- Leseprobe - Echtzeitinstandhaltung zur Effektivitätssteigerung. Praxiswissen Instandhaltung

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1 Praxiswissen Instandhaltung Achim Kampker, Cord-Philipp Winter, Christian Fabry, Thomas Gartzen, Sebastian Kamp Echtzeitinstandhaltung zur Effektivitätssteigerung in der Produktion

2 Übersicht über die Arbeitshilfen Aufschreibungsblatt.xls: Beispiel für ein vorbereitetes Aufschreibungsblatt in Excel Das Klammersymbol Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie. Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN im Text verweist auf die entsprechende Datei im Anhang. by TÜV Media GmbH, TÜV Rheinland Group, Köln 2013 TÜV, TUEV und TUV sind eingetragene Marken. Eine Nutzung und Verwendung bedarf der vorherigen Zustimmung. Gesamtherstellung: TÜV Media GmbH, Köln 2013 Den Inhalt dieses E-Books finden Sie auch in dem Handbuch Der Instandhaltungs-Berater, TÜV Media GmbH, Köln. Die Inhalte dieses Werks wurden von Verlag und Autor nach bestem Wissen und Gewissen erarbeitet und zusammengestellt. Eine rechtliche Gewähr für die Richtigkeit der einzelnen Angaben kann jedoch nicht übernommen werden. Gleiches gilt auch für Websites, auf die über Hyperlinks verwiesen wird. Es wird betont, dass wir keinerlei Einfluss auf die Inhalte und Formulierungen der verlinkten Seiten haben und auch keine Verantwortung für sie übernehmen. Grundsätzlich gelten die Wortlaute der Gesetzestexte und Richtlinien sowie die einschlägige Rechtssprechung.

3 Echtzeitinstandhaltung zur Effektivitätssteigerung in der Produktion Zielsetzung dieses Beitrags Das Hauptziel der Instandhaltung ist die Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität eines Unternehmens. Da die Instandhaltung jedoch auch einen großen Kostenfaktor darstellt, gilt es, die Gesamtanlageneffektivität ohne zunehmende Instandhaltungskosten zu erhöhen. Daher muss es Ziel sein, die Instandhaltung zielgerichtet zu gestalten, zu planen und zu steuern. Die Effektivität eines Produktionssystems ist jedoch keine statische Größe, sondern ihre Einflussgrößen, d. h., die einzelnen Anlageneffektivitäten unterliegen dynamischen Veränderungen. Aufgrund dessen ist eine fortlaufende Transparenz der Effektivität eines Pro- Problembeschreibung von Achim Kampker, Cord-Philipp Winter, Christian Fabry, Thomas Gartzen und Sebastian Kamp Dieser Beitrag soll produzierenden Unternehmen eine Handlungsanleitung zum Aufbau einer Echtzeitinstandhaltung geben. Der Fokus des Beitrags liegt dabei auf der Einführung der erforderlichen Effektivitätsmessung. Hierzu wird eine in der Praxis bewährte zweistufige Vorgehensweise vorgestellt. Der erste Schritt zur Echtzeitinstandhaltung ist die manuelle Erfassung und Auswertung der Anlageneffektivität. Erst im zweiten Schritt erfolgt eine automatische Effektivitätsmessung und -auswertung in Echtzeit mithilfe einer Maschinen- und Betriebsdatenanbindung. Die bei der Umsetzung der beiden Schritte erforderlichen Werkzeuge und Methoden werden anwenderorientiert dargestellt. TÜV Media GmbH Seite 1

4 duktionssystems für eine bedarfsgerechte Instandhaltung zwingend erforderlich. Erst die permanente Überwachung der Effektivität ermöglicht eine Instandhaltung in Quasi- Echtzeit. Der Beitrag richtet sich daher an Instandhaltungsleiter und Produktionsleiter, Instandhaltungsplaner sowie Mitarbeiter des Instandhaltungscontrollings. Lösung/ Lösungsweg Der Lösungsweg für die skizzierte Problemstellung wird in fünf Abschnitten erläutert. Abschließend werden die vorgestellten Methoden in einem sechsten Abschnitt anhand eines Praxisbeispiels verdeutlicht. Der Beitrag ist daher wie folgt aufgebaut: 1. Effektivität 2. Erhebung von Produktionsdaten 3. Einführung einer Echtzeitinstandhaltung in zwei Stufen 4. Schwachstellenanalyse in Echtzeit und gezielte Maßnahmenableitung 5. Effektivitätsorientierte Planung und Steuerung der Instandhaltung in Echtzeit 6. Praxisbeispiel zur automatisierten Erfassung und Auswertung der OEE in der Nahrungsmittelindustrie TÜV Media GmbH Seite 2

5 1 Effektivität 1.1 Die Effektivität der Produktion als Zielsystem für die Instandhaltung Ziele und Aufgaben der Instandhaltung TPM Inzwischen wird die Instandhaltung nicht mehr nur als Kostenfaktor angesehen. Als Hauptziel der Instandhaltung wird vielmehr oftmals die Sicherung und Verbesserung der Verfügbarkeit der Betriebsmittel erachtet. Die Aufgabe der Instandhaltung ist es demnach, während des gesamten Lebenszyklus eines Betriebsmittels dessen funktionsfähigen Zustand mithilfe von technischen und administrativen Maßnahmen sowie Maßnahmen des Managements zu erhalten oder diesen wiederherzustellen, sodass es die geforderte Funktion erfüllen kann [1]. Eine reine Verfügbarkeitssicherung und -verbesserung greift jedoch als Zielsystem für die Instandhaltung zu kurz. Denn neben dem funktionsfähigen Zustand der Betriebsmittel sind ebenfalls die Leistungsfähigkeit und die Prozessstabilität bzw. die Qualität der Funktionserfüllung wesentliche Zielgrößen des unternehmerischen Handels [2]. Daher sollte das Zielsystem der Instandhaltung ausgeweitet werden auf die Sicherung und Verbesserung der Effektivität der Produktion. Dies beinhaltet die Unterziele Verfügbarkeit, Leistungsfähigkeit und Qualität. Dieses Instandhaltungsziel ist insbesondere im Konzept Total Productive Maintenance (TPM) verankert, das wörtlich übersetzt produktionsorientierte Instandhaltung bedeutet, eine in Japan entwickelte Denkweise. Eines der wesentlichen Ziele des TPM ist, die Effektivität der Anlagen zu verbessern, d. h. die wertschöpfende Betriebszeit der Anlagen auf ein möglichst hohes Niveau zu steigern. TÜV Media GmbH Seite 3

6 1.2 Effektivitätsmessung als Basis für ein zielgerichtetes Planen und Steuern der Instandhaltung Bewertungsgrundlage für Planung und Steuerung der IH Im Vordergrund der Produktionsplanung und -steuerung steht die Optimierung des gesamten Produktionssystems. Die Instandhaltung, in ihrer Funktion zur Sicherstellung einer funktions- und leistungsfähigen sowie prozessstabilen Produktion, orientiert sich an diesem Ziel. Die Effektivität dient als zentrale Zielgröße zur Bewertung durchgeführter Maßnahmen. Eine Messung der Effektivität ermöglicht die Beurteilung der Aktivitäten in der Instandhaltung und bildet die Grundlage für eine zielgerichtete Planung und Steuerung der Instandhaltung. Je höher der Grad an Effektivität, desto zielgerichteter sind die durchgeführten Maßnahmen. Erst durch die Erfassung der Effektivität werden die Auswirkungen der Instandhaltungsaktivitäten transparent und bewertbar. Auf Basis dieser Informationen können wiederum Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der aktuellen Maßnahmen gezogen werden, um gegebenenfalls Anpassungen zur Verbesserung der Planung und Steuerung durchzuführen. Abb. 1 verdeutlicht den sich zyklisch wiederholenden Prozess. Die Effektivitätsmessung bildet folglich die Basis für eine zielgerichtete Planung und Steuerung der Instandhaltung. Aktuelle Messdaten machen die Auswirkungen aktueller Instandhaltungsaktivitäten transparent und bewertbar und dienen als Grundlage zur Verbesserung der Qualität der Planung und Steuerung durch Erfahrungswerte. TÜV Media GmbH Seite 4

7 Steuern Messen Planen Verbessern Abb. 1: Zyklus Planen Steuern Messen Verbessern 1.3 Die Spitzenkennzahl OEE zur Messung der Effektivität des Produktionssystems Overall Equipment Effectiveness Die Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE) entstammt als zentrale Kennzahl dem TPM- Konzept. Die OEE als Spitzenkennzahl kombiniert in ihrer Betrachtung die Anlagen- und Prozessperspektive mit der Material- und Mitarbeiterperspektive und bietet somit eine entscheidende Hilfe, Hauptverlustquellen zu identifizieren [3; 4]. TÜV Media GmbH Seite 5

8 Anlagen Verfügbare Zeit Betriebszeit Netto- Betriebszeit Wertschöpfende Betriebszeit Verluste durch Fehler Geschwindigkeitsverluste Verluste durch Ausfallzeiten Verlustfaktoren Anlagenausfall durch Störungen Rüsten und Einstellen Leerlauf und Stopps Verringerte Geschwindigkeit Prozessfehler Reduzierte Ausbringung Anlaufverluste Gesamtanlageneffektivität (OEE) Verfügbarkeit x Leistungsgrad x Qualitätsrate Abb. 2: Overall Equipment Effectiveness (OEE) [5] Die OEE richtet das Augenmerk sowohl der Instandhaltung als auch der Anlagenentwicklung und der Produktion auf die Ausbringung des Produktionssystems als eine zentrale Größe. Die Anwendung der OEE ermöglicht sowohl innerhalb der Produktion als auch über die Produktion hinweg eine schnelle Vergleichbarkeit der Anlageneffektivität und befähigt die Organisation, Ursachen für Produktionsverluste zu adressieren und Verluste als Möglichkeiten zur Verbesserung wahrzunehmen. Aus Abb. 2 wird die Ermittlung der Kennzahl OEE im Detail ersichtlich [3]. Zielgrößen Verfügbarkeit Verfügbare Zeit Ausfallzeit Verfügbare Zeit Leistungsgrad Geplante Taktzeit x Output Betriebszeit Qualitätsrate Output Ausschussmenge Output Die Verfügbarkeit entspricht dabei dem prozentualen Anteil der Kalenderzeit, in der die Anlage tatsächlich betrieben wird, also für den Produktionsprozess verfügbar ist. Hierbei werden nicht nur die ungeplanten Produktionsunterbrechungen, sondern bewusst auch die planungsbasierten TÜV Media GmbH Seite 6

9 Verluste berücksichtigt. Damit werden auch Probleme im Zusammenhang mit der geplanten Anlagenauslastung in die Betrachtung mit einbezogen. Leistungsgrad Qualitätsrate Der Leistungsgrad ergibt sich durch Division der durchschnittlichen Ist-Produktionsgeschwindigkeit durch die Betriebszeit bzw. die um die Ausfallzeiten reduzierte verfügbare Zeit. Der Leistungsgrad drückt aus, wie viel Prozent der tatsächlich möglichen Produktionsgeschwindigkeit im Durchschnitt erreicht werden. Er lässt sich auch als Quotient von Nettobetriebszeit und Bruttobetriebszeit ausdrücken. Die Qualitätsrate gibt das Verhältnis von qualitativ einwandfreien Produkten zu der gesamten Produktionsmenge an. Er verdeutlicht, wie viel Prozent der gesamten Produktion keinerlei Abstriche an die geforderten Qualitätseigenschaften aufweist. Die Qualitätsrate ist auch als Quotient von wertschöpfender Betriebszeit und Nettobetriebszeit zu ermitteln [6]. Die OEE-Kennzahl, die alle Maschinen- und Anlagenverluste berücksichtigt, ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung und Steuerung der Effektivität der Produktionsanlagen. 2 Erhebung von Produktionsdaten 2.1 Informationen aus der Produktion zur Kennzahlenbildung Aus der Definition der Kennzahl OEE wird ersichtlich, dass zur Bildung von Instandhaltungskennzahlen Informationen aus der Produktion über Störzeiten, geplante Stillstandszeiten, organisatorische Ausfallzeiten (z. B. Rüstzeiten), Ausschusszahlen etc. benötigt werden. TÜV Media GmbH Seite 7

10 Verfügbarkeit Mittlere Stillstandszeit Die Verfügbarkeit ergibt sich als Quotient der Nutzungszeit zur Nutzungszeit plus Ausfallzeit einer Anlage. Verfügbarkeit Nutzungszeit Nutzungszeit + Ausfallzeit Dabei ist die Ausfallzeit weiter in eine instandhaltungsbedingte und nicht-instandhaltungsbedingte Ausfallzeit zu unterteilen. Die Verfügbarkeit kann mithilfe der Mittleren Ausfallzeit (Mean Time To Repair, MTTR) und dem Mittleren Ausfallabstand (Mean Time Between Failure, MTBF) berechnet werden [6]. MTBF Verfügbarkeit MTBF + MTTR Diese Gleichung gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, dass die MTBF- und MTTR-Werte statistisch gesicherte Mittelwerte sind. Da die Ausfallrate und die Instandsetzungsrate keine Konstanten sind, gelten die Zahlenwerte der Verfügbarkeit nicht für einen beliebig langen Zeitraum, da sie sich situationsabhängig ändern können [7]. In neuerer Zeit wird die oben genannte Gleichung präziser definiert durch Ersetzung des Mittleren Ausfallabstands durch die mittlere Stillstandszeit (Mean Down Time, MDT). Diese Definition verdeutlicht die beschriebene Einbeziehung aller Verfügbarkeitsverluste [6]. Verfügbarkeit MTBF MTBF + MDT In den Leistungsgrad fließen Mikrostörungen und Geschwindigkeitsverluste ein. Als Mikrostörungen werden solche Störungen bezeichnet, die aufgrund ihrer kurzen Störungsdauer nicht als Ausfallzeit erfasst werden. Oftmals sind dies Störungen, die durch eine Quittierung einer Fehlermeldung TÜV Media GmbH Seite 8

11 Leistungsgrad Qualitätsrate MDE: Maschinendatenerfassung BDE: Betriebsdatenerfassung oder andere Tätigkeiten des Bedienpersonals behoben werden können. Zur Bestimmung des Leistungsgrads werden Informationen über die Betriebszeit, die geplante Taktzeit und den erzielten Output benötigt [5]. Leistungsgrad Geplante Taktzeit Output Betriebszeit Je nach Produktionsumfeld können Mikrostörungen einen erheblichen Einfluss auf die Effektivität des Produktionssystems haben. Mitunter kann ihre kumulierte Störzeit höher sein als die Störzeiten aufgrund von Instandsetzungen. Für die Qualitätsrate werden Informationen über die Prozessstabilität und den Ausschuss benötigt. Bei der Bestimmung der Qualitätsrate ist eine eindeutige Definition der Qualitätsanforderungen von Bedeutung. Nacharbeit und Ausschuss sind in der Kennzahl zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist die Produktionsmenge bzw. -stückzahl für die Berechnung der Qualitätsrate erforderlich. Die Qualitätsrate gibt das Verhältnis von Gutteilen zum Gesamtoutput an und ist ein wesentlicher Bestandteil der Effektivitätskennzahl OEE [1; 5]. 2.2 MDE und BDE als Grundlage zur Echtzeitinstandhaltung Eine Instandhaltung in Quasi-Echtzeit erfordert eine Ermittlung und Visualisierung der Instandhaltungskennzahlen inklusive der Spitzenkennzahl OEE in Quasi-Echtzeit. Hierzu bedarf es der Nutzung von vorhandenen Informationen aus der Produktion. Diese liegen in Form von Betriebsmittelund Maschinendaten vor, die durch die betriebliche Betriebsdatenerfassung (BDE) und Maschinendatenerfassung (MDE) erfasst werden. TÜV Media GmbH Seite 9