]).

Mit Hilfe vorbeugender konstruktiver Maßnahmen wird die Instandhaltbarkeit, d. h. die Wartbarkeit, Inspizierbarkeit und Instandsetzbarkeit, einer Einheit ermöglicht und vereinfacht. Ebenso wird eine abnutzungs- und instandhaltungsarme Umsetzung der Einheit erzielt. (vgl. [Strunz 2012, S.75 ff.]) Beispielsweise lassen sich die Auswirkungen von verschiedenen Werkstoffen der Bestandteile einer Einheit und deren mechanische Wechselwirkungen mit den geplanten Produktionsmaterialien und Hilfsstoffen berücksichtigen. Ebenso leistet die Auslegung der geometrischen Strukturen einen Anteil zur Instandhaltbarkeit einer Einheit.

Eine weitere instandhaltungsvorbeugende Maßnahme ist die Relevanzprüfung des Beitrags der Teilelemente zur geforderten Funktionserfüllung einer Einheit. Dahingehend wird jedes Element bezüglich seines Beitrags zu sicherheits-, umwelt- oder betriebsrelevanten Anforderungen einer Einheit überprüft. In diesem Kontext können bis zu 20 Prozent der Bauteile eingespart und zugehörige Instandhaltungsmaßnahmen vorbeugend vermieden werden (vgl. [Ryll & Freund 2010, S.33]). Außerdem kann im Rahmen einer vorausschauenden Instandhaltung eine Einschätzung des erforderlichen Instandhaltungsaufwandes hinsichtlich der erwarteten Leistungsbereitschaft der Einheit gegeben werden, wodurch die Anwendung der Methode des LCC als Entscheidungskriterium über die Beschaffung einer Einheit an Aussagekraft und Validität gewinnt.

Eingesetzt wird die vorauschauende Instandhaltung zur Einhaltung gesetzlich vorgeschriebener Inspektions- und Wartungsvorgaben soweit eine Zustandsüberwachung anderweitig nicht möglich ist. Ebenso findet diese Instandhaltungsstrategie Anwendung, wenn der Defekt einer Einheit ein Gefährdungspotenzial für die Mitarbeiter oder die betriebliche Umwelt birgt oder der Defekt der Einheit als Engpassfaktor in einem Produktionssystem zu erheblichen Ausfallfolgekosten führt (vgl. [Pawellek 2016, S.175]).

Periodische Instandhaltung

Die periodische Instandhaltung ist eine weitere vorbeugende Instandhaltungsstrategie. Unabhängig vom tatsächlichen Zustand des Abnutzungsvorrats einer Einheit greift die Instandhaltung in regelmäßigen zeitlichen Abständen (z. B. Kalender- oder Arbeitstage) oder nach einer fixen Leistungserbringung (z. B. Stückzahl, Umdrehungen) ein (vgl. [Strunz 2012, S.297]). Damit die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit zwischen zwei Instandhaltungszeitpunkten sichergestellt werden kann, muss das Ausfallrisiko einer Einheit bekannt sein. Elementar ist hierbei eine geringe Streuweite dieses Wertes, um eine hohe Zuverlässigkeit der periodischen Instandhaltung zu erreichen.

Vorteilhaft an der periodischen Instandhaltung ist, dass der periodische Rhythmus der Instandhaltungsmaßnahmen durch eine einmalige Planung fixiert werden kann. Dabei werden Produktions- und Instandhaltungszeiten optimal aufeinander abgestimmt. Bestenfalls fällt die Durchführung der Instandhaltung in produktionsfreie Zeiträume (vgl. [Schenk et al. 2014, S.419]). Stabilisiert wird der periodische Rhythmus durch die Reduzierung des Risikos spontaner Störungen, da die periodische Instandhaltung der vollständigen Abnutzung des Abnutzungsvorrats vorbeugt und die Wahrscheinlichkeit des Versagens der Funktionserfüllung einer Einheit auf diese Weise verringert wird. Zugleich kann aus diesem Grund bei dieser Art der Instandhaltungsstrategie auf Maßnahmen zur Inspektion verzichtet werden. Des Weiteren können Synergieeffekte erzielt werden, indem ein mehrmaliges An- und Herunterfahren von Anlagen durch die gleichzeitige vorbeugende Wartung und Instandsetzung mehrerer Einheiten umgangen wird. Die Vorbereitung der benötigten Ressourcen Personal, Ausrüstung und Ersatzteile befähigt zu schnellerem und effizienterem Arbeiten in der Instandhaltung, wodurch Stillstandzeiten reduziert werden. Die langfristige Einsatz- und Bedarfsplanung von Mitarbeitern führt in diesem Zusammenhang zu einem gleichmäßigen Arbeitsaufkommen und vermeidet Belastungsspitzen. Überdies kann der lagerpflichtige Ersatzteilbedarf mittels einer zeitgerechten Dispositionsstrategie eingegrenzt werden und die Kapitalbindungs- und Lagerkosten für Ersatzteile werden limitiert.

Der hauptsächliche Nachteil einer periodisch präventiven Instandhaltungsstrategie ist die nicht vollständige Ausschöpfung von Abnutzungsvorräten (vgl. [Ryll & Freund 2010, S.28]). Betriebswirtschaftlich gesehen stellt dies eine Verschwendung von materiellen Ressourcen dar. Aus dem vorzeitigen Instandhalten folgt außerdem, dass der zeitliche Abstand zweier Instandhaltungsmaßnahmen geringer und die Anzahl an Maßnahmen höher ist als bei der reaktiven Instandhaltung. Zudem veranlassen zufällige Ausfälle in der Praxis, dass Instandhaltungszyklen statt einer einmaligen Planung fortlaufend angepasst werden müssen. Dies resultiert in einem gestiegenen Personal- und Materialbedarf. Weiterhin schmälern die in Relation zur reaktiven Instandhaltung häufigeren Anlaufzeiten und das regulierte Herunterfahren die Verfügbarkeit einer Einheit.

Begründete Anwendung erfährt die periodische Instandhaltung in verketteten Systemen, bei hochgradig sicherheitsrelevanten Einheiten, auf Grund von gesetzlichen Vorschriften oder wenn die Instandhaltungskosten im Vergleich zu potenziellen Folgekosten gering sind (vgl. [Schenk et al. 2014, S.420]).

Zustandsorientierte Instandhaltung

Die zustandsorientierte Instandhaltung basiert auf der Kontrolle und Bestimmung des Abnutzungsvorrats einer Einheit. Zu diesem Zweck ist die Durchführung von Inspektionen erforderlich. Das Ziel der Inspektionen ist die Zustandsüberwachung einer Einheit, um rechtzeitig über eine bevorstehende Minderfunktion einer Einheit informiert zu werden. Auf diese Weise können Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen zustandsgerecht geplant und eingeleitet werden (vgl. [Schenk et al. 2014, S.420]).

Die grundlegende Prämisse der zustandsorientierten Instandhaltung ist die Möglichkeit der Messbarkeit einer Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand einer Einheit (vgl. [Ryll & Freund 2010, S.31]). Des Weiteren müssen geeignete technische Mittel zur Erfassung einer ebensolchen Abweichung existieren und geeignete Messpunkte an der Einheit vorhanden sein. Eine weitere Bedingung ist die Existenz von Referenzinformationen über den Zustand und das Verhalten einer Einheit, um einen zulässigen Toleranzbereich der Abweichung des konkreten Zustandes vom Soll-Zustand zu definieren und den Grad der Abweichung bestimmen zu können (vgl. [Gartzen et al. 2009b, S.41]). Hierfür können bspw. das Erfahrungswissen der Mitarbeiter, historische Daten oder Referenzläufe von Einheiten herangezogen werden. Ob die Anwendung einer zustandsabhängigen Instandhaltung sinnvoll ist, hängt davon ab, inwiefern eine Veränderung des Zustandes einer Einheit früh genug identifiziert werden kann, um entsprechend erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen vorzunehmen. Nur dann liefert dieses Vorgehen eine zur Vorbereitung der Instandhaltung nutzbare Vorwarnzeit und erweitert so den Handlungsspielraum im Rahmen der Planbarkeit und des Reaktionsvermögens der Instandhaltung.

Der größte Vorteil einer zustandsorientierten Instandhaltungsstrategie ist die umfangreiche Vermeidung des Auftretens ungeplanter Störungen und der Vorbeugung von potenziellen Folgeschäden (vgl. [Beckmann & Marx 1994, S.97]). Dadurch wird die höchstmögliche Verfügbarkeit einer Einheit realisiert. Obendrein werden räumlich angeschlossene oder im Produktionsprozess folgende Betriebsmittel sowie das produzierte Gut vor Beschädigungen durch die Einheit geschützt. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht wird zugleich der Abnutzungsvorrat einer Einheit optimal ausgenutzt und die Disposition, Bevorratung und Bereitstellung von Ersatzteilen geschieht bedarfsgerecht. In Verbindung mit einer möglichen exakt bedarfsgerechten Personalbedarfsplanung werden die Kosten der Instandhaltung reduziert. Im operativen Bereich wird die Instandsetzungsdauer durch die wegfallende Fehlersuche verschlankt und die Verfügbarkeit einer Einheit gesteigert.

Nachteile der zustandsabhängigen Instandhaltungsstrategie sind der kostenintensive Investitionsbedarf in Inspektionsmaßnahmen in Form einer hohen Intensität manueller Inspektionen oder in Sensorik und Software (vgl. [Gartzen et al. 2009b, S.41]), der Aufwand zur Verwaltung und Interpretation der erfassten Sensordaten sowie die Tatsache, dass auch die Sensorik instandgehalten werden muss. Außerdem resultiert aus den in der Praxis anzutreffenden unterschiedlichen Abnutzungsgraden verschiedener Teilelemente einer Einheit das Dilemma, dass entweder ein häufigeres Herunterfahren der Anlage notwendig ist, um jedes Teilelement zustandsgerecht instandzuhalten oder dass auf Basis der Auswahl eines dominierenden Teilelements alle weiteren Teilelemente entsprechend des Zustandes des dominanten Teilelements instandgehalten werden, wodurch sich eine Verschwendung des Abnutzungsvorrates der anderen Teilelemente ergibt. Langfristig betrachtet findet zudem im Fall des Einsatzes von Sensorik zur Zustandsüberwachung ein Know-how Verlust und eine Desensibilisierung der Mitarbeiter bezüglich der Zustandsdiagnose von Einheiten statt. Daraus folgt eine Abhängigkeit von der zur Inspektion eingesetzten Sensorik.

Die zustandsabhängige Instandhaltungsstrategie ist bei sensiblen und teuren Einheiten, hohen potenziellen Folgeschäden, vielen spontanen Ausfällen und einer hohen Kritizität sinnvoll.

2.1.4 Strukturierung der Instandhaltung

Die Strukturierung der Instandhaltung wird anhand des Grades der Zentralität von Planungs- und Steuerungsfunktionen sowie der räumlichen Integration der Instandhaltung in einem Unternehmen charakterisiert. Beide Aspekte beeinflussen die Kompetenzen, die Flexibilität und die Wirtschaftlichkeit der Instandhaltung sowie die Arbeitsinhalte der Mitarbeiter von Produktion und Instandhaltung. Nachfolgend werden die drei grundsätzlichen Konzepte einer zentralen, dezentralen oder integrierten Instandhaltung vorgestellt (siehe Abb. 2-8).

[Abbildungen sind in dieser Leseprobe nicht enthalten.]

Abbildung 2‑7: Strukturierung der Instandhaltung

Zentrale Instandhaltung

Im Konzept einer zentralen Instandhaltung sind alle Mitarbeiter Mitglieder eines einheitlichen Instandhaltungsteams. Räumlich betrachtet existiert eine einzelne Instandhaltungszentrale. Die Planung, Steuerung, Überwachung und Initiierung sowohl von strategischen und konzeptionellen Aufgaben als auch der operativen Tätigkeiten geschieht somit zentralisiert.

Die zentrale Instandhaltung strebt nach der Realisierung der Vorteile verschiedenartiger Mengeneffekte. Im Ersatzteilwesen führt ein konzentriertes Auftragsvolumen in der Beschaffung zu Kosteneinsparungen durch Mengenrabatte und eine verringerte Anzahl an Bestellvorgängen. Im Personalwesen kann mittels der vollständigen Übersicht über alle Instandhaltungstätigkeiten die Einstellung von Experten mit verrichtungsbezogener Spezialisierung sinnvoll ermessen werden, da diese für die Instandhaltung sämtlicher Einheiten eines Unternehmens eingesetzt werden (vgl. [VDI 2895, S.11]). Gleiches gilt für die technische Ausrüstung der Instandhaltung. Die zentrale Zusammenführung aller instandhaltungsrelevanter Informationen und die Koordination der daraus resultierenden Instandhaltungsmaßnahmen erlaubt die Nivellierung des anfallenden Arbeitsaufwandes in der Instandhaltung. Daraus resultiert eine gleichmäßige und kontinuierlich hohe Auslastung der Mitarbeiter und Betriebsmittel. Innerhalb einer zentralen Instandhaltung werden die Kommunikation und der interpersonelle Know-how-Transfer im Sinne eines Wissensmanagements durch Zusammenarbeit in einem einzigen Kollektiv vereinfacht (vgl. [Pawellek 2016, S.219]).

Die Nachteile einer zentralen Anordnung der Instandhaltung sind auf die räumliche und informatorische Distanz zur Produktion zurückzuführen (vgl. [Lüring 2001, S.50]). Resultierend aus dem großen Zuständigkeitsbereich ergibt sich ein hoher administrativer und koordinativer Aufwand. Längere Wege- und Meldezeiten ziehen die Reaktionszeiten der Instandhaltung hinaus und verkomplizieren die Kommunikation und Koordination zwischen Instandhaltung und Produktion. Angesichts der teilkontroversen Ziele von Produktion und Instandhaltung - einer möglichst permanenten Nutzung von Anlagen gegenüber einer nachhaltigen Instandhaltung - birgt die räumliche und organisatorische Distanz der Instandhaltung von der Produktion das Risiko einer Ausgrenzung der Instandhaltung vom Produktionsbetrieb (vgl. [Gartzen et al. 2009a, S.32]).

Dezentrale Instandhaltung

Die dezentrale Instandhaltung bezeichnet die lokale Einrichtung mehrerer verteilter, eigenverantwortlich tätiger Standorte und Teams der Instandhaltung. Diese dezentral organisierten Teams übernehmen Wartungen, Inspektionen und Routineinstandsetzungen sowie gelegentlich kleinere, anlagenspezifische Verbesserungen. Unterstützung erfahren die dezentralen Einheiten durch eine zentrale Instanz der Instandhaltung, welche sich mit ganzheitlichen und bereichsüberschreitenden Instandhaltungsmaßnahmen befasst und Spezialfälle koordiniert. (vgl. [Lüring 2001, S.54])

Die Vorteile dieser Strukturform der Instandhaltung liegen in der engen Anbindung zur Produktion. Eine persönliche Identifikation der Instandhaltungsmitarbeiter mit der Produktion vor Ort führt zum Abbau von persönlichen und fachlichen Barrieren, Zuständigkeitsdifferenzen und unnötiger formeller und informeller Schnittstellen. Dadurch steigt die Einsatzbereitschaft der Instandhalter (vgl. [VDI 2895, S.17]). Daraus resultiert ein verbesserter Erfahrungsaustausch zwischen Instandhaltung und Produktion. Durch das vertiefte Verständnis über die jeweiligen Arbeitsinhalte und Leistungen des anderen Bereichs entsteht gegenseitige Akzeptanz und Wertschätzung, die Zusammenarbeit wird gefördert.

Die Nachteile einer dezentralen Instandhaltung gegenüber einer zentralen Instandhaltung sind in einer schlechteren Auslastung des Personals und der Betriebsmittel der Instandhaltung zu sehen (vgl. [Gartzen et al. 2009a, S.32]). Ausgewiesene Spezialisten und Spezialwerkzeuge sind in dieser Strukturform durch einen zu geringen lokalen Bedarf oftmals nicht wirtschaftlich. Fernerhin entsteht ein zusätzlicher Kommunikations- und Koordinationsbedarf zwischen der zentralen Instandhaltungsinstanz und den dezentralen Instandhaltungseinheiten.

Integrierte Instandhaltung

Die integrierte Instandhaltung erweitert den Ansatz einer dezentralen Instandhaltungsstruktur. Instandhaltungstätigkeiten werden bis auf Anlagenebene und die individuelle Ebene von Mitarbeitern ausdifferenziert. Nach Rasch existieren drei Szenarien zur integrierten Instandhaltung (vgl. [Rasch 2000, S.237 f.]):

1. die Übernahme von Produktionstätigkeiten durch Instandhaltungsspezialisten,

2. die Übernahme von Instandhaltungstätigkeiten durch Produktionsmitarbeiter,

3. die Schaffung interdisziplinärer Arbeitsgruppen mit eigenständiger Anlagenverantwortung.

Die ersten beiden Strukturvarianten führen zur Entlastung von Routinetätigkeiten des jeweils anderen Bereichs und ermöglichen auf beiden Seiten eine effizientere Nutzung von Leerzeiten. Ergänzend wird die Motivation der beteiligten Mitarbeiter beider Seiten durch den Zuwachs an Eigenverantwortung, Kompetenzen und der Beobachtungsmöglichkeiten der Auswirkungen des eigenen Handelns gestärkt. Die anspruchsvollere und abwechslungsreichere Gestaltung der Arbeitsinhalte trägt ebenfalls zur Motivationssteigerung der Mitarbeiter bei.

Das dritte Szenario einer bereichs- und fachübergreifenden Kollaboration in integrierten Arbeitsgruppen zielt, über die Realisierung der Vorteile der ersten beiden Szenarien hinaus, auf die Nutzung positiver Effekt durch bereichsübergreifende Teamarbeit ab.

Die Schwierigkeit aller integrativen Formen der Instandhaltungsstruktur besteht darin, das benötigte Qualifikationsniveau der Mitarbeiter zur anforderungsgerechten Leistungserfüllung sowohl im Bereich der Produktion als auch in der Instandhaltung zu gewährleisten (vgl. [VDI 2895, S.19]). Die Mitarbeiter beider Seiten müssen dazu befähigt sein, die Arbeitsinhalte der jeweils anderen Seite erfüllen zu können. Andernfalls endet die Symbiose von Produktion und Instandhaltung aufgrund der qualitativen Minderleistung in einem der Bereiche in einem Kreislauf der gegenseitigen negativen Beeinflussung beider Bereiche (vgl. [Rasch 2000, S.237 f.]).

2.2 Industrie 4.0

Die Industrie 4.0, auch als vierte industrielle Revolution bezeichnet, stellt den nächsten Entwicklungsschritt des produzierenden Gewerbes dar. Daher ist die Industrie 4.0 als Bezugspunkt für die zukünftigen Anforderungen an die Instandhaltung und deren Weiterentwicklung zu betrachten. Nachstehend wird diesbezüglich im Anschluss an einen Überblick zur Geschichte bisheriger industrieller Revolutionen (Kap. 2.2.1) die Notwendigkeit der vierten industriellen Revolution begründet (Kap. 2.2.2). Daran anknüpfend erfolgen eine Darstellung des Zielbilds (Kap. 2.2.3) sowie die Vorstellung der technologischen Perspektive der Industrie 4.0 (Kap. 2.2.4).

2.2.1 Historische Entwicklung der Industrie

Die erste industrielle Revolution setzte gegen Ende des 18. Jh. ein und stand im Zeichen der Mechanisierung. Es vollzog sich eine Entwicklung von der handwerklichen Einzelfertigung zur maschinellen Herstellung von Gütern. Ermöglicht wurde dies durch die Einführung vollmechanischer Produktionsanlagen wie bspw. der ersten Webmaschine im Jahr 1784 (siehe Abb. 2-9). Parallel zum Fortschritt in der Textilindustrie legten in der Montan- und Eisenbahnindustrie neu entwickelte Wasserkraft- und Dampfkraftantriebe sowie Verfahrensfortschritte in der Eisen- und Stahlgewinnung den Grundstein für die Industrialisierung. In der Folge entstanden Großbetriebe und das Berufsbild des Fabrikarbeiters. Die Sicherstellung der Grundversorgung der Bevölkerung mit Lebensmitteln förderte die Urbanisierung. Es fand ein Wandel von der Agrar- zur Industriegesellschaft statt. (vgl. [Bauernhansl 2014, S.5])

Details

Seiten
159
Jahr
2016
ISBN (eBook)
9783668467453
ISBN (Buch)
9783960950868
Dateigröße
3.7 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v367338
Institution / Hochschule
Technische Universität Dortmund
Note
1,0
Schlagworte
Instandhaltung Smart Maintenance Industrie 4.0 Assistenzsysteme Datenmanagement

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Titel: Smart Maintenance. Konzept und Bewertung eines Treibers der Industrie 4.0