Anwendung von Verfahren zur Systemanalyse: FMEA, FTA, RCM und LCC

Transkript

1 Anwendung von Verfahren zur Systemanalyse: FMEA, FTA, RCM und LCC Methodische Grundlagen und Nutzeffekte SEITE 1

2 Was geht mich RAMS und LCC als Betriebsführer an? Was gehen mich Zuverlässigkeitsbetrachtungen an? Dafür sind die Technikhersteller zuständig! Warum soll ich mich mit Instandhaltung beschäftigen, wenn ich doch einen Full-Service-Vertrag abgeschlossen und teure CMS-Lösungen im Einsatz habe? Warum muss ich Lebeszykluskosten-Betrachtungen durchführen, wenn meine Versicherung doch den Maschinenausfall bezahlt? Was soll diese ganze Theorie? Es zählt doch nur die Praxis! SEITE 2

3 RAMS/LCC-Analysemethoden Fehlerbedingungen Top-Events Fehlerbaumanalyse (FTA) Fehlerraten Gefährdungsanalyse (Hazard Analysis) Basisereignisse RAM-Analyse Fehlerbedingungen Erfahrungen FME(C)A Fehler Strukturen Eingangsparameter RCM-Analyse LCC-Analyse SEITE 3

4 FMEA und FTA SEITE 4

5 FMEA als QM-Werkzeug FMEA = Failure Mode Effect Analysis (Fehler-Möglichkeits- und Einflussanalyse) - entwicklungs- und planungsbegleitende, halbquantitative Risikoanalyse - zur Untersuchung möglicher Fehler eines Produktes oder Prozesses und deren Auswirkungen auf den Kunden - Teil des Produktes/Prozesses, dokumentiert die kontinuierlichen Qualitätsgedanken - methodisches Instrument zur frühzeitigen Fehlererkennung und -vermeidung - Management-Instrument für Bewertung der Entwicklungs- und Planungsgüte des Produktes oder Prozesses - systematische Dokumentation von Expertenwissen - teamorientierte Methode SEITE 5

6 Darstellung der Systemstruktur (WEA) Baum, Funktionen, Fehlfunktionen Grundlage der FMEA-Systemstruktur: funktionsbezogenes Referenzkennzeichensystem und verknüpfbaren Instandhaltungsobjekten (KTE=kleinste tauschbare Einheit) Jedem Systemelement wurden seine Funktionen und mögliche Fehlfunktionen zugeordnet und über die Systemhierarchie miteinander verknüpft SEITE 6

7 Pareto-Analyse (WEA) Fehler geordnet nach RPZ RPZ = Risikoprioritätszahl ( ) RPZ = B x A x E B = Bedeutung der Fehlerfolge A = Auftretenswahrscheinlichkeit der Fehlerursache E = Entdeckungswahrscheinlichkeit der Fehlerursache SEITE 7

8 FTA Einführung Ziel und Beispielfragen Ziel einer Fehlerbaumanalyse: Qualitative und quantitative Bewertung der Verlässlichkeit eines Systems hinsichtlich eines bestimmten unerwünschten Ereignisses Voraussetzung: Bekannte (Fehl-)Funktionsstruktur des Systems = hierarchische logische Anordnung von Ereignissen = Fehlerbaum Schrittweise Erarbeitung in Top-Down-Richtung Quantifizierbare Ereignisse in unterster Hierarchieebene = Elementarereignisse Quellen: Felddaten, Versuche, Datenbanken Ereigniszustände binär modellierbar Beispielfragen:? Gibt es Komponenten, deren alleiniges Versagen (Einzelfehler) zum unerwünschten Öffnen der PAX-Tür führen? Quelle: simflight.de Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit des Ereignisses Ungewolltes Öffnen der PAX-Tür während eines Fluges? SEITE 8

9 FTA Einführung Anwendungsbereich Die FTA wird zur Entscheidungsunterstützung angewendet: in der Phase der Produktentwicklung Gestaltungsfaktoren: Auswahl der Systemkomponenten, Einbau von Redundanzen, Inspektionen, vorbeugende Instandhaltung, Überwachung im Fall fehlender bzw. vom Aufwand her nicht vertretbarer Datenerhebungen frühzeitiger Nachweis gesetzlicher und vertraglicher Systemanforderungen Sicherheitsnachweise, Verfügbarkeitsberechnungen, LCC-Betrachtungen SEITE 9

10 Beispiel Fehlerbaumanalyse SEITE 10

11 Reliability Centered Maintenance SEITE 11

12 Literatur und Quellenangaben Moubray, J.: RCM - Die hohe Schule der Zuverlässigkeit von Produkten und Systemen. Landsberg: mi Verlag Moderne Industrie Ministry of Defence: Defence Standard Part 3. Using Reliability Centred Maintenance to Mangeage Engineering Failures. Part 3. Guidance on the application of Reliability Centred Maintenance SAE JA1012. A Guide to the Reliability-Centered Maintenance (RCM) Standard. SAE International IEC Dependability management - Part 3-11: Application guide Reliability centred maintenance Puls, D: Anwendung von RCM im Unternehmensbereich U-Bahn der BVG; Lehrgangsunterlagen der IZP Dresden, 2006 Wobbe, M: Reliability Centered Maintenance and Optimization -RCMO-: Eine Softwarelösung für die risikobasierte Instandhaltung von SAP und Meridium; Produktpräsentation IAEA-TECDOC-1590: Application of Reliability Centred Maintenance to Optimize Operation and Maintenance in Nuclear Power Plants; International Atomic Energy Agency, 2007 American Bureau of Shipping: ABS GUIDANCE NOTES ON RELIABILITY-CENTERED MAINTENANCE, New York, 2004 Nowlan, F.S.; Heap, H.F.: Reliability-Centered Maintenance. Springfield, Virginia: National Technical Information Service, US Department of Commerce Beichelt, F.: Zuverlässigkeits- und Instandhaltungstheorie. Stuttgart: Teubner-Verlag SEITE 12

13 Warum RCM? Störungen treten zunehmend zufällig auf Die Systeme werden zunehmend komplexer Der Anteil elektronischer, mechatronischer Baugruppen nimmt zu Nutzeffekte: Verbesserung der Sicherheit und Umweltschutz Kontinuierliche Kosteneinsparung durch höhere Rentabilität der Instandhaltung Reduzierung des Energieverbrauchs und höhere Betriebsleistung Vermeidung von Anlagenausfällen Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und der nutzbaren Lebensdauer Sicherung der Produktqualität Mit RCM erreicht man ein wesentlich besseres Verständnis der Systemfunktionen RCM macht Entscheidungswege und Basisinformationen transparent SEITE 13

14 Beispiel Ölplattform (Quelle [Wobbe]) SEITE 14

15 RCM-Ergebnisse Ölplattform (Quelle [Wobbe]) SEITE 15

16 Die RCM-Grundfragen 1. Welche Funktionen und damit verbundene Leistungsnormen gibt es für die Anlagenkomponente unter Berücksichtigung der momentanen Betriebsbedingungen? 2. Wie versagt eine Anlagenkomponente bei der Ausführung ihrer Funktion? 3. Welche Ursachen hat die Funktionsstörung? 4. Was geschieht, wenn die Anlagenkomponente versagt? 5. Auf welche Weise stört das Versagen? 6. Was kann getan werden, um der Störung vorzubeugen? 7. Was sollte unternommen werden, wenn keine vorbeugende Lösung gefunden werden kann? SEITE 16

17 Standard- maßnahme Prevention Grundfrage RCM Entscheidungsbaum (Beispiel BVG) Störung Sicherheit Betriebs- verdeckt Umwelt? folgen?? ja ja ja Vorwegnehmende Maßnahme machbar und rentabel? Vorwegnehmende Maßnahme machbar und rentabel? Vorwegnehmende Maßnahme machbar und rentabel? Vorwegnehmende Maßnahme machbar und rentabel? Falls nein Falls nein Falls nein Falls nein Geplante Fehlersuche Konstruktionsänderung Keine geplante IH Keine geplante IH oder Konstruktionsänderung oder oder Konstruktionsänderung Konstruktionsänderung SEITE 17

18 Ergebnisse eines RCM-Projektes Planungsgrundlagen für Vorbeugende IH-Maßnahmen Überwachungs- /Inspektionsmaßnahmen Weitere Ergebnisse wie z.b. Betriebsanweisungen, Wartungshandbücher Ersatzteillisten, nötige Ersatzteile auf Lager Notwendiges Training für Mitarbeiter Empfehlungen für technische Anlagenverbesserungen und Designänderungen SEITE 18

19 LCC-Analyse SEITE 19

20 Ziele der LCC-Analyse Unmittelbares Ziel möglichst umfassend und genau die Kosten eines Produktes über seinen gesamten Lebenszyklus oder Teile davon vorhersagen / berechnen Zweck Bewertung von Alternativen (bezüglich Beschaffung und Aussonderung) Abschätzung der Rentabilität von Produkten und Projekten Identifizierung von Kostentreibern für Objekte oder Anlagen und Bewertung von möglichen Verbesserungen langfristige Finanzplanung Kalkulation von Serviceverträgen SEITE 20

21 DIN IEC : Lebenszykluskosten LCC-Analyse: Prozess der ökonomischen Analyse zur Beurteilung der Gesamtkosten des Erwerbs und des Eigentums eines Produktes - anwendbar auf gesamten Lebenszyklus oder auf Teile oder Kombinationen verschiedener Lebenszyklusphasen - Abschätzung der Lebenszykluskosten möglich für: - ein einzelnes Produkt (z.b. ein Fahrzeug) - gesamte Population (z.b. alle Fahrzeuge eines Typs) - ein System (z.b. ein Kraftwerk) - einen bestimmten Industrieprozess (z.b. Herstellung elektronischer Komponenten) - die Instandhaltungsorganisation (eines Unternehmens) Ziele und Anwendung eines LCC-Modells sind im Vorfeld zu definieren - Gesamt-LCC für die sechs Lebenszyklusphasen (entsprechend IEC ): LCC = C CD + C DD + C M + C I + C OM + C D C CD C DD C M C I C OM C D - Kosten der Konzept- und Definitionsphase (Concept and Definition phase) - Kosten der Konstruktions- und Entwicklungsphase (Design and Development phase) - Kosten der Produktionsphase (Manufacturing phase) - Kosten der Inbetriebsetzungsphase (Installation phase) - Kosten der Betriebs- und Instandhaltungsphase (Operation and maintenance phase) - Kosten der Entsorgungsphase (Disposal phase) SEITE 21

22 Beispiel LCC-Prognose (simulierte Kosten) SEITE 22

23 Wer macht was und wann? Anwendung der Analysemethoden ist abhängig von der Rolle im Gesamtprozess FMEA und FTA sollten bereits in der Entwicklung und Produktion als Standard-QM-Werkzeug eingesetzt werden FMEA und FTA müssen im Betrieb fortgeschrieben werden und zur Produkt- und Prozessoptimierung genutzt werden LCC-Betrachtungen sind bereits bei der Windparkplanung anzuwenden LCC-Prognose ist kontinuierlich mit Praxis abzugleichen und zu aktualisieren Ganzheitliches RCM-Konzept sollte Basis für jeden Service- Vertrag und für die Instandhaltungsplanung allgemein sein SEITE 23

24 Nutzen der RAMS/LCC-Systemanalyse für die Betriebsführung Windenergie Definition von Anforderungen und Zielwerten bei Neuprojekten Objektivere Vertragsvalidierung und Entscheidungsfindung Beurteilung und Auswahl von geeigneten Serviceverträgen Findung von Prioritäten für IH-Planung Unterstützung der Budgetplanung und Budgetverteilung Verbesserung der Kommunikation mit Technikherstellern und Serviceanbietern Verbesserung der Verhandlungsbasis gegenüber Versicherern und Aufsichtsbehörden Dokumentation von Expertenwissen Nichts ist praktischer als eine gute Theorie! Ludwig Bolzmann SEITE 24