07.12.2018

Instandhaltungsstrategien vorgestellt: Total Productive Maintenance (TPM)

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.

Total Productive Maintenance

Instandhaltung befindet sich damit in einem Zielkonflikt und jedem ist wohl klar, dass weder die ausschließliche Betonung der Verfügbarkeit (maximale Ressourcen für die Instandhaltung) noch die der Kosten (keine Instandhaltung) eine befriedigende Antwort zu dessen Lösung bietet. Stattdessen ist ein Kompromiss zu suchen: eben die maximale Anlagenverfügbarkeit mit möglichst geringen Kosten garantieren.
Eine pauschale unternehmensneutrale Aussage über das richtige Verhältnis ist jedoch kaum möglich. Vielmehr gilt es, für die Gestaltung des Kompromisses die Besonderheiten jedes Unternehmens zu berücksichtigen. Fertigungstyp und Fertigungsart spielen dabei ebenso eine Rolle wie Unternehmensstrategie und Kundenverhalten oder eingesetzte Maschinen und vorhandenen Mitarbeiterqualifikationen.
Hilfe auf dem Weg zur Entscheidung bieten die Instandhaltungsstrategien. Die DIN 31051 „Grundlagen der Instandhaltung“ und die DIN EN 13306 „Instandhaltung – Begriffe der Instandhaltung“ bieten dafür erste Anhaltspunkte. So werden unter anderem folgende Instandhaltungsstrategien ausgelistet:

  • reaktive Instandhaltung
  • präventive Instandhaltung
  • predictive (vorausschauende) Instandhaltung

Allerdings sind diese Kategorien noch recht pauschal. So haben sich für die Praxis wesentlich konkretere Formen der Instandhaltungsstrategien herausgebildet:

  • Total Productive Maintenance (TPM)
  • Reliability Centered Maitnenance (RCM)
  • Risk Based Maintenance (RBM)
  • Lean Maintenance
  • Smart Maintenance

Hinweis für die Elektrofachkraft

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.

TPM: maximale Anlagenverfügbarkeit als Ziel

TPM kann sowohl für Total Productive Maintenance als auch für Total Productive Management stehen. Beide Ansätze zielen auf eine maximale Anlagenverfügbarkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Instandhaltungskosten. Der Unterschied zwischen beiden Ansätzen ergibt sich aus der Integration des Managements.
Chronologisch gesehen, wurde zuerst das Total Productive Maintenance entwickelt. Als geistiger Vater gilt der Japaner Seiichi Nakajima, der die Ansätze der präventiven Instandhaltung konsequent weiterentwickelte und daraus ein fünfsäuliges TPM-Modell gestaltete.

Total Productive Maintenance
Das Total-Productive-Maintance-Modell

Dieses ist für klassische Serienfertiger von diskreten Produkten sehr gut geeignet. Kommt man jedoch in die Welt der kontinuierlichen Produktion, in der ein Anlagenausfall direkt zum Umsatzverlust führt, dann bietet sich eine Weiterentwicklung an. Diese wurde von einem weiteren Japaner – Kunio Shirose – vorgenommen.

Total Productive Maintenance
Das Total-Productive-Management-Modell

Beide Modelle beruhen jedoch auf den gleichen Grundlagen und unterscheiden sich erst bei der Auswahl der Arbeitsschwerpunkte (Säulen). Aus diesem Grund werden wir erst in einem späteren Abschnitt auf die Differenzen zwischen den beiden Ansätze eingehen.

Sechs typische Verlustquellen an Maschinen und Anlagen

Zur Klassifizierung von Verlusten an Maschinen und Anlagen verwendet TPM sechs Kategorien:

  • Verluste durch Störungen und Defekte
  • Verluste durch Rüst- und Einrichtarbeiten
  • Verluste durch Kurzstillstände
  • Verluste durch verringerte Geschwindigkeit
  • Verluste durch Anlaufprobleme
  • Verluste durch Minderqualität und Ausschuss

Jede dieser sechs Verlustgruppen führt zu unterschiedlichen Konsequenzen. Entweder beeinflussen sie die Verfügbarkeit, die Produktivität oder die Qualität. Der Effekt ist jedoch identisch: Benötigte Produkte können nicht geliefert werden. Doch dazu etwas später. Zuerst sollen die sechs typischen Verlustquellen an Maschinen und Anlagen im Detail vorgestellt werden.

Verluste durch Störungen und Defekte

Selbstverständlich sind darunter alle Maschinenstörungen und -defekte zu verstehen – also Stillstände aufgrund von ausgeschlagenen Lagern, abgerissenen Energiezuführungen, zugesetzten Filtern, dejustierten Sensoren, gelockerten Befestigungen, blockierten Antrieben …
Ebenso gehören zu dieser Verlustart aber auch Störungen, die ihre Ursache außerhalb der Maschine haben – beispielsweise, wenn keine Teile verfügbar sind oder Mitarbeiter kurzfristig ausfallen. Auch Fehlbedienungen der Maschine oder die Sperrung der Fertigung aufgrund von auftretenden Qualitätsproblemen gehören dazu.

Verluste durch Rüst- und Einrichtarbeiten

Unter Rüst- und Einrichtarbeiten werden der Umbau und die Vorbereitung der Maschine bzw. Anlage für den nächsten Fertigungsauftrag verstanden. Dabei gilt als Definition die Stillstandzeit der Maschine aufgrund von Rüsten. Also vom letzten bis zum ersten Gutteil. Das klassische Wechseln der Vorrichtung bzw. des Werkzeugs gehören ebenso in diese Verlustart wie das Einstellen und Abstimmen der Maschine auf das Rohmaterial bzw. die verwendeten Betriebsmittel. Weiterhin ist der Aufwand für Transporte, für Suchen oder die Freigabe der Produktion durch die Qualitätssicherung einzuschließen.

Verluste durch Kurzsstillstände

Unter Kurzstillständen werden all die Störungen verstanden, die zu einer kurzfristigen Unterbrechung des Produktionsablaufs führen. Dazu gehören unter anderem das Verklemmen von Teilen, das Blockieren von Zuführungen oder das Nichterkennen von Material. Im Gegensatz zu Störungen und Defekten werden Kurzstillstände häufig nicht dokumentiert, da ihre Zeitdauer höchstens zwei oder drei Minuten umfasst.
Weiterhin gehören zu dieser Verlustart das Holen und Wegbringen von Material, kurze Pausen der Produktionsmitarbeiter oder Störungen durch Mitarbeiter anderer Funktionsbereiche. Schließlich fällt ebenso das Wechseln der Teile, also das Ausspannen des fertigen Produkts, dessen Reinigung und das Einsetzen eines Rohlings unter diese Verlustart. Für Langläufer mag Letzteres kaum Bedeutung haben. Beträgt dagegen die Fertigungszeit nur wenige Minuten oder gar Sekunden, dann fällt ein Teilewechsel wesentlich erheblicher in Gewicht.

Verluste durch verringerte Geschwindigkeit

Theoretisch bringt die Anlage 520 Teile pro Schicht. Zumindest wurde das durch den Hersteller der Maschine so angegeben. Praktisch wurden auch schon einmal 500 Teile erreicht, aber das war einmalig an einem Tag, an dem es besonders gut lief. In der Regel werden 450 bis 480 Teile produziert, ohne dass ein Auftragswechsel vorgenommen werden musste oder eine Störung auftrat.
Dieser in der Praxis recht häufig anzutreffende Zustand illustriert die vierte Art der Verluste, die durch verringerte Taktgeschwindigkeit. Im Weiteren drängen sich zwei Alternativen auf. Entweder die Angaben des Herstellers beruhen auf unwahren Aussagen oder es kommt in irgendeiner Form zu Geschwindigkeitsverlusten. Ursache für Letzteres könnten verschlissene Maschinenteile, Manipulationen an Prozesszeiten oder ungenügend aufeinander abgestimmte Prozessschritte sein. Wobei hinzugefügt werden muss, dass in der Praxis selten klar unterschieden werden kann, ob die Ursachen nun tatsächlich in einer verringerten Geschwindigkeit oder auch in Kurzstillständen bestehen. Der Effekt bleibt jedoch. Es wird nicht die Leistung erreicht, die laut Vorgaben möglich wäre.

Verluste durch Anlaufprobleme

Jeden Montag das Gleiche: Die Anlage braucht einfach zwei oder drei Stunden, bis sie vernünftig läuft. Vorher bringt sie nicht die gewünschte Leistung. Einen Teil der Produkte kann man nicht verwenden bzw. muss sie aufwendig nacharbeiten. Und manchmal verabschiedet sich die Anlage gänzlich in eine Störung.
Sie merken, Verluste durch Anlaufprobleme können vielfältige Auswirkung haben. Im Falle einer Störung schränken sie direkt die Nutzung der Maschine ein. Den gleichen Effekt rufen prozessbedingte Anläufe hervor – beispielsweise das Aufheizen von Härte- oder Sinteröfen. Auch können diese Verluste sehr häufig Auswirkungen auf die Leistung der Anlage haben. Es werden einfach nicht die Stückzahlen erreicht, die nach einer bestimmten Betriebszeit möglich sind. Und schließlich kann es geschehen, dass die Ausschussrate während des Maschinenanlaufs, dem Warmwerden, dem sich Aufeinander-Einspielen der Anlagenteile, erheblich steigt.

Verluste durch Minderqualität und Ausschuss

Was unter Minderqualität und Ausschuss zu verstehen ist, braucht an dieser Stelle sicher nicht weiter erklärt zu werden. Ebenso logisch ist es, dass diese Schrott- oder Nacharbeitsproduktion die Maschinenverfügbarkeit erheblich einschränkt. Denn wem nutzt schon eine störungsfreie und mit der vorgegebenen Leistung arbeitende Maschine, die eine Vielzahl von nicht verwendbaren Teilen herstellt. Dementsprechend ist die Qualität in die Betrachtung zur Maschinenverfügbarkeit zu integrieren.

Lesen Sie mehr dazu in → Elektrosicherheit in der Praxis

Autor: Holger Regber