02.05.2019

Instandhaltungsstrategien vorgestellt: Lean Maintenance

Instandhaltung findet traditionell im Spannungsfeld zwischen hoher Anlagenverfügbarkeit und möglichst geringen Kosten statt. Instandhaltung soll so einerseits absichern, dass ungeplante Stillstände (Störungen) an Maschinen und Anlagen gänzlich vermieden und geplante Unterbrechungen auf ein Minimum reduziert werden. Nicht zuletzt deshalb, da im Zuge der Lean-Aktivitäten vieler Unternehmen Losgrößen und Lagerbestände erheblich reduziert wurden. Längere ungeplante Produktionsunterbrechungen beeinflussen so sehr schnell die Lieferfähigkeit. Andererseits trägt die Instandhaltung an sich nichts zur Wertschöpfung im Unternehmen bei. Stattdessen verursacht sie Kosten, die nach betriebswirtschaftlichem Kalkül auf ein Minimum zu begrenzen sind. Im vierten Teil der Serie stellen wir Ihnen die Lean Maintenance vor.

Lean Maintenance

Instandhaltung bzw. Instandhaltungsstrategien betrachten die Maschine als Ganzes. Das schließt die Mechanik ebenso ein wie die Pneumatik bzw. Hydraulik oder die Maschinensteuerung und den elektrischen Leistungsteil.

Lean Maintenance

Manche Maschinen sind für den Produktionsprozess besonders wichtig, denn ungeplante Stillstände an ihnen ziehen unweigerlich Lieferschwierigkeiten und Umsatzausfälle für das Unternehmen nach sich. Es ist also nur konsequent, dass für diese Maschinen die Maximierung der Gesamtanlageneffektivität verfolgt wird.

Hinweis für die Elektrofachkraft

Das betrifft natürlich nicht nur klassische Produktionsmaschinen, sondern ebenso alle Anlagen der Elektroenergieversorgung.

Andere Maschinen dagegen werden eher seltener benötigt. Sie stellen ggf. keinen Engpass im Prozess dar, ein ungeplanter Stillstand ist zwar immer noch ärgerlich, aber für den Gesamtprozess durchaus zu verkraften. Also wird man für diese Maschinen eher eine kostenoptimierte Instandhaltungsstrategie wählen.

Die Frage ist nun allerdings, wie herausgefunden werden kann, für welche Maschine welche Instandhaltungsstrategie gewählt werden sollte. Dafür entwickelten Bodo Wiegand, Ralf Langmaack und Thomas Baumgarten das sogenannte Lean Maintenance System (Aachen 2005). Diese Lean Maintenance versucht, alle Instandhaltungsaktivitäten ins Verhältnis zu dem erwartbaren Nutzen zu setzen, und basiert dafür auf einem mehrstufigen Prozess.

Lean Maintenance
Der Prozess zur Wahl der Instandhaltungsstrategie

Priorisieren der Anlagen

Wie bereits erwähnt, besitzen Anlagen eine unterschiedliche Bedeutung für das Werk bzw. das Unternehmen. Um diese Bedeutung genauer zu erfassen und zu klassifizieren, werden drei Kriterien verwendet:

  • Bedeutung für den Wertstrom
  • Bedeutung für das Produktionssystem
  • Bedeutung für den Kunden

Bedeutung für den Wertstrom

Unter Wertstrom versteht man den Prozess vom Eingang der Kundenbestellung bis zur Auslieferung der fertigen Produkte. Dazwischen passiert das Produkt verschiedene Stationen: Auftragseingang, Fertigungssteuerung, mechanische Vorfertigung, Farbgebung, Montage, Kontrolle … Also Schritte, die sich je nach Produkt und gewählter Fertigungstechnologie unterscheiden können.

Diesen Wertstrom kann man nun mit der sogenannten Wertstromanalyse erfassen. Dabei setzt man sich gedanklich auf ein Teil und durchläuft mit diesem die verschiedenen Schritte.

Lean Maintenance
Beispiel für einen Wertstrom

Idealerweise fließt das Produkt direkt von einem Bearbeitungsschritt zum nächsten. Es gibt keine Wartezeiten, die Produktion beginnt in dem Moment, da das Teil eintrifft. Anschließend wird das Teil direkt weitergeleitet. In diesem Fall ist die Durchlaufzeit sehr gering und entspricht annähernd der Summe der Bearbeitungszeiten. Bestände an Halbteilen gibt es kaum und auch die Bestände an Fertigware sind äußerst gering, da sehr flexibel auf die Kundenbedarfe reagiert werden kann. Man bezeichnet diesen Ansatz auch als Flow-Prinzip bzw. als One-Piece-Flow.

Allerdings ist dieses Flow-Prinzip in der Praxis nur bei äußerst exzellenten Unternehmen oder bei bestimmten Arten der Fertigung (Prozessindustrie) zu finden, und das auch oftmals nur phasenweise. Viel häufiger stehen dem Flow-Prinzip in der Praxis Staustufen entgegen. Solche Staustufen sind u.a.:

  • (lange) Wege zwischen den einzelnen Fertigungsschritten
  • Rüst- und Einrichtzeiten an Maschinen und Anlagen
  • ungeplante Stillstände an Maschinen und Anlagen
  • unterschiedliche Schichtmodelle zwischen Abteilungen und Bereichen
  • qualitätskritische Prozesse

Diese Staustufen sorgen für Verzögerungen und Losbildung. Es bewegt sich nicht mehr ein Produkt von Fertigungsschritt zu Fertigungsschritt, sondern ein Paket, mit dem Effekt, dass die Durchlaufzeiten steigen, die Flexibilität sinkt und die Bestände an Halbteilen sowie Fertigware anwachsen.

Erinnern Sie sich nur an die Rüstzeiten an Ihren Maschinen und Anlagen. Beträgt die Zykluszeit für ein Produkt an einer Anlage beispielsweise eine Minute, für den Umbau auf eine andere Produktvariante sind jedoch 30 Minuten erforderlich, dann ist es unter den gegebenen Voraussetzungen betriebswirtschaftlich unsinnig, die Maschine für lediglich ein Produkt umzurüsten. Stattdessen ermittelt man die optimale Losgröße, bei der sich Rüst- und Gesamtbearbeitungszeit in einem angemessenen Verhältnis zueinander befinden, und definiert ein entsprechendes Los. Schon ist eine Staustufe bewältigt.

Ähnliches geschieht bei ungeplanten Stillständen an Maschinen und Anlagen. Läuft die Maschine nur bedingt stabil, wird die Neigung, größere Lose zu bilden, zunehmen. Ist sie dagegen permanent verfügbar, kann vielleicht gar ein One-Piece-Flow über diese Anlage realisiert werden.

Aus der Stellung der Maschine im Wertstrom leiten sich nun Anforderungen an die Instandhaltung ab. Ist die Maschine permanent eingebunden, so führt ein Defekt zum Unterbrechen des gesamten Wertstroms. Man spricht in diesem Fall von einem Engpass. Natürlich hat dieser für die Instandhaltung absolute Priorität, da jede Störung, die die sogenannte maximale Entstörzeit übersteigt, unweigerlich zu Verlusten an Fertigprodukten bzw. zu Zeitverschiebungen führt.

Dabei wird unter Entstörzeit die Zeit verstanden, die vom Auftreten einer Störung bis zum Wiederanlauf der Anlage vergeht. Die maximale Entstörzeit ermittelt sich mittels folgender Formel:

Lean MaintenanceBeispiel:

Für den Auftrag zur Wicklung von Statoren für Elektromotoren ist eine Durchlaufzeit von vier Stunden vorgesehen. Die Wickelzeit für jeden der 500 Statoren beträgt 0,4 min. Also ergibt sich folgende Entstörzeit:

Lean Maintenance

In unserem Beispiel verbleiben dem Instandhaltungsbereich maximal 40 min, um die Störung zu beheben. Im anderen Fall wird der gesamte Auftrag zeitlich verschoben bzw. es treten Mengenverluste auf.

Beachten Sie allerdings bitte, dass wir an dieser Stelle immer von einer maximalen Entstörzeit sprechen. Sollte der Auftrag bereits an das Ende der Schicht verschoben worden sein, dann reduziert sich die Entstörzeit entsprechend. Ebenso verkürzend auf die Entstörzeit wirken sich natürlich vorhergehende Aufträge aus.

Hinweis für die Elektrofachkraft

Die Entstörzeit für Elektroenergieversorgungsanlagen wird prinzipiell mit null angesetzt.

Ermitteln von Schadenseinflüssen

Mittels der Anlagenpriorisierung haben Sie nun ermittelt, auf welche Ihrer Maschinen Sie ein besonderes Augenmerk richten müssen, welche Sie mit geringerem Aufwand betreuen können oder an welchen Sie gar das Risiko eines ungeplanten Stillstands eingehen dürfen. Sie haben somit einen groben Überblick, welche Anlagen und Maschinen mit welcher Instandhaltungsstrategie in Verbindung gebracht werden sollten.

Allerdings ist diese Anlagenpriorisierung noch zu ungenau. Sie betrachtet die Maschine als Einheit, als Element. Tatsächlich besteht jede Anlage aber aus mehreren oder gar vielen Teilsystemen.

Hinweis für die Elektrofachkraft

Als Teilsysteme werden im weiteren Anlagenteile verstanden, die über eine eigene Steuerung verfügen und so autonom betrieben werden könnten.

Es ist also nun in einem zweiten Schritt zu ermitteln, auf welche Komponenten und Anomalien Sie besonders achten müssen, also wo welche Fehler auftreten können, wie diese auftreten und welchen Einfluss sie wiederum auf die gesamte Anlage besitzen. Es sind also die Störungsschwerpunkte an den Maschinen und Anlagen zu identifizieren, sodass Sie in die Lage versetzt werden, Ihre Instandhaltungsressourcen wesentlich zielgerichteter einzusetzen. Anderenfalls betreiben Sie vielleicht viel Aufwand an unkritischen Komponenten und finden nicht die Zeit, um sich um die tatsächlich kritischen Bestandteile zu kümmern.

Lean Maintenance
Beispiel für eine Anlage mit mehreren Teilsystemen
Legende:

1: Gasversorgung

2: Transferstrecke

3: Härten

4: Absaugung

5: Transportband

6: Bandauslauf

7: Bandeinlauf

8: Glühen

9: Brenner

Man bezeichnet dieses Vorgehen auch als Ermitteln von Schadenseinflüssen. Das geschieht ähnlich einer Fehlermöglichkeiten- und -einflussanalyse (FMEA) in folgenden Schritten:

Lean Maintenance
Prozess des Ermittelns von Schadenseinflüssen

Wir werden im Weiteren diese Schritte näher betrachten. Vorab sollte jedoch erwähnt werden, dass die Analyse natürlich nur für jene Maschinen sinnvoll ist, die eine hohe bis sehr hohe Priorität aufweisen. Anlagen, die mit einer eher geringen Priorität eingestuft wurden, sollten für diese Analyse ausgeklammert werden. Anderenfalls laufen Sie Gefahr, viel Zeit und Aufwand zu investieren, ohne dem Ziel eines möglichst störungsfreien Betriebs tatsächlich näher zu kommen.

Lesen Sie mehr dazu in → Elektrosicherheit in der Praxis

Weitere Instandhaltungsstrateigen finden Sie hier:

Instandhaltungsstrategien vorgestellt: Total Productive Maintenance (TPM)

Instandhaltungsstrategien vorgestellt: Reliability Centered Maintenance

Autor: Holger Regber