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07101 Strukturierte Anlagenbewertung

Ein Instrument zur Optimierung des Instandhaltungsstrategiemix in der Smart Maintenance

Ein kosteneffizientes Anlagenmanagement verlangt die Festlegung eines optimalen, an den Anforderungen der jeweiligen Produktionsanlage orientierten Instandhaltungsstrategiemix. Grundlage hierfür bildet eine strukturierte Bewertung sämtlicher Produktionsanlagen und somit eine Klassifizierung dieser nach bestimmten Kriterien. Zur Durchführung einer solchen Bewertung und zur Ableitung entsprechender Instandhaltungsstrategien bieten sich verschiedene Ansätze an. Dieser Artikel greift einige davon auf und beschreibt die Vorgehensweise anhand mehrerer Beispiele.
von:

1 Einleitung

Im Spannungsfeld aus Kosten, Qualität, Zeit und Flexibilität stellen die Märkte auf allen Stufen der Wertschöpfungskette immer höhere Ansprüche an Produktion und Anlagenmanagement. Hierbei stechen die zunehmenden Flexibilitätsanforderungen an Unternehmen hervor. Durch Trends in Richtung Losgröße 1 werden diese Ansprüche weiter steigen. Die evolutionäre Entwicklung zur Industrie 4.0, die aktuell stattfindet, soll die Möglichkeiten liefern, diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden.
Hohe Anlagenverfügbarkeit bei ...
Die daraus resultierenden Herausforderungen müssen zu einem Wandel in vielen Dimensionen des Anlagenmanagements führen. Hohe Flexibilitätsansprüche gehen direkt mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen einher. Die steigende Automation und Vernetzung unterstreicht ebenfalls die Bedeutung von Anlagenverfügbarkeit und Instandhaltung im Allgemeinen. [1] Die Vereinbarkeit von geplanten Stillständen mit dem Produktionsprogramm wird durch die steigende Flexibilität reduziert, was die Instandhaltungsplanung zusätzlich erschwert. [2]
... größtmöglicher Flexibilität
Unter diesen Voraussetzungen wird die Wahl der bestmöglichen Instandhaltungsstrategie komplexer, da es gilt, hohe Anlagenverfügbarkeit bei größtmöglicher Flexibilität zu erreichen. Die Veränderungen durch Industrie 4.0 im Bereich der IH-Strategie zeichnen sich unter anderem durch eine zunehmende Bedeutung von Erklärungsmodellen zur Echtzeitanalyse und Interpretation von Daten [3] mit dem Ziel einer höheren Ausfallprognosegenauigkeit aus. [4] [5]
Im Instrumentenrahmen der Instandhaltung bedarf es ebenfalls einer Weiterentwicklung hin zu dynamischen Regelkreismodellen zur Strategiemixbestimmung. [4]

2 Instandhaltungsstrategien

Instandhaltungsstrategien sind objektbezogene Vorgaben, die festlegen, welche Instandhaltungsmaßnahmen hinsichtlich Umfang, Methode, Inhalt und zeitlicher Abfolge durchzuführen sind. [6] [7]
Zwischen den folgenden Instandhaltungsstrategien wird in der Regel unterschieden:
Ausfallorientierte Instandhaltung (reaktiv)
Vorbeugende Instandhaltung (präventiv)
Zustandsorientierte Instandhaltung (prädiktiv)
Anlagenverbesserung (proaktiv)
Auf eine ausführliche Beschreibung dieser Strategien wird verzichtet und auf die angegebenen Literaturquellen verwiesen. [6] [7] [8]
Sich auf eine einzige dieser Strategien für eine gesamte Anlage, bestehend aus Baugruppen und Bauteilen mit unterschiedlichem Ausfallverhalten, zu fixieren, ist nicht zielführend. Der optimale Mix aus ausfallabhängigen, zustandsorientierten, vorausschauenden und nachhaltig Ausfallursachen beseitigenden Maßnahmen muss durch einen logischen, systematischen und dynamischen Prozess bestimmt werden. [6]
Wahl der richtigen Strategie wesentlich
Die Instandhaltungsstrategieplanung und -auswahl ist wesentlich für die Erreichung der Instandhaltungsziele, die aus der Unternehmenspolitik auf die Instandhaltung heruntergebrochen werden. Abbildung 1 zeigt den Regelkreis der Instandhaltung mit der Instandhaltungsstrategieplanung als zentrales Instrument, das durch regelmäßige Zielerreichungskontrollen ständig angepasst und optimiert wird. [6] Diese permanente Anpassung des Instandhaltungsstrategiemix erlaubt, insbesondere durch Lernkurveneffekte, eine Annäherung an die optimale anlagenspezifische IH-Strategie.
Abb. 1: Regelkreis der Instandhaltung [6]
Aufbauend auf dem Regelkreis der Instandhaltung hat Hölbfer das in Abbildung 2 dargestellte Vorgehensmodell zur Strategieauswahl für Mehrortkomponenten (Elemente oder Baugruppen mit Normcharakter) in der Instandhaltung entwickelt. Bestehend aus den Schritten Anlagenprioritätsbestimmung, Analyse des Ausfallverhaltens und Strategieanpassung, die mittels vorgesehenen Regelschleifen periodisch wiederholt werden, erfüllt dieses Modell die zuvor beschriebenen Anforderungen der dynamischen Anpassung zur Annäherung an einen optimalen Strategiemix. [9]
Abb. 2: Vorgehensmodell zur Strategieauswahl in der Instandhaltung [9]
Ein anlagenspezifisches und dynamisches Vorgehen bei der Instandhaltungsstrategiefestlegung ist zur Erreichung der Instandhaltungsziele notwendig. Daher ist die im Folgenden ausführlich behandelte strukturierte Anlagenbewertung ein wichtiges Instrument des Instandhaltungsmanagements.

3 Strukturierte Anlagenbewertung

Verwendungszweck festlegen
Die strukturierte Anlagenbewertung kann zusätzlich zur Instandhaltungsstrategiefestlegung für zahlreiche Problemstellungen des Anlagenmanagements, wie z. B. Outsourcing-, Investitionsentscheidungen, Instandhaltungsbudgetierung, Priorisierung von Verbesserungsmaßnahmen usw., eine Entscheidungsgrundlage darstellen. Vor der Entwicklung eines Anlagenbewertungsmodells muss daher der Verwendungszweck festgelegt werden. Dieser hat einen wesentlichen Einfluss auf die Gestaltung des Modells, insbesondere hinsichtlich des zu betreibenden Aufwands für die Entwicklung und Bewertung sowie die Auswahl der Bewertungskriterien.
Im Sinne eines dynamischen Regelkreisvorgehens sollte nicht nur die Anlagenbewertung regelmäßig überprüft werden, sondern auch das Bewertungsmodell an sich neuen Gegebenheiten und Erkenntnissen angepasst werden.
Dynamische IH-Strategieanpassung
Eine homogene Instandhaltungsstrategie, meist ausfallorientiert, wird nur mehr von den wenigsten Industriebetrieben eingesetzt. Immer mehr Unternehmen wenden einen auf die Anlagen ausgerichteten Instandhaltungsstrategiemix an. Dieser wird jedoch sehr selten kritisch hinterfragt und an sich ändernde Bedingungen angepasst. Die Festlegung der Instandhaltungsstrategien ergibt sich meist aus dem Erfahrungswissen von langjährigen Mitarbeitern aus Produktion und Instandhaltung. Die damit verbundene unstrukturierte Bewertung der Anlagen, abgeleitet aus dem Expertenwissen, birgt jedoch Risiken bzw. Nachteile gegenüber einer strukturierten Vorgehensweise:
Verspätete oder ausbleibende Anpassung an sich ändernde Bedingungen
Je nach Branche können sich Veränderungen am Absatzmarkt, z. B. durch eine Nachfrageverlagerung im Produktsortiment oder eine grundsätzliche Verringerung oder Erhöhung der Gesamtauslastung, sehr schnell auf die Auslastung einzelner oder aller Anlagen auswirken. Eine Priorisierung der Anlagen nach Erfahrungswissen berücksichtigt solche Auslastungsschwankungen meist nicht oder zu spät.
Wichtige Perspektiven werden unter Umständen nicht berücksichtigt
Das operative Personal, das durch jahrelange Erfahrung ein Expertenwissen aufbaut, beurteilt Anlagen erfahrungsgemäß nicht nach sämtlichen für das Unternehmen relevanten Betrachtungsperspektiven. Eindrücke aus der jüngeren Vergangenheit und dem eigenen Tätigkeitsfeld sind bei subjektiver Betrachtungsweise viel präsenter als andere. So gilt z. B. eine Anlage, die in letzter Zeit mehrere Kleinstillstände hatte, für die davon betroffenen Mitarbeiter als besonders kritisch, auch wenn sie dies für das Unternehmen bei objektiver Betrachtung nicht ist. Dadurch fließen wichtige Kriterien für das Anlagenmanagement, wie z. B. die Instandhaltungskosten einer Anlage oder Risikobetrachtungen, oft nicht in die Bewertung mit ein.
Kritische Anlagen können übersehen werden
Die reaktive routinemäßige Instandhaltung führt dazu, dass nicht alle kritischen Anlagen als solche identifiziert und behandelt werden. Der Vergleich nach Durchführung einer strukturierten Anlagenbewertung zeigt zwar meist, dass die bisher als kritisch eingeschätzten Anlagen unter den Höchstgereihten sind, jedoch befinden sich dort auch Anlagen, die bisher als unkritisch eingeschätzt wurden.
Abhängigkeit vom internalisierten Wissen weniger Experten
Ein weiterer Nachteil dieser Herangehensweise ist die Abhängigkeit vom Erfahrungswissen einzelner Mitarbeiter, insbesondere, wenn das Ergebnis dieser unstrukturierten Anlagenbewertung nicht schriftlich festgehalten wird. Allerdings ist auch eine schriftliche Dokumentation eines subjektiven Ergebnisses meist nicht für jeden nachvollziehbar und reproduzierbar. Mitarbeiterfluktuation, demografischer Wandel und Fachkräftemangel verstärken diese Problematik.
Keine quantifizierte Vergleichbarkeit der Produktionsanlagen
Das Ergebnis einer unstrukturierten Bewertung des Anlagenparks lässt keine messbare Vergleichbarkeit der einzelnen Anlagen zu. Dies stellt jedoch für viele Entscheidungen des Anlagenmanagements eine wichtige Grundlage dar. Eine strukturierte Vorgehensweise bei der Bewertung von Produktionsanlagen führt zu einem objektiven, vergleichbaren und nachvollziehbaren Ergebnis.

3.1 Kriterienbewertung

Die Kriterienbewertung eignet sich sehr gut zur objektiven und vergleichbaren Bewertung von Anlagen und stellt gleichzeitig eine Möglichkeit zur kritischen Prüfung des Erfahrungswissens der Experten dar.

3.1.1 Vorgehensweise zur Entwicklung eines Kriterienbewertungsmodells

Die Entwicklung eines auf das jeweilige Unternehmen maßgeschneiderten Bewertungsmodells ist dringend zu empfehlen, insbesondere was die Auswahl der Bewertungskriterien betrifft. In der Praxis hat sich hierfür die in Abbildung 3 dargestellte und im Folgenden beschriebene Vorgehensweise bewährt.
Abb. 3: Vorgehensweise zur Entwicklung eines Kriterienbewertungsmodells
a) Expertenteam
Als erster Schritt muss ein Projektteam für diese Aufgabe zusammengestellt werden. Auf die richtige Zusammensetzung sollte großer Wert gelegt werden, da nur so sichergestellt ist, dass alle für das Unternehmen relevanten Perspektiven Beachtung finden. Neben erfahrenen Mitarbeitern aus Produktion und Instandhaltung – sowohl elektrische als auch mechanische – sollten je nach Organisationsgröße und -struktur auch leitende Funktionen in diesen Teams mitwirken. Zumindest müssen die Zwischenergebnisse regelmäßig mit diesen abgestimmt werden, um die Perspektiven des Managements nicht außer Acht zu lassen. Je nach zu diskutierenden Inhalten empfiehlt sich auch das Hinzuziehen von Experten aus anderen Unternehmensbereichen (z. B. Qualitäts- und Umweltmanagement, Controlling, Sicherheit, IH-Planungsabteilung usw.).
b) Kriterienentwicklung
Mit der zentralen Frage: „Was macht für unser Unternehmen eine kritische Anlage aus?” werden in Workshops möglichst viele geeignete Kriterien entwickelt, die sämtliche relevanten Perspektiven des Unternehmens, bezogen auf dessen Produktionsanlagen, abdecken. Eine entsprechende Vorbereitung der Workshopteilnehmer stellt sicher, dass diese alle für ihren Tätigkeitsbereich relevanten Perspektiven miteinbringen. Die richtige Teamzusammensetzung ist daher wichtig. Tabelle 1 zeigt exemplarisch mögliche Bewertungskriterien.
Tabelle 1: Mögliche Bewertungskriterien
Bewertungskriterium
Beschreibung
Verfügbarkeit
Technische Verfügbarkeit der Anlage
Störanfälligkeit
Anzahl der Störfälle pro Zeiteinheit
Qualitätsrelevanz
Einfluss der Anlage auf die Produktqualität
IH-Intensität
IH-Kosten/Wiederbeschaffungswert
IH-Kosten
Kosten für Personal, Material, Fremdleistungen ...
Substituierbarkeit
Alternative Anlagen bei Ausfall? Aufwand bei Wechsel
Ersatzteilverfügbarkeit
Sind Ersatzteile verfügbar? Lieferzeit?
OEE
Ist der OEE in einem kritischen Bereich?
Umwelt/Sicherheit
Hat die Anlage besondere Auswirkungen auf Umwelt/Sicherheit im Störfall?
Ausbringungsrelevanz
Ist die Anlage starr verkettet mit vor- und nachgelagerten Anlagen? Sind Pufferläger vorhanden? Wie viele Parallelanlagen führen den gleichen Arbeitsschritt durch?
In einem nächsten Schritt müssen die Kriterien auf eine handhabbare Anzahl verdichtet werden. Je nach Umfang des zu bewertenden Anlagenparks und abhängig davon, ob eine qualitative oder quantitative Bewertung durchgeführt werden soll, ist es zweckmäßig, nicht zu viele Kriterien in das Bewertungsmodell aufzunehmen. Eine Anzahl von fünf bis zehn Kriterien hat sich in den meisten Fällen als ausreichend und bearbeitbar erwiesen. Meist lassen sich Kriterien zusammenfassen oder sie stellen sich als unwichtig heraus. Die Herausforderung ist, keine relevanten Perspektiven gänzlich wegfallen zu lassen und trotzdem ein möglichst schlankes Bewertungsmodell zu entwickeln.
Eine abschließende eindeutige Beschreibung der gewählten Kriterien ist wichtig, da sonst in vielen Fällen ein ungewünschter Interpretationsspielraum bleibt, der zu subjektiven Bewertungsergebnissen führen kann.
c) Abstufungsfestlegung
Sind die Kriterien für das Bewertungsmodell definiert und eindeutig beschrieben, müssen Abstufungen und Grenzen festgelegt werden. Meist wird, wie in Abbildung 4 ersichtlich, eine Unterteilung in drei bis fünf Abstufungen vorgenommen. Im Sinne einer objektiven und vergleichbaren Bewertung ist es essenziell, dass die einzelnen Abstufungen klar definiert werden. Wird dies durch Hinterlegung von konkreten Zahlenwerten erreicht, spricht man von quantitativen, in allen anderen Fällen von qualitativen Kriterien (siehe hierzu Abschnitt 3.1.3).
In dem Beispiel in Abbildung 4 lässt sich die Abstufung des Kriteriums „Störanfälligkeit” sehr leicht durch konkrete Zahlenwerte hinterlegen, indem man z. B. als „gering” jene Anlagen einstuft, die weniger als zehn, und als „hoch” jene, die mehr als vierzig Störungen pro Monat haben. Beim Kriterium „Anlagenkomplexität aus Sicht der Instandhaltung” ist dies jedoch nicht so einfach möglich. Hier empfiehlt sich eine genaue qualitative Beschreibung, wann eine Anlage die Ausprägung gering, mittel oder hoch erfüllt.
Abb. 4: Abstufungen und Grenzen von Bewertungskriterien [10]
d) Kriteriengewichtung
Als abschließenden Schritt empfiehlt sich eine Gewichtung der Kriterien. Dies ist nicht zwingend notwendig, sollte jedoch durchgeführt werden, wenn der Einfluss der Kriterien auf die Anlagen unterschiedlich ausgeprägt ist. Dies lässt sich meist schon im Zuge der Kriterienentwicklung feststellen.

3.1.2 Kriterienbewertungsmodell

Als Ergebnis dieser vier beschriebenen Schritte erhält man ein Kriterienbewertungsmodell, wie es exemplarisch in Abbildung 5 dargestellt ist. Dieses kann in Excel aufgebaut oder auch in einem vorhandenen IT-System integriert werden.
Abb. 5: Beispiel Kriterienbewertungsmodell
Durch Summieren der Bewertung je Kriterium erhält man den Anlagenindex, der ein Ranking und somit eine Priorisierung der Anlagen untereinander ermöglicht. In Abbildung 5 erkennt man weiterhin, dass sich mit entsprechender Gewichtung die Priorität der Anlagen im Vergleich zur ungewichteten Bewertung verändert.

3.1.3 Qualitative vs. quantitative Kriterien

Ein eindeutiges und objektives Bewertungsergebnis wird erreicht, indem man sämtlichen Kriterien quantitative Messgrößen hinterlegt. Allerdings ist dies nicht immer möglich, da einerseits für grundsätzlich messbare Kriterien keine Daten vorhanden sind und andererseits gewisse Kriterien nicht quantitativ messbar sind. Zum Beispiel fällt es in den meisten Fällen schwer, die Umwelt-/Sicherheitsauswirkungen einer Anlage mit konkreten Zahlenwerten zu hinterlegen. Daher muss das Kriterium in seinen Abstufungen eindeutig qualitativ beschrieben werden, sodass jeder, der eine Anlage nach diesem Kriterium bewertet, möglichst zum gleichen Ergebnis kommt. Die Unterschiede zwischen qualitativen und quantitativen Bewertungen sind in Tabelle 2 aufgelistet.
Tabelle 2: Qualitative und quantitative Bewertungen
 
quantitative Bewertung
qualitative Bewertung
Einmaliger Aufwand bei Modellentwicklung
Abhängig von vorhandenen Daten und deren Genauigkeit
Gering
Veränderung der Bewertungsgrenzen
Unproblematisch
Meist komplette Neubewertung notwendig
Periodische Neubewertung
Bei Verknüpfung mit ERP/BDE-System kein Aufwand, sonst gering
Aufwendige Neubewertung aller Anlagen
Dynamische Anlagenbewertung
Bei Verknüpfung mit ERP/BDE-System möglich
Je nach Kriterium nicht möglich
Meist besteht ein Bewertungsmodell aus qualitativen und quantitativen Bewertungskriterien.

3.2 Dynamische Anlagenbewertungen

Integration in ein IT-System
Wird eine statische Anlagenbewertung (einmalig oder in größeren Intervallen) vorgenommen, ist der Bewertungsaufwand nicht relevant. Soll jedoch eine regelmäßige – dynamische – Neubewertung, z. B. zur monatlichen Priorisierung der Anlagen, durchgeführt werden, ist sicherzustellen, dass das Bewertungsmodell einen möglichst geringen Bewertungsaufwand zulässt. Idealerweise ist dieses Modell in ein IT-System integriert und wird direkt aus einer Datenbank mit den aktuellen Kennwerten zu den Kriterien versorgt, sodass mit vordefinierten Grenzen und Gewichtungen jederzeit ein aktuelles Anlagenranking ausgelesen werden kann.
Echtzeitpriorisierung
Mithilfe einer solchen „Echtzeitpriorisierung” können nicht nur längerfristige Instandhaltungsstrategieentscheidungen getroffen werden, sondern auch sehr kurzfristige. So können z. B. bei beschränkten Instandhaltungsressourcen mehrere zeitgleich eintretende Störfälle anhand der aktuellen Anlagenprioritätsliste gereiht und abgearbeitet werden. Dies ist besonders für eine zentral organisierte Instandhaltung interessant.
Zur dynamischen Bewertung müssen Kriterien gewählt werden, die quantitativ bewertbar, in einer Datenbank vorhanden sind und die charakteristisch für die Veränderung der Anlagenpriorität sind. Die aktuelle Auslastung der Anlage, die Produktion von Gütern mit hohem marktseitigem Ausfallkostenpotenzial oder ein aktueller Lieferengpass des produzierten Produkts sind charakteristische Beispiele. Ergänzend zu diesen dynamischen Kriterien können auch dauerhaft konstante Kriterien wichtig sein. Zum Beispiel sind Anlagenausfälle am Ende einer starr verketteten Produktionslinie mit integrierten Pufferlägern weit kritischer als am Anfang. Somit wäre der Standort der Anlage in dieser Linie ein wichtiges konstantes Kriterium. Solche konstanten Kriterien müssen auch für diesen Anwendungszweck nicht quantitativ bewertbar sein, sondern können einmalig bewertet werden.
Einschränkend ist festzuhalten, dass Bauelemente, Baugruppen und die damit verbundenen Anlagen nur mittel- bis langfristig auf Strategieänderungen reagieren. Eine zu hohe Anpassungsdynamik erschwert das dynamische Lernen im Regelkreis (s. Abb. 1).

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