UND FABRIKSYSTEME Wissenschaftliche Schriftenreihe · DMAIC Define-Measure-Analyse-Improve-Control:...

Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme • 09125 Chemnitz • Erfenschlager Straße 73 • Tel.: 0371 531-35309

Entwicklungstandardisierter Abläufe

zur Verbesserung derProzesszuverlässigkeitvon Fertigungsanlagen

(Dissertation)

INSTITUT FÜRBETRIEBSWISSENSCHAFTEN

UND FABRIKSYSTEME

Heft 74ISBN 978-3-00-026915-8

ISSN 0947-2495

Wissenschaftliche Schriftenreihedes Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme

Wissenschaftliche Schriftenreihe

des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme

Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. E. Müller Prof. Dr. phil. habil. Dr.-Ing. B. Spanner-Ulmer

Heft 74, Januar 2009

Entwicklung standardisierter Abläufe zur Verbesserung der

Prozesszuverlässigkeit von Fertigungsanlagen

Autor: Dr. St. Leischnig

Technische Universität Chemnitz

Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme

Technische Universität Chemnitz


09107 Chemnitz

Entwicklung standardisierter Abläufe zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit von

Fertigungsanlagen

Wissenschaftliche Schriftenreihe des Institutes für Betriebswissenschaften und

Fabriksysteme, Heft 74

ISSN 0947 – 2495

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte,

insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von

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Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.

Printed in Germany 2009

Herstellung:

Institut für Print- und Medientechnik (Zentrale Vervielfältigung) der TU Chemnitz

Vertrieb:


Entwicklung standardisierter Abläufe zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit

von Fertigungsanlagen

Von der Fakultät für Maschinenbau der

Technischen Universität Chemnitz

Genehmigte

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades

Doktor-Ingenieur

(Dr.-Ing.)

vorgelegt

von Dipl.-Ing. Steffen Leischnig

geboren am 12.11.1980 in Marienberg

eingereicht am 03.06.2008

Gutachter: Prof. Egon Müller

Prof. Engelbert Westkämper

Dr. Alexander Stratmann

Chemnitz, den 16.01.2009

Leischnig, Steffen

Thema

Entwicklung standardisierter Abläufe zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit

von Fertigungsanlagen

Dissertation an der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chem-

nitz, Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme

120 Seiten, 51 Abbildungen, 8 Tabellen, 177 Literaturverweise

Autorenreferat

Methoden zur Steigerung der Effektivität, Produktivität oder Zuverlässigkeit von Fer-

tigungsanlagen werden bislang systematisch unvollständig angewendet.

In der vorliegenden Arbeit werden bekannte Methoden in ihrer Wirkung auf die Pro-

zesszuverlässigkeit hin untersucht. Grundsätzlich wird dabei das Fertigungssystem

als sozio-technisches System im Sinne des MTO-Ansatzes (Mensch-Technik-

Organisation) betrachtet und die Methoden auf die einzelnen Systemelemente an-

gewendet. Die Prozesszuverlässigkeit wird in den Dimensionen Verfügbarkeit,

Leistungs- und Qualitätsgrad betrachtet. Die aus der Analyse der Methoden abgelei-

teten Standardabläufe beziehen sich auf die beiden Lebensphasen der Fertigungs-

anlage – Entwicklungs- und Betriebsphase – in welchen die Prozesszuverlässigkeit

maßgeblich bestimmt wird bzw. von besonderer Bedeutung ist.

Die Akquise von Zustandsinformationen ist zur Verbesserung der Prozesszuverläs-

sigkeit von zentraler Bedeutung. Der Nutzen und die Wirksamkeit werden am Bei-

spiel einer permanenten, vorausschauenden Zustandsüberwachung nachgewiesen.

Schlagworte

Prozesszuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Instandhaltung, MTO, Condition Monitoring,

Fehlerfrüherkennung, TPM, OEE, SPC

VORWORT

Die vorliegende Arbeit ist während meiner Tätigkeit bei der Robert Bosch GmbH in

Bamberg entstanden. Die Innovationsbereitschaft und die hohe fachliche Kompetenz

meines dortigen Kollegiums sorgten für fruchtbare Diskussionen und stellten einen

hervorragenden praktischen Rahmen zur Evaluation der erarbeiteten Methoden dar.

Herrn Prof. Egon Müller, Lehrstuhlinhaber der Professur für Fabrikplanung und Fab-

rikbetrieb der TU Chemnitz, und meinem Kollegen Herrn Dr. Alexander Stratmann

danke ich für die Betreuung, konstruktive Kritik und Unterstützung während der Auf-

bereitung des Themenkomplexes. Viele ihrer Anregungen finden sich in dieser Arbeit

wieder. Ihnen und Herrn Prof. Engelbert Westkämper danke ich für die Begutachtung

der Dissertation und ihre positiven Empfehlungen.

Heiko Klaumünzer und Dr. Alexander Stratmann danke ich für das entgegengebrach-

te Vertrauen während der Definition und der Entstehung dieser Arbeit. Patrick Linz

möchte ich für seinen Pragmatismus und die Unterstützung bei allen messtechni-

schen Aufgaben danken. Den Lektoren, insbesondere Jan Kabitzke, danke ich für

ihre detaillierten und kritischen Hinweise.

Meinen Eltern danke ich für ihren Glauben und ihre Geduld. Mein besonderer Dank

gilt meiner Frau Mandy und meinem Sohn Finn für ihre moralische Unterstützung und

durchaus willkommene Ablenkung.

Chemnitz, im Januar 2009 Steffen Leischnig

Inhaltsverzeichnis

7

INHALTSVERZEICHNIS

VORWORT.....................................................................................................................5

INHALTSVERZEICHNIS.....................................................................................................7

SYMBOLE UND ABKÜRZUNGEN .......................................................................................9

1. EINLEITUNG..........................................................................................................11

1.1. Motivation............................................................................................................................. 12 1.2. Stand der Technik ............................................................................................................... 13 1.3. Stand der Wissenschaft...................................................................................................... 14 1.4. Zielstellung........................................................................................................................... 16 1.4.1. Wissenschaftliche Fragestellung...................................................................................... 16 1.4.2. Hypothesen ...................................................................................................................... 17 1.5. Aufbau der Arbeit ................................................................................................................ 19

2. GRUNDLAGEN ......................................................................................................20

2.1. Beschreibung des Untersuchungsbereichs..................................................................... 20 2.2. Lebenszyklus von Fertigungsanlagen .............................................................................. 21 2.3. Struktureller Wandel ...........................................................................................................22 2.4. Der MTO-Ansatz (Mensch-Technik-Organisation) ........................................................... 24 2.5. Prozesszuverlässigkeit ....................................................................................................... 26 2.5.1. Begriffsbestimmung Prozesszuverlässigkeit.................................................................... 26 2.5.2. Overall Equipment Effectiveness (OEE) als Prozesszuverlässigkeitsmaß...................... 27 2.6. Fazit ...................................................................................................................................... 28

3. ASPEKTE DER PROZESSZUVERLÄSSIGKEIT .............................................................29

3.1. Störungs- und Ausfallarten ................................................................................................ 29 3.2. Einfluss auf die Produktqualität ........................................................................................ 34 3.3. Einfluss auf technische Einrichtungen und Technologien............................................. 35 3.4. Einfluss auf Arbeitsabläufe ................................................................................................ 35 3.4.1. Strategische Effekte ......................................................................................................... 35 3.4.2. Operative Effekte..............................................................................................................36 3.5. Betriebswirtschaftliche Effekte der Prozesszuverlässigkeit .......................................... 37 3.6. Fazit ...................................................................................................................................... 38

4. ANSÄTZE ZUR VERBESSERUNG DER PROZESSZUVERLÄSSIGKEIT..............................39

4.1. Methoden zur Verbesserung der technischen Zuverlässigkeit ...................................... 39 4.1.1. Instandhaltungstechniken................................................................................................. 40 4.1.2. SPC - Statistical Process Control..................................................................................... 45 4.1.3. Diagnosekompetenz......................................................................................................... 47 4.1.4. Predictive Condition Monitoring ....................................................................................... 49

Inhaltsverzeichnis

8

4.2. Methoden zur Beeinflussung menschlicher Zuverlässigkeit ......................................... 52 4.2.1. Partizipation...................................................................................................................... 56 4.2.2. Definition und Konstanz der Arbeitsaufgabe.................................................................... 58 4.2.3. Vertrauensbildende Maßnahmen..................................................................................... 59 4.2.4. Gruppengröße .................................................................................................................. 60 4.2.5. Wissensmanagement....................................................................................................... 61 4.3. Eingriffspunkte der Organisation zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit ....... 62 4.3.1. TPM - Total Productive Maintenance............................................................................... 63 4.3.2. TQM - Total Quality Management.................................................................................... 66 4.3.3. Six Sigma ......................................................................................................................... 67 4.3.4. Prävention in Planungsphasen von Fertigungsanlagen................................................... 68 4.3.5. Servicestruktur ................................................................................................................. 71 4.3.6. Fehler- und Gefährdungsanalyse..................................................................................... 72 4.4. Optimierung der Ein- und Ausgänge sowie prozessinhärenter Faktoren..................... 75 4.5. Datenerfassung und Controlling ....................................................................................... 76 4.5.1. Datenakquise ...................................................................................................................77 4.5.2. Datenverarbeitung............................................................................................................ 80 4.5.3. Erfolgsmessung, Evaluation und Controlling ................................................................... 85 4.6. Fazit, Zwischenergebnis..................................................................................................... 87

5. STANDARDABLÄUFE ZUR VERBESSERUNG DER PROZESSZUVERLÄSSIGKEIT.............89

5.1. Entscheidungsunterstützung bei der Maßnahmenauswahl ........................................... 90 5.2. Eingriffspunkte in den Lebensphasen von Fertigungsanlagen ..................................... 92 5.2.1. Entwicklungsphase........................................................................................................... 92 5.2.2. Betriebsphase ..................................................................................................................95 5.2.3. Festlegung der Instandhaltungsstrategie ......................................................................... 97 5.2.4. Leitbilder, Managementkonzepte und Philosophien ........................................................ 99 5.3. Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit durch Condition Monitoring .................... 100 5.3.1. Ausgangssituation .......................................................................................................... 101 5.3.2. Realisierung ...................................................................................................................103 5.3.3. Organisatorische Integration .......................................................................................... 105 5.4. Fazit .................................................................................................................................... 106

6. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK....................................................................107

6.1. Diskussion der Hypothesen ............................................................................................. 108 6.2. Ausblick.............................................................................................................................. 110

ABBILDUNGSVERZEICHNIS..........................................................................................111

TABELLENVERZEICHNIS .............................................................................................112

FORMELVERZEICHNIS.................................................................................................112

LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................................113

Symbole und Abkürzungen

9

SYMBOLE UND ABKÜRZUNGEN BDE Betriebsdatenerfassung CAx Computer Aided …: Rechnergestützte Methoden BI Business Intelligence: Verfahren zur (automatischen) Auswertung von Unternehmensdaten Cx Capability: Fähigkeit; z.B. Messgeräte-, Prozess-, Maschinenfähigkeit DAPV Dezentrale Anlagen- und Prozessverantwortung DMAIC Define-Measure-Analyse-Improve-Control: Ablauf kontinuierlicher Verbesserung in Six

Sigma fMax Maximalfrequenz einer abzubildenden Charakteristik FMEA Failure Mode and Effects Analysis: Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse fRecord Abtastfrequenz / Datenpunkte pro Zeiteinheit FTA Fault Tree Analysis: Fehlerbaumanalyse HAZOP Hazard and Operability Study: Methode zur Abschätzung Menschlicher Zuverlässigkeit JDS Job Diagnostics Survey: Bewertungsverfahren von Arbeitsaufgaben LCC Life Cycle Costing: Kosten innerhalb eines Lebenszyklus MDE Maschinendatenerfassung MPS Motivationspotenzial; Teilergebnis der JDS MTBF Mean Time Between Failures: Durchschnittliche Betriebszeit zwischen Ausfällen MTO Mensch-Technik-Organisation: Modell zur Abbildung sozio-technischer Systeme MTTR Mean Time to Repair: Durchschnittliche Reparaturzeit OEE Overall Equipment Effectivity: Gesamtanlageneffektivität PAAG Prognose – Auffinden der Ursachen – Abschätzen der Auswirkungen – Gegenmaßnahmen;

Verfahren zur Abschätzung Menschlicher Zuverlässigkeit PDCA Plan-Do-Check-Act: Ablauf kontinuierlicher Verbesserung im TQM; Deming-Kreis PLM Product Lifecycle Management PP Prozessleistungsindex nach DIN ISO 21747 ppm Parts per million RAMS Reliability-Availability-Maintainability-Safety RCM Reliability-Centred Maintenance: Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung RPZ Risikoprioritätszahl eines Fehlers SDCA Standardize-Do-Check-Adjust: Adaptierter, um Standardisierung erweiterter PDCA-Zyklus SPC Statistical Process Control tA Ausfallzeitpunkt TCO Total Cost of Ownership: Gesamtkosten während des Besitzes TEEP Total Effective Equipment Productivity: Gesamtanlagenproduktivität unter Berücksichtigung

der tatsächlich produktiv genutzten Verfügbarkeit THERP Technique for Human Error Rate Prediction: Methode zur Vorhersage menschlicher Fehl-

handlungen TPM Total Productive Maintenance / Management tProg Prognostizierter Zeitpunkt der Grenzwertüberschreitung TQC Total Quality Control TQM Total Quality Management tRest Restnutzungsdauer xIST Momentaner Merkmalswert

1. Einleitung

11

1. Einleitung

Der Kern der Arbeit ist die Prozesszuverlässigkeit – Prozess und Zuverlässigkeit.

Während das Eine Vorankommen, Bewegung, etwas Schaffen verspricht, suggeriert

das Andere Vertrauen und erfüllte Erwartungen. Angewendet auf Fertigungsprozes-

se und stark verallgemeinert ist die Erwartungshaltung an diese, dass sich Investitio-

nen in Betriebsmittel „rechnen“, um die originäre Aufgabe eines Unternehmens zu

erfüllen: Mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen „… durch wertschöpfende

Prozesse Produkte zu erzeugen und damit langfristig Gewinn zu erwirtschaften. Zur

Erreichung dieses Ziels sind die Erfordernisse hinsichtlich Zeit, Kosten und Qualität

zu erfüllen“ (siehe Abbildung 1, [Westkämper & Warnecke, 2004]).

Abbildung 1: Produktion als Wertschöpfungsprozess [Westkämper & Warnecke, 2004]

Grundsätzlich möglich ist eine schnelle Erfüllung des Rentabilitätskriteriums nur,

wenn die Maschinen und Anlagen bei hoher Auslastung störungsfrei einen möglichst

hohen Ausstoß an qualitativ hochwertigen Produkten erzeugen.

In diesem Kapitel werden ausgehend vom Stand der Technik (1.2) und der Wissen-

schaft (1.3) Defizite in der Verwendung von Methoden zur Verbesserung der Pro-

zesszuverlässigkeit erörtert und eine konkrete Zielstellung (1.4) für diese Arbeit ab-

geleitet.

1. Einleitung

12

1.1. Motivation

Der Gewinn kann unter anderem durch günstigeren Einkauf oder teureren Verkauf

erhöht werden. Eine der wirkungsvollsten und langfristig sicheren Lösungen ist, die

wertschöpfenden Prozesse wettbewerbsfähig, effektiv, hochrentabel und schlank zu

gestalten. Das Betriebsergebnis lässt sich durch eine Senkung der Herstellungskos-

ten optimieren. Dazu können folgende Teilziele formuliert werden:

• Optimale Auslastung von Betriebsmitteln und Personal

• Reduzierung von Mitarbeiter- und Anlagenkapazität auf das notwendige Maß

• Reduzierung der Betriebskosten

Diese Erfordernisse lassen sich durch eine hohe Prozesszuverlässigkeit, also Funk-

tions-, Leistungs- und Qualitätsbereitschaft, des Fertigungssystems erfüllen. Die

Sicherstellung der Prozesszuverlässigkeit ist die Aufgabe der Instandhaltung. Das

Statistische Bundesamt beziffert den Anteil der deutschen Industrie am Bruttoin-

landsprodukt mit 23,4% (2005; [www06]). Die jährlichen Aufwendungen für Instand-

haltung werden dabei auf 100 Mrd. Euro geschätzt. Die Kosten verteilen sich auf die

in Abbildung 2 dargestellten Bereiche [Steinborn, 2005].

Abbildung 2: Instandhaltungsaufwendungen nach Leistungen [Steinborn, 2005]

Die einfachste Lösung, die Prozesszuverlässigkeit sicherzustellen, ist der Einsatz

hochwertiger Bauteile und der Aufbau von Redundanzen. Doppelte oder vielfache

Kapazität für funktionsbeteiligte oder nicht funktionsbeteiligte Redundanz bedeutet

jedoch höhere Kosten bei gleichzeitig geringerer relativer Auslastung [Birolini, 1997;

DIN 40041]. Die kostenoptimale Lösung zur Maximierung der Zuverlässigkeit liegt

folglich nicht im Aufbau von Redundanzen sondern in der effizienten Nutzung beste-

hender Ressourcen und Kapazitäten.

1. Einleitung

13

1.2. Stand der Technik

Aufgrund gestiegener Anforderungen an die Verfügbarkeit, Prozesszuverlässigkeit

und Leistungsfähigkeit von Maschinen und Anlagen gehören diese Aspekte mittler-

weile zu den entscheidenden Faktoren beim Neukauf von Anlagen. Der Maschinen-

markt reagiert mit Verfügbarkeitsprognosen für ihre Anlagen, z.B. garantierte techni-

sche Verfügbarkeit nach [VDI 3423]. In der konstruktiven Gestaltung werden neben

ergonomischen auch zuverlässigkeitsfördernde Aspekte wie Instandhaltbarkeit, z.B.

in Bezug auf Zugänglichkeit von Wechselteilen oder Diagnosefähigkeit, ausreichend

berücksichtigt [Fleischer et al., 2007]. Beispielsweise werden etwa 80% aller momen-

tan industriell genutzten Pumpen durch ein Kontrollsystem überwacht und der Groß-

teil höherwertiger Antriebssysteme mit Überwachungsfunktionen ausgerüstet [Müh-

lenkamp, 2008].

Bei gleich bleibender Zuverlässigkeit einzelner Elemente verringert sich die Gesamt-

zuverlässigkeit komplexer Systeme im Vergleich zu einfachen Systemen durch die

größere Anzahl von Elementen und Beziehungen zwangsläufig [Konradt, 1992]. Die

hohe Komplexität und zunehmende Verkettung der Fertigungssysteme erschweren

zudem eine ganzheitliche Betrachtung und Bewertung. Es wird versucht, diese Lücke

durch den Einsatz von BDE/MDE-Systeme (Betriebsdaten- / Maschinendatenerfas-

sung) zu schließen. Der weltweite Umsatz mit Condition Monitoring Equipment hat

sich innerhalb von nur sieben Jahren von Mio.$ 348 (1992) auf Mio.$ 711 (1999)

mehr als verdoppelt [Davies, 1998]. Der Zustandsüberwachung wird sowohl von

Anbietern als auch Betreibern wachsende Bedeutung beigemessen [Laubner, 2001].

Die Aufgabe der Instandhaltung ist gemäß [DIN EN 13306] die „Erhaltung des funkti-

onsfähigen Zustandes [einer Einheit] oder der Rückführung in diesen, so daß sie die

geforderte Funktion erfüllen kann." Dies wird über die Grundmaßnahmen Wartung,

Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung [DIN 31051] erreicht (siehe auch

4.1.1, S. 40). Die Erwartungshaltung an die Instandhaltung hat sich in den vergange-

nen Jahrzehnten drastisch verändert (Abbildung 3). Um den erweiterten Anforderun-

gen gerecht zu werden, wurden zahlreiche Konzepte entwickelt, die dieser Entwick-

lung genüge tun. Zu nennen wären TPM (Total Productive Maintenance) oder RCM

(Reliability-Centred Maintenance; [DIN IEC 60300-3-11]). Trotzdem wird die Instand-

haltung in erster Linie als Kostenverursacher gesehen, ohne das Wertschöpfungspo-

tenzial anzuerkennen [Kuhn & Schnell, 2001].

1. Einleitung

14

Abbildung 3: Wachstum der Erwartungen an die Instandhaltung [Moubray, 1991]

Die etablierten Qualitätsstandards nach [DIN EN ISO 9001; ISO/TS 16949] fordern

Maßnahmen zur Qualitätssicherung. Präventive Maßnahmen wie die FMEA (Fehler-

möglichkeits- und Einflussanalyse), die FTA (Fehlerbaumanalyse) oder die Schwach-

stellenanalyse gelten im industriellen Umfeld als Standard [DGQ 13-11, 2004; DIN

IEC 60812; DIN EN 61025; DIN 25424; DIN 31051]. Die Ergebnisse dieser Methoden

haben allerdings nur eine zeitlich begrenzte Gültigkeit, sind teilweise subjektiv ge-

prägt und sind aufgrund erheblicher Abhängigkeit von den jeweiligen Randbedingun-

gen praktisch nicht übertragbar.

1.3. Stand der Wissenschaft

Eine Fertigungsanlage ist ein sozio-technisches System. Als Modell dafür soll in die-

ser Arbeit das MTO-Modell (Mensch-Technik-Organisation; 2.4, S. 24) verwendet

werden. Im Bezug auf die zu optimierende Gesamt-Prozesszuverlässigkeit zeigt ein

Blick auf die durch Wissenschaft und Technik besetzten Gebiete, dass keine der

Disziplinen das sozio-technische System als Ganzes behandelt (Abbildung 4, S. 15).

Die Zuverlässigkeitsforschung manifestierte sich in den 1960ern. Wegen der Vielfäl-

tigkeit möglicher Betrachtungsgegenstände stellt sie sich mit verschiedenen Schwer-

punkten dar (Menschliche Zuverlässigkeit, Zuverlässigkeit mechanischer oder elekt-

rischer Systeme, Zuverlässigkeit von Software, …) [Meyna & Pauli, 2003]. Interde-

pendenzen der Elemente des MTO-Modells werden in der Regel nicht betrachtet.

Das innerhalb der Arbeitswissenschaften, genauer der Arbeitspsychologie, vermittel-

te Bild ist das vollständigste. Nicht berücksichtigt werden darin allerdings technische

und prozessorientierte Aspekte.

1. Einleitung

15

Abbildung 4: Unvollständige Auswahl wissenschaftlicher Disziplinen und deren Wirkungsbe-reich am MTO-Modell [Müller & Leischnig, 2008a]

Eine Vielzahl von Forschungsaktivitäten hat die Erarbeitung und Verbesserung kon-

kreter, zuverlässigkeitssteigernder Methoden zum Ziel. Folgende Schwerpunkte wur-

den festgestellt [Denkena & Jacobsen, 2006; Matyas, 1999; www04; www05]:

• Verbesserung von Zuverlässigkeitsprognosen

• Zuverlässigkeitsorientierte Konstruktion und Entwicklung

• Automatische Zustandserfassung

• Zustandsprognosen auf Basis von Konstruktions- und Betriebsdaten

• Servicestrukturen interner und externer Instandhaltungsdienstleistungen

Bezogen auf Instandhaltungskonzepte und –strategien kann eine konzeptionelle

Weiterentwicklung vorbeugender, zustandsorientierter und zuverlässigkeitsorientier-

ter (z.B. RCM) Instandhaltungsstrategien festgestellt werden [Tönshoff et al., 2006].

Je umfassender das zu betrachtende System ist, desto größer wird der Einfluss der

menschlichen Zuverlässigkeit über alle Lebensphasen der Betrachtungseinheit und

umso geringer wird Transparenz und die Vorhersagbarkeit der Gesamtzuverlässig-

keit. Gegenübergestellt seien die Betrachtung einer einzelnen Maschine und die

Betrachtung eines komplexen Fertigungssystems. Bemerkenswert sind deshalb aus

systemtheoretischer Sicht auch die Ansätze zur Komplexitätsreduzierung von Ferti-

gungssystemen und Forschungen zur individuellen Diagnosekompetenz der vergan-

genen Jahre [bspw. Sonntag et al., 1997; Konradt, 1992].

1. Einleitung

16

Auffällig sind die Fülle und die Aktualität normativer Anweisungen bezogen auf tech-

nische und menschliche Zuverlässigkeit, Instandhaltung und Zustandsbewertungs-

verfahren. Genannt seien hier die DIN EN 60300 ff., DIN ISO 17359, ISO 13374-1,

VDI 2888, VDI 3423 sowie die VDI 4001ff.

1.4. Zielstellung

1.4.1. Wissenschaftliche Fragestellung

Die Prozesszuverlässigkeit ist eine zu erfüllende Bedingung für die Rentabilität eines

Fertigungssystems. Die Hersteller von Maschinen und Anlagen reagieren mit Ver-

fügbarkeitsprognosen und konstruktiven Maßnahmen. Die Instandhaltung bestimmt

operativ das Niveau der Prozesszuverlässigkeit und sieht sich um Zuverlässigkeits-

kriterien erweiterten Anforderungen gegenüber.

Zuverlässigkeitssteigernde Maßnahmen werden jedoch in Bezug auf systematische

Vollständigkeit mangelhaft ausgeführt. Die explizite, systematische Einbeziehung der

Elemente und Beziehungen dieser innerhalb des MTO-Modells wird in den wissen-

schaftlichen Disziplinen zu wenig oder überhaupt nicht berücksichtigt (vgl. 1.3). Aus

der erarbeiteten Situation ergeben sich deshalb die folgenden Fragen:

• Welchen Einfluss hat die Prozesszuverlässigkeit auf den Fertigungsbetrieb?

• Welche Methoden für die Beeinflussung der Prozesszuverlässigkeit existieren

und welche Wirksamkeit und Defizite haben diese?

• Inwiefern unterstützt die ganzheitliche Betrachtung der Fertigungsanlage als

sozio-technisches System die Zuverlässigkeitsmaximierung?

• Wie muss der Einsatz dieser Methoden über die Lebensphasen eines Ferti-

gungssystems gestaltet werden, um eine Maximierung der Prozesszuverläs-

sigkeit zu erreichen?

Die Ausarbeitung dieser Fragen bietet eine Systematik zum lebensphasenorientier-

ten Einsatz bekannter Methoden zur Maximierung der Prozesszuverlässigkeit. Dies

geschieht in den Dimensionen der OEE (siehe 2.5.2, S. 27) unter ganzheitlicher Be-

trachtung der Fertigungsanlage als sozio-technisches System. Gesucht werden also

Möglichkeiten, die Zuverlässigkeit bestimmungsgemäß ausgelegter und spezifikati-

onsgerecht betriebener Fertigungssysteme im Sinne der Effizienz zu steigern und zu

sichern.

1. Einleitung

17

Der Fokus wird bei der Betrachtung nicht auf kurzfristige Kostenreduktion, sondern

auf die langfristige Rentabilität der Fertigungsanlage gesetzt. Dies bedeutet eine

Maximierung des wirtschaftlichen Nutzens über den gesamten Lebenszyklus. Der

Nutzen wird dabei qualitativ bestimmt und nicht näher quantifiziert. Die Methoden

werden theoretisch bewertet. Der Nachweis der Wirksamkeit bzw. die Evaluierung

wird anhand eines komplexen Beispieles (Condition Monitoring, Kapitel 5.3) mit Fo-

kus auf die Vorhersagbarkeit von Störungen geführt.

1.4.2. Hypothesen

Der primäre Ansatz zur Optimierung der Prozesszuverlässigkeit ist die Maximierung

der technischen Zuverlässigkeit, wobei andere Elemente wie Mensch und Organisa-

tion oder Beziehungen zu diesen bestenfalls implizit berücksichtigt werden. Die un-

vollständige Systembetrachtung im Sinne des MTO-Modell verhindert das Erschlie-

ßen von Potenzialen, welche über ausschließlich auf das Systemelement Technik

beschränkte Lösungen hinaus gehen. Die bisher verwendeten Ansätze berücksichti-

gen dies nur ungenügend. Davon ausgehend wird die folgende Hypothese formuliert:

Hypothese 1 (Fokus Technik vs. System): Das Vorherrschen von technisch-orientierten Lösungen zur Steigerung der Prozesszuverlässigkeit führt zu Suboptima. Erst unter Einbezug der maßgeb-lich mittelbar und unmittelbar am Prozess beteiligten Elemente kann eine ganzheitliche Optimierung gelingen. Konkret müssen zur langfristigen und nachhaltigen Verbesserung die kognitiven Fähigkeiten des am Prozess betei-ligten Menschen effizient genutzt werden.

Insbesondere für die Erfüllung der erweiterten Anforderungen an die Instandhaltung

(Abbildung 3, S. 14) als auch zur Maximierung der Prozesszuverlässigkeit in den

Dimensionen der OEE werden Informationen über den Zustand der betrachteten

Fertigungsanlage als Grundlage betrachtet. Im Rahmen der Arbeit werden die Po-

tenziale zustandsorientierter Instandhaltung mit ihrem positiven Einfluss auf Technik

und Organisation nachgewiesen. Deshalb wird eine weitere Hypothese formuliert:

Hypothese 2 (Datennutzen): Die konsequente und kritische Verwendung automatisch erfasster, den Zu-stand der Betrachtungseinheit betreffender Daten hilft in mehrfacher Hinsicht, die Prozesszuverlässigkeit zu steigern.

1. Einleitung

18

Die Instandhaltung bestimmt operativ das Maß der Prozesszuverlässigkeit. Über die

schnelle Reparatur defekter maschineller Ressourcen oder Wartung dieser hinaus

müssen deshalb zur Optimierung von Kriterien wie Anlagenleistung, Prozessqualität,

Verfügbarkeit oder eben der Zuverlässigkeit zusätzliche Maßnahmen durchgeführt

werden (Kapitel 1.2; [Moubray, 1991]). Dazu existieren methodische bzw. konzeptio-

nelle Antworten wie TPM oder RCM. Diese werden jedoch nur ungenügend umge-

setzt. Die Begründung dafür läge in einer mangelnden Berücksichtigung der erweiter-

ten Ansprüche in den Zielkriterien der Instandhaltung. Der in Abbildung 2, S. 12 dar-

gestellte geringe Anteil von Inspektion, Monitoring und Optimierungsmaßnahmen an

den gesamten Instandhaltungsaufwendungen bestätigt dies. Ausgehend davon wird

folgende Annahme getroffen:

Hypothese 3 (Zieldefinition Instandhaltung – Zuverlässigkeitsmaximierung): Der Erfolg der Instandhaltung wird in den konventionellen Strategien an un-vollständigen Zieldefinitionen gemessen. Erst, wenn die Instandhaltung das Ziel der Zuverlässigkeitsmaximierung verfolgt, können ganzheitlich die Teil-ziele Qualität, Leistung und Verfügbarkeit berücksichtigt werden.

1. Einleitung

19

1.5. Aufbau der Arbeit

Abbildung 5: Aufbau der Arbeit

Das Thema „Entwicklung standardisierter Abläufe zur Verbesserung der Prozesszu-

verlässigkeit von Fertigungsanlagen“ wird, ausgehend von der Abgrenzung und Ver-

ortung der Fragestellung in Kapitel 1, grundlegend durch die Einführung der beiden

zentralen Elemente – des MTO-Modells und der OEE – erörtert (Kapitel 2). Darauf

aufbauend werden die Einflüsse der Prozesszuverlässigkeit auf verschiedene Aspek-

te des industriellen Wertschöpfungsprozesses in Kapitel 3 aufgeführt. Kapitel 4 erör-

tert anhand konkreter Methoden detailliert die Wirksamkeit dieser auf die Elemente

des MTO-Modells.

In Kapitel 5 wird aus der Bewertung der Methoden eine Systematik zum Einsatz die-

ser in der Entwicklungs- und Betriebsphase abgeleitet und der Nachweis der Wirk-

samkeit anhand eines Beispieles – einem prädiktiven Condition Monitoring System –

erbracht. In Kapitel 6 werden zusammenfassend Ergebnisse und der Ausblick auf

mögliche weitere Forschungsaufgaben wiedergegeben.

2. Grundlagen

20

2. Grundlagen

In diesem Kapitel werden zunächst der Untersuchungsbereich bzw. der Gültigkeits-

bereich der in dieser Arbeit behandelten Methoden abgegrenzt (2.1). Grundlegend

werden der Lebenszyklus von Fertigungsanlagen (2.2) und ausgewählte Aspekte des

strukturellen Wandels von Randbedingungen industrieller Systeme (2.3) erklärt. Für

das bessere Verständnis und zur Einordnung der beschriebenen Methoden und

Konzepte werden das bereits erwähnte MTO-Modell (2.4), die Terminologie der Pro-

zesszuverlässigkeit (2.5.1), und die Zielgröße OEE (2.5.2) erläutert.

2.1. Beschreibung des Untersuchungsbereichs

Betrachtet werden Produktionsanlagen der diskontinuierlichen Fertigung, also Stück-

güterproduktion. Fertigungsanlagen sind dabei Maschinen und Anlagen der Teilefer-

tigung und Montage (Abbildung 6), welche die Verfahren der Hauptgruppen 3 bis 6

(Trennen, Fügen, Beschichten, Stoffeigenschaften ändern) gemäß [DIN 8580] aus-

führen. Diese Einschränkung ist von Bedeutung, da zur Prozessindustrie, also Anla-

gen zur verfahrenstechnischen, kontinuierlichen Fertigung, aber auch zu Anlagen der

Hauptgruppen 1 und 2 (Urformen, Umformen) kein direkter Vergleich möglich ist.

Abbildung 6: Systemtechnisches Modell eines Produktionsunternehmens [Wiendahl 2005]

2. Grundlagen

21

Insbesondere wegen des in Kapitel 5.3., S. 100, beschriebenen Evaluationsbeispie-

les werden auch Anlagen zur Produktprüfungen innerhalb der Serienproduktion be-

trachtet. Es bezieht sich auf Anlagen der Funktionsprüfung von Common-Rail-

Injektoren der Robert Bosch GmbH. Als Evaluationsbeispiel im Untersuchungsbe-

reich dient folglich eine variantenreiche Großserienfertigung hochwertiger, mechatro-

nischer Systembaugruppen [Schenk & Wirth, 2004].

Die in dem Beispiel betrachteten Anlagen (siehe Kapitel 5.3) weisen einen mittleren

bis hohen Komplexitätsgrad auf. In Abbildung 7 ist die technische Verfügbarkeit in

Abhängigkeit der Komplexität der Fertigungsanlage dargestellt. Generell gilt, dass

mit steigender Komplexität, Kopplung und Kontinuität der Fertigungsprozesse die

Kosten bzw. das Ausmaß von Störungen und deren Folgen größer werden. Einher

gehen damit erweiterte Anforderungen an die Nutzungsdauer, Prozessfähigkeit und die Verfügbarkeit [Schuh et al., 2007a; Lu et al., 2007].

Abbildung 7: Technische Verfügbarkeit von Fertigungsanlagen in Abhängigkeit vom Komple-xitätsgrad [Bertsche & Lechner, 1990]

2.2. Lebenszyklus von Fertigungsanlagen

Die Aufgabe einer Fabrik als Produktionssystem ist es, in einem definierten Zeitab-

schnitt die darin vom Kunden angeforderte Menge an einwandfreien Produkten mit

dem erwarteten Erlös herzustellen [Schenk & Wirth, 2004]. Die Wertschöpfung des

Produktionssystems muss über die gesamte Lebensdauer größer als die Summe

aller Kosten sein, um das Rentabilitätskriterium zu erfüllen. Dies wird im Life Cycle

Costing (LCC) berücksichtigt (siehe 3.5, S. 37).

Alle Phasen des Systemlebenszyklus (Abbildung 8), insbesondere jedoch die Be-

triebsphase, beeinflussen die Gesamt-Lebenszykluskosten. Die Kosten während der

Betriebsphase wiederum werden durch die Prozesszuverlässigkeit bestimmt. Der

Betreiber hat die Anlage zur Erfüllung der oben genannten Kriterien erworben. Er

2. Grundlagen

22

kann in der Entwicklungs- und Aufbauphase die Eigenschaften der Anlage durch

seine Vorgaben beeinflussen (siehe auch 4.3.4 Prävention in Planungsphasen von

Fertigungsanlagen, S. 68). Während der Anlaufphase sind in der Regel sowohl der

Anlagenhersteller als auch der Betreiber die Anlage verantwortlich für das Erreichen

der definierten Leistungs- und Qualitätsniveaus im Sinne der Funktionsfähigkeit nach

[DIN 40041] (vgl. 3.1 Störungs- und Ausfallarten, S. 29). Während der Nutzungspha-

se ist, abgesehen von eventuell vereinbarten Service- oder Wartungsdienstleistun-

gen mit dem Hersteller oder Dritten, der Betreiber allein verantwortlich für die Pro-

zesszuverlässigkeit. Dies leistet er durch entsprechende Instandhaltungsstrukturen.

Abbildung 8: Systemlebenszyklusstufen [DIN IEC 60300-3-15; Schenk & Wirth, 2004]

Abweichungen vom bzw. Wiederholungen einzelner Phasen des in Abbildung 8 dar-

gestellten Lebenszyklus sind unter anderem möglich durch Änderung der Anforde-

rungen oder des Produktionsprogramms. Die Anlage oder ihre Einsatzbedingungen

werden infolge dessen durch Modernisierung, Umnutzung, Verbesserung, Überpla-

nung verändert und auf die neuen Gegebenheiten angepasst.

2.3. Struktureller Wandel

Generell lässt sich durch die Wandlung vom Anbietermarkt zum Käufermarkt feststel-

len, dass das produzierende Gewerbe nicht mehr aktiv den Markt bestimmen kann,

als vielmehr flexibel auf die Entwicklung der Nachfrage reagieren muss. Hervorzuhe-

ben ist als Folge des stetig wachsenden, globalen Wettbewerbes der steigende

Preisdruck bei gleichzeitig wachsenden Qualitätsanforderungen seitens des Absatz-

marktes. Zugleich erfordert die größere Differenzierung und Individualisierung der

Nachfrage eine Diversifikation des Angebotes und die Verbreiterung des Produkt-

spektrums. Dies wiederum wirkt sich auf die Produktion durch erhöhte Anforderun-

gen an Flexibilität, kleinere Losgrößen, erschwerte Terminplanung und schwankende

Kapazitätsnutzung aus (Abbildung 9; [Westkämper & Sihn, 1999; Bosch, 2006]).

2. Grundlagen

23

Abbildung 9: Globaler Wandel - Aspekte der veränderten Herausforderung an Unternehmen [Westkämper & Sihn, 1999]

Produktionssysteme und Fertigungsanlagen müssen, um den wirtschaftlichen Anfor-

derungen gerecht zu werden, entweder eine große Flexibilität oder eine hohe Pro-

duktivität aufweisen [Meier et al., 2007]. Beide Aspekte gelten nie ausschließlich, das

Verhältnis aus beidem und die Ausprägung werden bestimmt durch den jeweiligen

Zweck, den die Anlage erfüllen soll.

Der Lebenszyklus von Fertigungsanlagen kann durch die sich stetig wandelnden

Anforderungen von dem in Abbildung 8 idealisiert dargestellten, linearen Verlauf

abweichen. Ein den Markbedürfnissen unterworfenes Fertigungssystem kann durch

regelmäßig notwendige Veränderungen keinen langfristig stabilen Zustand konstan-

ter Nutzung erreichen. Die damit entscheidenden Phasen für die Rentabilität einer

Fertigungsanlage sind somit die Entwicklungs-, respektive Überplanungsphasen und

die Anlaufphasen nach erfolgtem Umbau während der Umnutzung. Die Funktionsbe-

reitschaft muss innerhalb möglichst kurzer Zeit ein hohes Maß erreicht haben, damit

die Fertigungsanlage ihre wirtschaftlichen Ziele erfüllen kann.

2. Grundlagen

24

2.4. Der MTO-Ansatz (Mensch-Technik-Organisation)

Aus systemtheoretischer Sicht ist die Fabrik als Produktionssystem, siehe

Abbildung 10, die Kombination aus Elementmenge M (personelle, materielle und

maschinelle Ressourcen), den angewendeten Prozessen P (materiell, immateriell)

innerhalb der definierten Struktur S. Das Produktionssystem ist in die Umgebung

seiner Randstruktur SR integriert [Schmigalla, 1995].

Abbildung 10: Produktionssystem aus systemtheoretischer Sicht [Schmigalla, 1995]

Das populäre, in Abbildung 11 dargestellte Modell des Arbeitssystems nach [REFA,

1984] berücksichtigt den (Produktions-) Prozess nur am Rande und betrachtet die

Organisation von Mensch, Prozess und technischen Ressourcen nur ungenügend.

Abbildung 11: Arbeitssystem nach [REFA, 1984]

Zur Maximierung der Gesamt-Prozesszuverlässigkeit ist eine integrative Betrachtung

der einzelnen Elemente im System und deren Beziehungen zueinander erforderlich.

2. Grundlagen

25

Das MTO-Modell (Abbildung 12) beschreibt das Produktionssystem als sozio-

technisches System. Im System haben die Elemente Mensch, Technik, Organisation

und Prozess spezifische Eigenschaften und stehen miteinander und mit der Umwelt

in Beziehung.

Abbildung 12: Sozio-technisches System mit dem MTO-Ansatz (Mensch-Technik-Organisation) in Anlehnung an [Strohm et al., 1997]

Sozio-technische Systeme sind offen, dynamisch, vernetzt und komplex. Offen heißt,

dass definierte Schnittstellen zur Umwelt existieren. Dynamisch ist das System, weil

die Elemente, deren Eigenschaften und ihre Beziehungen zueinander sich stetig

verändern. Als vernetzt gelten sozio-technische Systeme, da Rückkopplungen inner-

halb des Systems auftreten. Die Komplexität ist durch die Vielfalt und Anzahl der

Elemente und Beziehungen sowie durch das Fehlen linearer, kausaler Zusammen-

hänge begründet [Züst, 2000].

Der Mensch ist, neben den technischen Verbindungen wie logistischen Subsystemen

für Transport oder Lagerung, die maßgebliche Verbindung zwischen den einzelnen

Maschinen und Anlagen. Werden jeweils technische, organisatorische oder mensch-

liche Einflüsse auf die Prozesszuverlässigkeit isoliert betrachtet, bleiben erschließba-

re Potenziale aufgrund der Vernetzung zwangsläufig ungenutzt [Müller & Leischnig,

2008a]. Eine integrierte Lösung mit dem Ziel, ein Maximum an Prozesszuverlässig-

keit zu erreichen, kann nur durch systemorientierte Maßnahmen erreicht werden.

2. Grundlagen

26

2.5. Prozesszuverlässigkeit

2.5.1. Begriffsbestimmung Prozesszuverlässigkeit

Zuverlässigkeit ist nach DIN 40041 die Gesamtheit der Merkmale einer Betrach-

tungseinheit „… bezüglich ihrer Eignung, während oder nach vorgegebenen Zeit-

spannen bei vorgegebenen Anwendungsbedingungen die Zuverlässigkeitsforderung

zu erfüllen.“ In DIN EN ISO 9000 wird der Begriff praxisbezogen erweitert als „…

zusammenfassender Ausdruck zur Beschreibung der Verfügbarkeit und ihrer Ein-

flussfaktoren Funktionsfähigkeit, Instandhaltbarkeit und Instandhaltungsbereitschaft

...“, wobei auf die ausschließlich qualitative Verwendung hingewiesen wird.

Als Prozesse sollen in dieser Schrift Fertigungsprozesse behandelt werden im Sinne

der „… Gesamtheit der auf einen oder eine Gruppe von Arbeitsgegenständen bezo-

genen und aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen … zur schrittweisen Schaffung

oder Veränderung geometrischer Formen, Abmessungen, Oberflächen und Werk-

stoffbeschaffenheiten“ [Schilling et al., 1987] bzw. der vollständigen Nennung der

Verfahrensgruppen in [DIN 8580]. Dieses Prozessverständnis soll auf das der Fab-

rikplanung erweitert werden auf „…alle stofflichen, energetischen und informationel-

len Prozesse, die der Herstellung, Verarbeitung und Bearbeitung von Produkten die-

nen“ [Schmigalla, 1995].

Auffällig ist, dass die Begriffe Zuverlässigkeit, Funktionsfähigkeit und Verfügbarkeit

sowohl im deutschen wie auch im englischen in vielen Quellen synonym verwendet

werden. Trotz gewisser Gemeinsamkeiten ist eine Unterscheidung erforderlich:

• Die Funktionsfähigkeit ist die Eignung einer Einheit, die geforderte Funktion

unter vorgegebenen Anwendungsbedingungen zu erfüllen.

• Die Verfügbarkeit ist der zeitliche Anteil, in dem die Einheit in einem funktions-

bereiten Zustand ist.

• Die Zuverlässigkeit berücksichtigt überdies Zustandsänderungen einzelner

Merkmalswerte der Fertigungsanlage in der Dimension der Funktionsfähigkeit.

Die Zuverlässigkeit quantifiziert damit die Wahrscheinlichkeit, dass die geforderte

Funktion über den Einsatzzeitraum hin ausgeführt werden kann und ist somit ein

zeitbezogener Aspekt der Abrufbereitschaft der geforderten Funktion einer techni-schen Anlage [DIN 40041; DIN 55350-11; Simani et al., 2003; Meyna & Pauli, 2003].

2. Grundlagen

27

2.5.2. Overall Equipment Effectiveness (OEE) als Prozesszuverlässigkeitsmaß

Der in Hochlohnstandorten typische hohe Automatisierungsgrad von Fertigungsanla-

gen ist der Versuch, die hohen Lohn- und Strukturkosten durch produktive, hochef-

fektive und performante Produktionsprozesse zu kompensieren. Der wirtschaftliche

Vorteil einer solchen Anlage gegenüber weniger automatisierten Systemen kann sich

nur ausprägen, wenn sie möglichst unterbrechungsfrei auf hohem Leistungs- und

Qualitätsniveau produziert. Die hierfür gebräuchliche Kennzahl ist die Overall Equip-

ment Effectiveness (OEE; Gesamtanlageneffektivität). Sie ist das Produkt aus Ver-

fügbarkeit, Leistungs- und Qualitätsgrad einer Fertigungsanlage und als Maß für die

Prozesszuverlässigkeit geeignet.

radQualitätsgradLeistungsgeitVerfügbarkOEE ∗∗=

Gesamt

NacharbeitAusschussGesamtGesamtgeplant

TeileTeileTeileTeile

aufzeitMaschinenlTeileTaktzeit

ngszeitPlanbeleguaufzeitMaschinenl −−

∗∗

∗=

ngszeitPlanbeleguTeileTeileTeileTaktzeit

OEE NacharbeitAusschussGesamtgeplant )( −−∗=

Formel 1: Overall Equipment Effectiveness (OEE)

Über den Einsatz der Begriffe Effektivität und Effizienz lässt sich trefflich streiten.

Effektivität ist ein Maß für die Zielerreichung (etwa: Verhältnis zwischen Erreichtem

und Erwartetem). Effizienz berücksichtigt überdies das ökonomische Prinzip, also mit

möglichst geringem Mitteleinsatz das definierte Ziel zu erreichen. Folgendes Beispiel

soll den Unterschied verdeutlichen: Im kleinen Maßstab, also nur auf eine Ferti-

gungsanlage bezogen, ist die Effektivität zu steigern. Dabei soll die vorhandene An-

lage die maximale Ausgangsleistung erbringen. Im größeren Maßstab, z.B. einem

Maschinenpark, ist jedoch Effizienz das Ziel. Die angeforderte Leistung – Kunden-

wünsche, Aufträge – muss mit möglichst geringem Ressourceneinsatz erbracht wer-

den. Langfristig werden also gerade so viele Maschinen betrieben, wie zur Zielerfül-

lung benötigt werden. Effizienz setzt die Effektivität der einzelnen Elemente voraus.

Je nach Verständnis der Autoren werden in der Literatur die Begriffe Effektivität und

Effizienz, teilweise sogar innerhalb einer Schrift vermischt, verwendet.

Korrekt wäre, in dieser Arbeit den Begriff der Effizienz zu verwenden. Es soll jedoch

aufgrund der Popularität des Begriffes die Effektivität verwendet werden. Die Total

Effective Equipment Productivity (TEEP) ist, basierend auf der OEE ein Index für die

2. Grundlagen

28

Gesamte Anlagenleistungsfähigkeit. Zusätzlich zu den oben dargestellten Faktoren

der OEE wird der Anteil der tatsächlich genutzten Gesamtanlagenverfügbarkeit be-

rücksichtigt und würde präziser den wirtschaftlichen Nutzen einer Anlage beschrei-

ben. Es gilt: TEEP ≤ OEE.

2.6. Fazit

Das Maß der Prozesszuverlässigkeit einer Fertigungsanlage wird maßgeblich in den

Entwicklungsphasen bestimmt. Erschwerend und einer Stabilisierung des Zuverläs-

sigkeitsniveaus während des Betriebs entgegen wirken die durch den strukturellen

Wandel und zunehmende Dynamisierung der Märkte bedingte Produktdiversifikation,

die deshalb erforderliche Flexibilisierung, in der Regel gesteigerte Komplexität oder

die häufig notwendige Rekonfiguration und Rekonstruktion der Fertigungsanlagen.

Das MTO-Modell eignet sich zur Evaluierung der in dieser Arbeit behandelten Me-

thoden, da es als integratives Modell eines Produktionsprozesses alle Aspekte des

sozio-technischen Systems berücksichtigt (Mensch, Technik, Organisation, Prozess,

Ein- und Ausgänge). Die Wirksamkeit der Methoden soll in den Dimensionen der

OEE – Verfügbarkeit, Leistungs- und Qualitätsgrad – nachgewiesen werden.

3. Aspekte der Prozesszuverlässigkeit

29


Ausgehend von einer Klassifikation von Störungs- und Ausfallarten (3.1) sollen im

Folgenden die Einflüsse der Prozesszuverlässigkeit auf die Produktqualität (3.2),

rückwirkend auf die technische Einrichtung selbst (3.3) und auf die Arbeitsabläufe

(3.4) diskutiert werden. Schlussendlich wird der Einfluss der Prozesszuverlässigkeit

auf den betriebswirtschaftlichen Erfolg (3.5) zusammengefasst.

3.1. Störungs- und Ausfallarten

Eine Störung ist gemäß [DIN 40041] die fehlende, fehlerhafte oder unvollständige

Erfüllung einer geforderten Funktion der Betrachtungseinheit (verminderte Leistung,

ungenügende Qualität). Ein Ausfall ist die Beendigung der Funktionsfähigkeit einer

materiellen Einheit im Rahmen der zulässigen Beanspruchung. Der Ausfall führt zum

Versagen, sobald die Erfüllung der geforderten Funktion verlangt wird. Ein Fehler ist

die Nichterfüllung einer Forderung und führt nicht zwangsläufig zum Vollausfall.

Störungen können in mehreren Dimensionen klassifiziert werden. Zunächst kann

anhand der Ursache in externe Störungen und anlagenbedingte Störungen unter-

schieden werden. Externe oder organisatorische Störungen entstehen durch Fehlen

erforderlicher Mittel wie Material oder Bediener. Anlagenbedingte, technische bzw.

innere Störungen beziehen sich auf die Verfügbarkeit der Anlage selbst. [DIN EN

13306; VDI 3423]

Die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen variiert über die Lebens- und Betriebsphasen

der Anlage (Abbildung 13; [Matauschek & Peßl, 2006; Beckmann & Marx, 1994]):

1. Frühausfallphase: Anfangsbereich der Betriebsdauer. Ausfälle in dieser Phase

werden in der Regel durch Projektierungs-, Konstruktions-, Fertigungs-, Mate-

rial- oder Montagemängel oder durch Einlaufverhalten von Komponenten her-

vorgerufen. Nach Durchführung geeigneter Gegenmaßnahmen ist die Ursa-

che nachhaltig behoben. Diese Phase wird auch als Burn-In bezeichnet.

2. Phase konstanter Ausfallrate: Bereich der Betriebsdauer mit nahezu gleich

bleibender Ausfallrate, Zufallsfehler dominieren.

3. Spätausfallphase: Endbereich der Betriebsdauer, Abnutzungsperiode; Domi-

nanz von Altersausfällen.


30

Abbildung 13: Verteilung der Ausfallhäufigkeit, sogenannte „Badewannenkurve“ modifiziert übernommen aus [Beckmann & Marx, 1994]

Die Länge der einzelnen Phasen ist abhängig von vielen Faktoren. Maßgeblich be-

stimmt werden Ausfallrate und Lebensdauer der Betrachtungseinheit durch den Grad

der Übereinstimmung zwischen den tatsächlichen Einsatzbedingungen der Anlage

und den Bedingungen, für welche sie entworfen wurde [Meyna & Pauli, 2003; Bent-

ley, 1993]. Weiterhin wird die Ausfallrate von der Zusammensetzung und Komplexität

des Systems bestimmt. Mechanische Komponenten sind anderen Arten von Ver-

schleiß unterworfen, als elektronische Komponenten. Folglich entwickeln sich die

Einzelausfallraten der jeweiligen Komponenten sehr unterschiedlich (Abbildung 14).

Abbildung 14: Ausfallratencharakteristik mechanischer und elektronischer Komponenten [Moubray, 1991]


31

Die in Abbildung 13 idealisiert dargestellte Entwicklung der Ausfallrate entspricht aus

diesem Grunde nicht der Realität. Eine umfangreiche empirische Studie der Luft- und

Raumfahrtindustrie stellte die in Tabelle 1 gezeigten Verteilungen fest.

Ausfallcharakteristik Vorkommen

4%

2%

5%

7%

14%

68%

Tabelle 1: Verteilung möglicher Ausfallcharakteristika [Moubray, 1991]

Zur Klassifikation einer Störung kann die in der FMEA (siehe 4.3.6, S. 72) verwende-

te Risikoprioritätszahl (RPZ) verwendet werden. Die RPZ wird als Produkt aus Ein-

trittswahrscheinlichkeit einer Störung (1 – unwahrscheinlich bis 10 – hoch), der Stö-

rungsfolgen (1 – kaum wahrnehmbar bis 10 – sehr schwer) und der Detektierbarkeit

der Störung (1 – sehr gut bis 10 – sehr schlecht) gebildet [Al-Rahdi, 2002].

Die Störungsfolgen sind ein wichtiges Kriterium. Ein Vollausfall bedeutet den Ausfall

aller Funktionen der Betrachtungseinheit. Bei einem Teilausfall können einzelne oder

alle Funktionen unter gewissen Einschränkungen (z.B. in Qualität oder Leistung)

weiter ausgeführt werden [DIN 40041]. Störungsfolgen sind die Gesamtheit aller


32

durch den Fehler bzw. die Störung entstehenden Kosten und Verluste. Sie be-

schränken sich in der Regel nicht auf den Ausfall der Betrachtungseinheit.

Eine Störung lässt sich weiterhin in der Geschwindigkeit des Eintretens eines stö-

rungsbedingten Versagens einzelner oder aller Funktionen unterteilen

(Abbildung 15). Ein typisches Beispiel für einen Sprungausfall ist der Werkzeug-

bruch. Der Ausfallzeitpunkt infolge Ermüdung, Verschleiß oder Überbeanspruchung

ist in der Regel nicht oder nur schwer vorherzusagen. Dem gegenüber kündigt sich

ein Driftausfall, also eine verhältnismäßig langsame Änderung von Merkmalswerten,

schon deutlich vor dem Schadenseintritt an. Sowohl Abnutzung als auch Überlastung

sind Ursachen einer Schädigung. Verschleiß, Korrosion, Ermüdung und Alterung

sind Formen der Abnutzung. Die Überlastung ist hingegen eine nicht zweckbestimm-

te, konstruktiv nicht vorgesehene Benutzung [Eichler, 1990].

Abbildung 15: Geschwindigkeit der Änderung von Merkmalswerten [Eichler, 1990]

Zwei weitere Dimensionen sind in diesem Kontext von besonderer Bedeutung - die

Entdeckungswahrscheinlichkeit und die Konsistenz der Störung. Die Entdeckungs-

wahrscheinlichkeit bemisst, wie zuverlässig, wie schnell und wie vollständig die Ur-

sache, Art und Folgen der Störung bestimmt werden können. Die Konsistenz einer

Störung beschreibt, wie geschlossen und eindeutig sich die Störung mit ihren Ursa-

chen und Auswirkungen repräsentiert. Mit steigender Zahl von Einflüssen und mögli-

chen Folgen steigt die Komplexität des anfänglich isoliert betrachteten Ereignisses

der Störung und die Inkonsistenz nimmt zu. Sie ist somit das Maß für die zu erwar-

tende Güte der Störungsdiagnose [Müller & Leischnig, 2008b].

Mikrostörungen sind Störungen von kurzer Dauer wie z.B. kurzzeitiger Teilemangel

oder nicht vertretene persönliche Verteilzeit. Mikrostörungen sind für das Ausmaß


33

möglicher oder existenter Verluste der Produktivität nicht vernachlässigbar. Im sub-

jektiven Empfinden der Störung werden 20 Mikrostörungen mit jeweils 5 Minuten

Stillstandszeit eher geduldet oder möglicherweise überhaupt nicht wahrgenommen,

während eine einzelne Störung mit 100 Minuten Stillstand als fatal angesehen wird.

Die Arbeitspsychologie bezeichnet die Akzeptanz einer durch Übung oder mehrfa-

ches Erleben vertrauten Situation auf nicht oder nur teilbewusstem Niveau als Aver-

sionsfaktor [Freymadl, 1998; Sträter, 1997]. Die Auswirkungen der längeren Einzel-

störung auf benachbarte Prozesse sind selbstverständlich größer. Der betrachtete

Prozess stand in beiden Fällen jedoch 100 Minuten ungeplant still [Müller &

Leischnig, 2008b].

Im Gegensatz zu einfachen Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen mit nur einer Ur-

sache bestehen multikausale, kumulative oder Summeneffekte aus mehreren unbe-

deutenden Einzelursachen. Bei steigender Komplexität der Betrachtungseinheit ist

davon auszugehen, dass sowohl bei der Bedienung einzelner Funktionen als auch

bei punktuellen Optimierungs- und Korrekturmaßnahmen eine Vielzahl weiterer

Komponenten direkt oder indirekt beeinflusst wird. Im Umkehrschluss bedeutet dies,

dass mit jeder Störungsbehebung neue Störquellen und Fehlerpotenziale geschaffen

werden. Dies gilt sowohl für Verbesserungsmaßnahmen, z.B. den Austausch von

Komponenten gegen konstruktiv verbesserte, als auch für reine Instandsetzungs-

maßnahmen, z.B. Ersatz einer Profilstange, ohne den durch den Betrieb an das ver-

schlissene Profil angepassten Läufer zu tauschen.

Abbildung 16 fasst die wichtigsten Dimensionen zur Klassifikation von Störungen und

Ausfällen zusammen.

Abbildung 16: Dimensionen und Klassen von Störungen [Müller & Leischnig, 2008b]


34

3.2. Einfluss auf die Produktqualität

Die Qualität eines Prozesses misst sich daran, wie groß der Anteil der Durchführun-

gen mit einem Ergebnis innerhalb der definierten Toleranzen bezogen auf die Ge-

samtanzahl der Durchführungen ist. Für diese Aussage sind Einheiten wie ppm

(parts per million) oder prozentuale Angaben gebräuchlich. Ebenso üblich und nor-

mativ sowie in der industriellen Praxis durchgesetzt haben sich die Fähigkeitsindizes

Cx (engl. capability = Fähigkeit) für Maschinen, Messgeräte und Prozesse nach [DIN

55319].

In der Statistical Process Control (SPC; siehe Abbildung 17) werden bestimmte

Merkmale, deren Einfluss auf das Ergebnis groß ist, verfolgt (siehe auch 4.1.2,

S. 45). Sind die ermittelten Werte in ihrer statistischen Verteilung zu breit gestreut,

verletzt ein entsprechend großer Anteil der Teile die Toleranzen, der Prozess ist

nicht fähig. Im Idealfall liegen die Merkmalswerte aller Prozessdurchführungen inner-

halb der Toleranzen.

Abbildung 17: Prozessschärfe und Prozesslage als Zielgrößen der Statistischen Prozesskon-trolle (SPC)

Hat ein Merkmal eines Prozesses Einfluss auf einen nachfolgenden Prozess, so

gewinnen Lage und Form der Merkmalsverteilung an Bedeutung [DIN 55319]. Da-

durch kann, selbst wenn der erste Prozess innerhalb der Toleranzen liegt, eine

Grenzlage in den Nachfolgenden zu vermehrten Ausfällen führen. In diesem Fall ist

es wünschenswert, nicht nur die Schärfe, sondern auch die Lage des bedingenden

Prozesses beeinflussen zu können.


35

3.3. Einfluss auf technische Einrichtungen und Technologien

Der Einfluss der Prozesszuverlässigkeit auf die technische Einrichtung ist eine sys-

tematische Rückkopplung. Einrichtungen beeinflussen mit ihrer Zuverlässigkeit an-

grenzende Prozesse. Ist beispielsweise der Qualitätsgrad einer Einrichtung nicht

optimal, kann der nachfolgende Prozess bei entsprechender Abhängigkeit ebenfalls

nicht seinen konstruktiv vorbestimmten, geplanten Qualitätsgrad erreichen. Ein un-

genügender Leistungsgrad oder eine schwankende Verfügbarkeit gefährden die Er-

füllung der Fertigungsfeinplanung. An nachfolgenden oder parallelen Prozessen ent-

stehen Abfragespitzen oder Leerläufe durch die nicht oder nur ungenau planbare

Ausbringung der Anlage. In jedem Fall kann eine ungenügende Zuverlässigkeit einer

Anlage den nicht bestimmungsgemäßen Einsatz anderer Anlagen bewirken und so-

mit deren Eigenschaften und Einsatzbedingungen negativ beeinflussen.

Wenn ein Prozess oder sogar eine Technologie über einen längeren Zeitraum als

nicht beherrschbar angesehen wird, wird sie in der Praxis oder für zukünftige An-

wendungen nicht wieder eingesetzt. Somit fehlen wiederum Erfahrungswerte, sie

beherrschbar und stabil zu gestalten.

3.4. Einfluss auf Arbeitsabläufe

3.4.1. Strategische Effekte

Langfristig bedeutet eine hohe Prozesszuverlässigkeit, dass die Fertigung harmoni-

siert werden kann. Während eine rein objektive Einschätzung, also eine wiederholba-

re Quantifizierung, wie das Ermitteln einer Kennzahl, das Vertrauen oder Misstrauen

in den Prozess belegt und diktiert, ist das subjektive Empfinden von vielen Einflüssen

geprägt. Es ist abhängig vom Betrachter, dessen individuelle Eigenschaften und

Verfassung und dem Kontext, in welchem er die Bewertung durchführt.

Auf Dauer mangelhafte Verfügbarkeit, Qualität oder Leistungsfähigkeit infolge insta-

biler Prozesse oder häufige Störungen (geringere Auslastung bzw. Produktionsmen-

ge) kann demotivierend auf die für diese Betrachtungseinheit zuständigen Personen

wirken. Ändert sich dieser Zustand über einen längeren Zeitraum nicht, sind Resig-

nation oder Toleranz des Mangels die Folge. Im Arbeitsablauf würde dies bedeuten,

dass die Effizienz der Betrachtungseinheit dauerhaft suboptimal wäre durch geringe

Produktionsmenge und Qualitätsverluste auf der einen Seite und andererseits höhe-


36

ren personellen und materiellen Aufwand für notwendige Instandsetzungsmaßnah-

men (siehe auch 4.2, S. 52).

Kann der Prozess in einen zuverlässigen, stabilen und störungsunanfälligen Zustand

überführt werden, kann die Priorität von Instandsetzungsmaßnahmen verringert wer-

den und die Proaktivität der Instandhaltung gesteigert werden [Karl, 2001]. Dadurch

wiederum werden Möglichkeiten zur Optimierung geschaffen. Die für die Betrach-

tungseinheit zuständigen Personen können durch positive Ergebnisse nachhaltig

motiviert werden. Die Planbelegungszeit ließe sich besser nutzen, die Gesamtanla-

geneffizienz kann maximiert werden. Kostenintensive Sonderschichten können e-

benso wie Pufferbestände reduziert werden.

3.4.2. Operative Effekte

Mit steigender Verkettung bzw. Automatisierung der Anlagen hat eine verminderte

Prozesszuverlässigkeit einen wachsenden Einfluss auf die gesamte Intralogistik.

Deutlich wird dies im Störungsfall. Fällt ein Glied innerhalb der Prozesskette aus,

kann dies den Totalausfall des gesamten Fertigungssystems zur Folge haben. Einzig

das Vorhandensein und die Größe von Puffern vor und nach dem gestörten Element

beeinflussen die Dauer bis zum Eintritt des Stillstands des Systems (vgl. [Linck &

Kulka, 2006]). Diese Bestände sind aber gebundenes Kapital und bedeuten eine

Verschlechterung mehrerer Kennzahlen und stehen in der Regel dem Bestreben

nach einer bestandsarmen Fertigung entgegen.

Eine in den Dimensionen Qualität und Verfügbarkeit als zuverlässig geltende Ferti-

gungsanlage wird bei der Planung der Betriebsmittelbelegung eher berücksichtigt,

als eine weniger zuverlässige Anlage. Dies kann, selbst wenn sie eine geringere

Produktivität oder einen kleineren Leistungsgrad aufweist, zu wirtschaftlichen Vortei-

len führen, da die Kosten für störungsbedingte Stillstände, Nacharbeit und Aus-

schuss geringer sind.


37

3.5. Betriebswirtschaftliche Effekte der Prozesszuverlässigkeit

Die betriebswirtschaftlichen Effekte der Prozesszuverlässigkeit müssen über den

gesamten Lebenzyklus betrachtet werden. Zur Bestimmung der tatsächlich während

der Entstehung, Nutzung und Entsorgung von Einrichtungen anfallenden Kosten

finden die Verfahren des Life Cycle Costing (LCC) oder die Berechnung der Total

Cost of Ownership (TCO) Anwendung [VDI 2884; DIN EN 60300-3-3]).

In Abbildung 18 sind zwei verschiedene Verläufe der Kostenentwicklung dargestellt.

Die Betriebskosten setzen sich, neben den für den Normalbetrieb notwendigen Posi-

tionen, aus Verlusten in den Dimensionen Qualität, Leistung und Verfügbarkeit zu-

sammen. Die durchgängige Linie zeigt exemplarisch die kumulativen Kosten einer

Anlage. Die unterbrochene Linie entspricht der Kostenentwicklung einer vergleichba-

ren Fertigungseinrichtung, jedoch mit deutlich geringeren Kosten während der Nut-

zung. Diese Kosten werden maßgeblich während der Planung, Konstruktion und

Herstellung der Anlage bestimmt (siehe auch Abbildung 36, S. 73 und 4.3.4, S. 68).

Abbildung 18: Vergleich zweier Verläufe der Lebenszykluskosten in Anlehnung an [VDI 2884; DIN EN 60300-3-3]

Der für eine „bessere“ Anlage in der Regel höhere Invest wird bei entsprechend lan-

ger Nutzung durch eine bessere Rentabilität bzw. Return on Investment amortisiert.


38

Geringere Kosten bedeuten einen größeren Gewinn innerhalb der betrachteten Peri-

ode. Die Kosten während der Nutzung bestehen aus beeinflussbaren und nicht be-

einflussbaren Positionen. Nicht oder nur gering beeinflussbar sind beispielsweise die

Kosten für Betriebs- und Hilfsstoffe oder für den Personalaufwand zur Bedienung der

Anlage, ganz im Gegensatz zu Instandhaltungs- und Energiekosten.

Die Total Cost of Ownership hat sich bei Investitionsentscheidungen wegen des be-

merkenswerten Verhältnisses von Investitionssumme (nur ca. 15% von TCO) zu

Betriebskosten zu einem der entscheidenden Kriterien entwickelt [Müller-Wondorf,

2008]. Vom Lieferanten wird mitunter eine Garantie über das Maß der Prozesszuver-lässigkeit gefordert [Fleischer et al., 2007]. Die Kalkulation lässt sich überdies hypo-

thetisch erweitern um Kosten für eventuelle Rückrufe oder Konventionalstrafen für

verspätete Lieferungen. Diese Posten, durch ungenügendes Qualitätsniveau oder

mangelnde Verfügbarkeit hervorgerufen, wären dann ebenfalls der Prozesszuverläs-

sigkeit zuzuschreiben.

3.6. Fazit

Die Prozesszuverlässigkeit ist mehrfach direkt wirksam auf das Fertigungssystem.

Die Qualität der Produkte wird durch die Niveaustabilität und die Streuung der Ferti-

gungsprozesse bestimmt. Die Dimensionen Leistungsgrad und Verfügbarkeit beein-

flussen die Fertigungsfeinplanung und bedingen Entscheidungen für Investitionen.

Eine suboptimale Prozesszuverlässigkeit hat langfristig zur Folge, zur Erfüllung des

Kundenwunsches mehr Ressourcen vorhalten zu müssen, als es bei identischem

Anlagenpark, jedoch mit höherer Verfügbarkeit, besserem Leistungs- und Qualitäts-

grad notwendig wäre. Die Prozesszuverlässigkeit, gleich ob die einer einzelnen An-

lage oder eines komplexen Fertigungssystems, bestimmt die Rentabilität der inner-

betrieblichen Wertschöpfungskette. Investitionen in gesteigerte Prozesszuverlässig-

keit amortisieren sich durch geringere Betriebs-, Produktions- und Verlustkosten und

resultieren in insgesamt niedrigeren Lebenszykluskosten / TCO und einem somit

höherem Gewinnanteil.

4. Ansätze zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit

39


In diesem Kapitel wird der Einfluss ausgewählter Methoden auf die Gesamt-

Prozesszuverlässigkeit beschrieben. Die einzelnen Methoden setzen jeweils an ei-

nem oder mehreren Elementen des MTO-Modells an – Technik (4.1), Mensch (4.2)

und Organisation (4.3) oder dem Prozess selbst (4.4). Der Einfluss wird, wie in 2.5.2,

S. 27 begründet, in OEE bemessen. Es wird ausgeführt, welche der Methoden für

welchen Sachverhalt an den einzelnen Elementen wirksam werden. Die Ausführung

verdeutlicht die Dimensionen und Ausgangsgrößen, in denen die Prozesszuverläs-

sigkeit positiv gestaltet werden kann, womit die Bausteine für standardisierte Abläufe

zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit beschrieben werden.

Für die Gestalter von Produktionsprozessen sollen die nachfolgenden Methoden

gleichzeitig eine Sammlung von Werkzeugen sein mit welchen das Primärziel eines

Unternehmens, die Erwirtschaftung von Gewinn, durch leistungsfähige, qualitativ

angemessene und hochverfügbare Prozesse wirkungsvoll unterstützt werden können

[vgl. Wiendahl, 2005; DIN EN ISO 9000 ff.].

Zur konsequenten, zielgerichteten und nachhaltigen Anwendung der beschriebenen

Methoden werden Daten und Informationen der zu optimierenden Betrachtungsein-

heit benötigt. In Kapitel 4.5 wird auf die Bedeutung und konkrete Aspekte der Daten-

erfassung und –verarbeitung eingegangen.

4.1. Methoden zur Verbesserung der technischen Zuverlässigkeit

Die Grundfunktionen innerhalb eines Flusssystems sind Trans-

formieren, Speichern und Transportieren [Schenk & Wirth,

2004]. Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit werden in erster

Linie die Elemente, die diese Grundfunktionen ausführen, durch

technisch-orientierte Maßnahmen optimiert. In Hypothese 1 (Fokus Technik vs. Sys-

tem) auf S. 17 wird genau dies bemängelt. Zwar spricht nichts dagegen, bei erkann-

ten Mängeln an einzelnen Elementen diese gegen konstruktiv bessere auszutau-

schen, jedoch können bei starker Fokussierung auf die Technik wesentliche Potenzi-

ale anderer Elemente des MTO-Modells ungenutzt oder unerkannt bleiben.

Nicht zuletzt aus diesem Grund beschränkt sich die Ausführung der Methoden zur

Verbesserung der technischen Zuverlässigkeit auf die in diesem Zusammenhang


40

herausragenden Methoden zur Fehlerfrüherkennung. Die rechtzeitige Kenntnis oder

Vorhersage von Abweichungen, Fehlern oder Störungen ist die wohl wichtigste Vor-

aussetzung zur Optimierung der OEE in den Dimensionen Qualität und Verfügbar-

keit. Werden Zustandsindikatoren von Maschinen und Anlagen mit der 1931 von

Walter A. Shewhart beschriebene Statistical Process Control (SPC) verfolgt, gelingt

die vorausschauende Zustandsüberwachung – Predictive Condition Monitoring.

Die Instandhaltung hat operativ den größten Einfluss auf die Prozesszuverlässigkeit.

Die Auswahl der optimalen Instandhaltungsstrategie muss im Einzelfall anhand vieler

Kriterien entschieden werden. Die Strategien sind im Folgenden charakterisiert. Die

Werkzeuge der technischen Diagnostik sind elementare Voraussetzung und werden

deshalb nicht gesondert erörtert.

4.1.1. Instandhaltungstechniken

Die Instandhaltung bestimmt operativ die Lebensdauer von Fertigungsanlagen, die

Fehlertoleranz von Prozessen, die Störungshäufigkeit (MTBF, Mean Time between

Failures) und die mittlere Reparaturzeit (MTTR, Mean Time to Repair). Sie dient da-

mit der „Erhaltung des funktionsfähigen Zustandes [einer Einheit] oder der Rückfüh-

rung in diesen, so daß sie die geforderte Funktion erfüllen kann“ [DIN EN 13306]. Die

Zielgröße aller Maßnahmen der Instandhaltung ist die positive Beeinflussung des in

Abbildung 19 dargestellten Abbau des Abnutzungsvorrates.

Abbildung 19: Typische Abbaukurve des Abnutzungsvorrates nach [DIN 31051]


41

Die Maßnahmen der Instandhaltung können nach [DIN 31051] in die in Abbildung 20

dargestellten Gruppen unterteilt werden. Die Wartung bewirkt eine Verzögerung des

Abbaus des vorhandenen Abnutzungsvorrats. Eine Instandsetzungsmaßnahme führt

die Einheit nach einem Schaden in einen funktionsfähigen Zustand zurück. Die In-

spektion beeinflusst den Abnutzungsvorrat nicht direkt, sondern dient durch die Fest-

stellung des Ist-Zustandes der Anlage der Einleitung geeigneter Instandhaltungs-

maßnahmen. Eine Verbesserung (z.B. bessere Materialpaarung, verbesserte

Schmierung) kann den Abnutzungsvorrat auf mehr als 100% des ursprünglichen

Wertes steigern [Adam, 1989].

Abbildung 20: Maßnahmen der Instandhaltung nach DIN 31051 und deren Wirkung auf den Abnutzungsvorrat unter Verwendung [Beeck, 1987]

[Ruthenberg et al., 1990] überführt die Aufgaben der Instandhaltung in den Kontext

der Ziele eines Produktionsunternehmens, nämlich der: „Sicherstellung der

• Geplanten Ausbringung pro Schicht,

• Vorgegebenen Produktqualität,

• Niedrige, prozeßbedingt unvermeidliche Ausschußrate,

• Termintreue,

• Berücksichtigung von Arbeits- und Umweltschutz sowie Produkthaftung,

• Wettbewerbsfähige Stückkosten."


42

Instandhaltungsmaßnahmen können unterschiedlich organisiert werden. Dies betrifft

weniger die zweckmäßig periodisch durchgeführten Wartungsaktivitäten oder die

zeitlich in der Regel entkoppelten Verbesserungsprozesse, wohl aber die Inspektion

und Instandsetzungsaktivitäten. Praktisch alle Grundlagen der heute angewendeten

Instandhaltungskonzepte wurden in den 1950ern von einem japanischen Firmenkon-

sortium entwickelt. Ausgehend von der störungsbedingten oder ausfallorientierten

Instandhaltung wurden innerhalb von nur 10 Jahren die vorbeugende (präventive)

und die verbessernde (korrektive) Instandhaltung entwickelt sowie die instandhal-

tungsgerechte Gestaltung von Anlagen in den Konstruktionsprozess aufgenommen.

1969 gipfelte die Entwicklung in der erfolgreichen Einführung der TPM (Total Produc-

tive Maintenance) bei einer Tochterfirma der Toyota Group (siehe 4.3.1, S. 63, [Al-

Rahdi, 2002]). Abbildung 21 zeigt das zur Erreichung eines Gesamtkostenoptimums

notwendige Verhältnis aus ausfallorientierten und geplanten Strategien.

Abbildung 21: Auswahl und monetäre Effekte der optimalen Instandhaltungsstrategie [VDI 2893]

Ausfallorientierte Instandhaltung

Wird auf eine Maschine und Anlage die Strategie der ausfallorientierten Instandhal-

tung angewendet, so wird diese bis zum Schadensfall betrieben. Dies ist möglich bei

kleinen Einheiten mit geringer Ausfallwahrscheinlichkeit und im Störungsfall geringen

Störungsfolgekosten [Matyas, 2002; Eichler, 1990].


43

Geplante Instandhaltung

Die geplante, präventive oder vorbeugende Instandhaltung umfasst alle Instandhal-

tungsmaßnahmen, die in definierten Zeitabständen in festgelegtem Umfang durchge-

führt werden. Sinnvoll oder notwendig ist die geplante Instandhaltung, wenn die be-

trachtete Anlage gesetzlichen Bestimmungen unterliegt oder einen Engpass im Pro-

duktionsablauf bildet [VDI 2890]. In diesem Fall kann die Maßnahme zu einem Zeit-

punkt durchgeführt werden, an dem die Produktion nicht oder wenig beeinträchtigt

wird. Charakteristisch für die geplante Instandhaltung ist, dass die betreffenden

Komponenten bereits vor dem Verbrauchen ihres Abnutzungsvorrates getauscht

werden. Restlaufzeiten bleiben somit teilweise ungenutzt.

Die Intervalle der durchzuführenden Maßnahmen sollten in regelmäßigen Abständen

überprüft und gegebenenfalls angepasst werden. Zu große Intervalle erhöhen das

Risiko für Ausfälle, zu kleine Intervalle haben hohe Material- und Tauschkosten zur

Folge. Das Wechselintervall muss in jedem Fall kleiner als die Mean Time between

Failures (MTBF) sein. Die in Tabelle 1 auf S. 31 dargestellte Verteilung der Ausfall-

charakteristika zeigt, dass die Annahme, durch einen regelmäßigen Austausch von

Komponenten die MTBF zu maximieren, falsch ist. Durch häufigen Tausch kann die

Fehlerrate durch den größeren Anteil von Frühausfällen sogar erhöht und somit das

Gegenteil bewirkt werden [Taag, 2000; Luczak & Schick, 2001].

Zustandsorientierte Instandhaltung

Der Einsatz einer zustandsorientierten Instandhaltung setzt voraus, dass der Zustand

der betreffenden Anlage oder ihrer Komponenten bestimmt werden kann [Zeller,

2006]. Insbesondere bei Anlagen, deren MTBF stark streut, bietet die zustandsorien-

tierte gegenüber anderen Instandhaltungsstrategien folgende Vorteile [VDI 2888]:

• "Der Abnutzungsvorrat wird besser ausgenutzt

• Die mittlere, wartungsfreie Maschinenlaufzeit wird erhöht

• Unnötige Reparaturen und Demontagen von Anlagen werden weitgehend

vermieden, und die Ersatzteilvorhaltung kann verringert werden

• Der Austausch abgenutzter Bauteile erfolgt in planbaren Stillstandszeiten

durch Gewährung einer hinreichend großen Reparaturvorlaufzeit …

• Vom aktuellen Anlagenzustand können die erzeugbaren Produktqualitäten

und -mengen abgeleitet werden"


44

Insbesondere der letzte Punkt ist von Bedeutung im Kontext der Prozesszuverlässig-

keit. Mit sinkendem Abnutzungsvorrat kann, muss aber nicht, ein kontinuierlicher

Verlust der Funktionsfähigkeit einhergehen. Kann eine mangelnde Fähigkeit einer

Anlage oder ihrer Komponenten festgestellt werden, besteht die Möglichkeit zur kon-

struktiven Verbesserung.

Eine Mischform aus zustandsbasierter und geplanter Instandhaltung ist die Instand-

haltung nach Überprüfung. Bei Anwendung dieser Methode wird die betrachtete

Komponente nur nach vorheriger Inspektion in Abhängigkeit ihres Zustands ge-

tauscht. [Eichler, 1990].

Vorausschauende Instandhaltung

Ein entscheidender Nachteil der zustandsorientierten Instandhaltung ist, dass das

Augenmerk lediglich auf der Auswahl von überwachten Merkmalen liegt, die in der

Strategiedefinition bestimmt wurden. Dadurch entstehen verdeckte Störungen (siehe

Tabelle 4, S. 51; [Matyas, 2002]). Durch Maßnahmen der vorausschauenden In-

standhaltung wird versucht, Störungen zu verhindern, bevor sie auftreten. Möglich

wird dies durch systematische Fehlersuche und Ursachenanalyse und, wenn mög-

lich, Umsetzung konstruktiver Verbesserungen [DIN 31051]. Sind die dafür notwen-

digen Daten vorhanden, können mit Hilfe von musterbasierten Verfahren, neuronalen

Netzen oder einfachen mathematischen Verfahren wie Extrapolation Störungen vor-

hergesagt werden (siehe auch 4.1.4 Predictive Condition Monitoring, S. 49).

Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung (Reliability-Centred Maintenance)

Die Reliability-Centred Maintenance (RCM) bedient sich Methoden der Störungsver-

meidung. RCM setzt formalisierte Störungsanalysen ein, bewertet diese und leitet

daraufhin Verbesserungsmaßnahmen ein um Störungen ursächlich zu verhindern. In

der Praxis werden kaum andere, als die in [DIN 31051] definierten Grundmaßnah-

men der Instandhaltung – Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung –

eingesetzt. Im Unterschied dazu werden allerdings bewusst die Ziele der Instandhal-

tung auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit gesetzt, wie in Hypothese 3

(Zieldefinition Instandhaltung – Zuverlässigkeitsmaximierung) gefordert. RCM ist, im

Gegensatz zu TPM (siehe S. 63), ein eher technisch orientiertes Konzept [DIN IEC

60300-3-11; Moubray, 1991; Matauschek & Peßl, 2006].


45

Weitere Formen der Instandhaltung

Neben den vorstehend erklärten Formen der Instandhaltung existiert eine Vielzahl

weiterer kontext- oder branchenbezogener Sonder- und Mischformen. Für sicher-

heitskritische, stark verbreitete, anderweitig im öffentlichen Interesse stehenden Be-

trachtungseinheiten oder solchen mit behördlichen Auflagen wie (Kern-) Kraftwerke,

Software oder Aufzüge existieren spezielle normative Anweisungen, z.B. "Qualitäts-

gesicherte Instandhaltung" [Kalaitzis et al., 1991]. Durch die vermehrte Nutzung von

spezieller Diagnostik auch in ausfallorientierter und geplanter Instandhaltung erge-

ben sich weitere Mischformen. Auf Basis der erfassten Daten können beispielsweise

Wartungspläne dynamisch angepasst werden [Wahler, 2006].

4.1.2. SPC - Statistical Process Control

Die Statistischen Methoden lassen sich unter dem Oberbegriff der Statistical Process

Control (SPC) zusammenfassen. Die Voraussetzung für den Einsatz von SPC ist,

dass die durch systematische und zufällige Einflüsse hervorgerufene Streuung des

Merkmalwertes innerhalb definierter Toleranzen liegt. Sind die Untersuchungen der

Messgeräte-, Maschinen- und Prozessfähigkeit erfolgreich, kann die SPC angewen-

det werden. Aus dem Werteverlauf der hernach in eine Qualitätsregelkarte eingetra-

genen Einzelwerte oder Stichprobenwerte wird die Lage des Prozessmerkmals be-

zogen auf die Eingriffsgrenzen kontinuierlich überwacht, siehe Abbildung 22 [Wilde-

mann, 1996; Dietrich & Schulze, 2007].

Abbildung 22: Klassische Qualitätsregelkarte mit unterer und oberer Eingriffs- / Warngrenze [Rinne & Mittag, 1995]


46

SPC ist unter folgenden Voraussetzungen für die Fehlerfrüherkennung anwendbar:

• Die zu überwachenden Merkmalswerte der Maschine sind reproduzierbar und

zuverlässig zu bestimmen.

• Der bestimmte Wert indiziert zweifelsfrei und konsistent das Merkmal.

• Die Anzahl von Einzelwerten pro Periode erlaubt die Rekonstruktion der ab-

zubildenden Charakteristik. Das aus der Messtechnik stammende Theorem

von Harry Nyquist (Formel 2) besagt hierzu, dass die Anzahl der aufgezeich-

neten Werte innerhalb des Zeitintervalls bzw. Abtastfrequenz frecord mindestens

doppelt so groß sein muss, wie die maximale Änderungsfrequenz der physika-

lischen Größe fmax innerhalb des gleichen Intervalls [Wendemuth, 2005].

max2 ffrecord ∗≥

Formel 2: Nyquist-Theorem [Wendemuth, 2005]

Sind diese Voraussetzungen erfüllt, können mathematische Verfahren (z.B. Überwa-

chung der Streuung, Trendanalyse) oder einfache Grenzwertüberwachung auf die

überwachten Merkmale angewendet werden. Über- oder unterschreitet der Merk-

malswert eine der Toleranzgrenzen wird das dafür definierte Ereignis ausgelöst. Die

Eskalationsstufen können von Warnung über Alarm bis hin zum aktiven Eingriff in

den Prozess, z.B. Abschalten der Maschine, reichen [Quesenberry, 1997; Theden &

Colsman, 2005]. Mit sinnvollen Alarmgrenzen kann - entsprechende Werkzeuge und

Methoden zur Einflussnahme vorausgesetzt - unmittelbar und rechtzeitig Einfluss auf

ungünstige Veränderungen genommen werden.

Das Ziel der SPC ist es, den Prozess anhand statistischer Zielgrößen zu verbessern.

Dies geschieht durch Zentrierung des Prozesses und Reduzierung der Streuung

[Schloske, 2007] (siehe auch 3.2, S. 34). Zielgrößen zur Beschreibung der Qualitäts-

fähigkeit sind Fähigkeitsindizes, die die Streuung, Lage und Zeitstabilität der Merk-

male von Messmitteln, Maschinen und dem gesamten Prozess bemessen. Als stabil

bzw. beherrscht gilt ein Prozess, wenn dessen Streuung ausschließlich durch zufälli-

ge Einflüsse hervorgerufen wird und wenn Werkzeuge zur Beeinflussung der Lage,

Form und Streuung existieren [DIN 55319; DIN ISO 21747].

Nicht für alle Prozesse ist es sinnvoll und wirtschaftlich vertretbar, die hohen Anfor-

derungen an deren Fähigkeiten zu realisieren. Um auch diese Prozesse beurteilen

zu können, schlägt [DIN ISO 21747] neben dem Prozessfähigkeitsindex CP, der die

Qualitätsfähigkeit für beherrschte Prozesse beschreibt, den potenziellen Prozessleis-


47

tungsindex PP zur Beschreibung von Prozessen, denen ein Fähigkeitsnachweis fehlt,

vor [Spennhoff, 2006; Stark, 2007].

4.1.3. Diagnosekompetenz

Die Diagnosekompetenz ist die Fähigkeit des Instandhalters bzw. des Maschinenbe-

dieners, die Fehlerursache und die Situation unter Verwendung seiner kognitiven und

analytischen Begabung sowie unter Zuhilfenahme von eigenem oder fremdem Erfah-

rungswissen beurteilen und lokalisieren zu können. Sie unterstützt dabei, Schwach-

stellen frühzeitig und im Störungsfall die Ursachen schnell und zielsicher zu finden,

die MTTR, Stillstandszeiten und Störungsfolgekosten zu minimieren. Sie entscheidet maßgeblich über die Güte der Entscheidung, „…da gleiche Symptome verschiedene

Ursachen und gleiche Ursachen verschiedene Symptome haben können.“ [Sonntag

et al., 1997]

In der Phase der Störungsbehebung reduziert die Diagnosekompetenz erheblich die

Instandhaltungsdauer nach [DIN 40041], insbesondere während der Zustandserfas-

sung und der Fehlersuche (Abbildung 23).

Abbildung 23: Phasen einer Störungsbehebung modifiziert aus [Sonntag et al., 1997]

Die Diagnosekompetenz wächst mit den kognitiven Fähigkeiten, dem individuellen

Ausbildungsgrad und dem Erfahrungswissen. Grundvoraussetzung ist eine hochent-

wickelte Wahrnehmungs- und Entscheidungsfähigkeit [Konradt, 1992]. Mit steigender

Komplexität der Fertigungsanlage ist infolge der größeren Anzahl einzelner Elemente

und deren Verbindungen eine höhere Diagnosekompetenz zur Fehlerlokalisierung

notwendig, um Maßnahmen effizient und zielgerichtet durchzuführen. In

Abbildung 24 sind ein vollständiger Störungsbehebungsprozess und die infolge man-

gelnder Diagnosekompetenz möglichen Abweichungen dargestellt.


48

Abbildung 24: Störungsbehebung nach der U-Methode [Bubb, 1997]

Verschiedene Werkzeuge wie Fehlersuchbäume, wissensbasierte oder Expertensys-

teme steigern die Effizienz des Diagnosevorganges, fördern eine analytische Vorge-

hensweise und unterstützen Entscheidungen. In Tabelle 2 sind die Anforderungen an

die Diagnosekompetenz anhand der grundsätzlichen diagnostischen Vorgänge in

Abhängigkeit von der Komplexität des betrachteten Systems dargestellt.

Komplexität

Gering Mittel Hoch Transparenz Gut zugänglicher

Fehler Versteckter Fehler Zusätzlich kompli-

zierte Funktionsprü-fungen erforderlich

Informations-vielfalt

Einfaches Messge-rät erforderlich

Zusätzlich Pro-grammiergerät und Listings erforderlich

Zusätzlich kompli-zierte Messappara-turen erforderlich

Vernetztheit Eindeutige Symp-tomatik

Nicht eindeutige Symptomatik

Vollkommen unklare Symptomatik

Fach- und An-lagenwissen

Nur begrenzter Wis-sensausschnitt er-forderlich

Kenntnis komplizier-ter Zusammenhän-ge erforderlich

Zusätzlich besonde-res Spezialwissen erforderlich

Tabelle 2: Klassifikationsschema zur Ermittlung technischer Störungen anhand psycholo-gischer Komplexitätsmerkmale [Sonntag et al., 1997]


49

4.1.4. Predictive Condition Monitoring

Sollte es an der Betrachtungseinheit zu einer Störung kommen, liegt im Verlauf der

Störungsbehebung, also in der Reduzierung der Reparaturzeit MTTR, weiteres Po-

tenzial. Die Kenntnis des Fehlerbildes durch Zustandserfassung verkürzt dabei maß-

geblich den Aufwand zur Fehlersuche und unterstützt bei der Auswahl geeigneter

Maßnahmen [Müller & Leischnig, 2008c].

Damit der Zustand einer Betrachtungseinheit anhand repräsentativer Merkma-

le überwacht werden kann (Condition Monitoring), müssen diese Werte kontinuierlich

ermittelt werden (siehe auch 4.5.1, S. 77). Populäre Beispiele für Condition Monito-

ring sind die Wälzlagerüberwachung in Windkraftanlagen oder die Überwachung der

Eigenschaften von Hydrauliköl in mobilen Nutzfahrzeugen (siehe 1.2, S. 13).

Generell verfolgt die Zustandserfassung die Ziele, Fehler frühzeitig zu erkennen,

Folgeschäden zu vermeiden und Maßnahmen gezielt einzuleiten. Ist eine präzise

Vorhersage deutlich vor dem Eintritt der Störung möglich, entfallen ungeplante, stö-

rungsbedingte Stillstände vollständig. In diesem Fall kann die Instandsetzung der

Anlage geplant ausgeführt werden. Bezogen auf die Kostenentwicklung im Störungs-

fall ist ein Condition Monitoring System in mehrfacher Hinsicht wirksam. Die Effekte

der folgenden Punkte sind in Abbildung 25 auf S. 50 dargestellt:

1. Die Störung wird sofort nach ihrem Auftreten oder bereits davor erkannt. Kei-

ne Totzeiten durch indirekte Indikation z.B. Drift einzelner Prozessparameter.

Keine Qualitäts- und Leistungsverluste durch Betrieb auf Störung.

2. Aufwendungen zur Fehlersuche entfallen weitestgehend (Personal, zusätzli-

ches Equipment, zusätzlicher Stillstand).

3. Material- und Personaleinsatz sowie reparaturbedingter Stillstand können

reduziert werden, da die Fehlerursache bereits bekannt ist und die Störung

gezielt behoben werden kann.

4. Die Nachlaufkosten bzw. Wiederinbetriebnahmekosten verringern sich durch

kürzere Stillstandszeit.


50

Abbildung 25: Kostenentwicklung eines störungsbedingten Anlagenausfalls mit und ohne Zustandsüberwachung In Anlehnung an [Proksch, 2002; Adam, 1989; Lauenstein et al., 1993; DIN 40041]

Die vorstehend beschriebene Statistical Process Control (SPC) kann die Merkmals-

werte überwachen und Ereignisse bei Verletzung definierter Grenzen auslösen. Mit

geeigneten Prognosealgorithmen kann ein Über- oder Unterschreiten vorhergesagt

werden (Prädiktion = griech.; das Vorwissen, die Voraus-Kenntnis). Die Vorhersag-

barkeit eines Fehlers ist maßgeblich abhängig von seinen Eigenschaften (Tabelle 3,

S. 51). Störungen ohne Sprungverhalten lassen sich z.B. durch Trendanalysen be-

reits vor ihrem Auftreten erkennen. Komplexere Algorithmen erlauben – eine dafür

geeignete Datenbasis vorausgesetzt – auch eine Vorhersage von Sprungausfällen.


51

Merkmal Vorhersagbarkeit des Fehlers

gering groß Entdeckungswahr-scheinlichkeit

Je größer, desto besser vorhersagbar

spontan Drift Geschwindigkeit der Merkmalsänderung

Je langsamer, desto besser

selten häufig Auftretenswahrschein-lichkeit

Je häufiger, desto besser

gering groß Konsistenz

Je konsistenter, desto besser

inhärent extern Herkunft der Ursache

Bessere Vorhersagbarkeit von Fehlern mit inhärenter Ursache

Kurz lang Zeit zwischen Ursache und Wirkung

Je kürzer, desto besser

Anlaufperio-de

Abnutzungs-periode

Auftreten der Störung / Betriebsphase

Während der Arbeitsphase am Besten

Störungsausmaß und -folgen

kein direkter Einfluss auf die Vorhersagbarkeit

Tabelle 3: Vorhersagbarkeit von Fehlern in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften Piktogramm: y-Achse = Vorhersagbarkeit des Fehlers; x-Achse = Merkmalsausprä-gung [Müller & Leischnig, 2008b]

Die Zustandsüberwachung, ob vorausschauend oder nicht, verbessert in erster Linie

die Verfügbarkeit der überwachten Anlage aber auch die Leistungs- und Qualitätsra-

te. Tabelle 4 fasst Potenziale und Risiken des Condition Monitoring zusammen:

Potenziale Risiken Möglichkeit zur Schwachstellenanalyse durch breite und aktuelle Datenbasis

Unzureichende Analyse, das System erfüllt diese Aufgabe scheinbar

Erreichen umfassender Transparenz, zeit-nahe Bereitstellung von Informationen nach deren Entstehen

Schaffung vermeintlicher Transparenz durch Repräsentation vieler, jedoch nicht aller Informationen

Umfassende manuelle und automatische Nutzung der Datenbestände (Data Mining, Prognosen, Analyse)

Unzureichende Nutzung der aufge-zeichneten Daten (Datenfriedhöfe)

Tabelle 4: Potenziale und Risiken des prädiktiven Condition Monitorings [Schuh et al., 2007; Mattschas, 2006]


52

4.2. Methoden zur Beeinflussung menschlicher Zuverlässigkeit

Für die Gesamtzuverlässigkeit eines sozio-technischen Sys-

tems nimmt die menschliche Zuverlässigkeit eine bedeutende

Rolle ein. Menschliche Zuverlässigkeit wird wie folgt definiert: „Unter Zuverlässigkeit des Menschen im Arbeitssystem versteht

man seine Fähigkeit, eine derartige Qualifikation und derartige psychische und phy-

sische Leistungsvoraussetzungen in den Arbeitsprozeß einzubringen und wirksam

werden zu lassen, daß eine vorgegebene Aufgabenstellung unter spezifischen Be-

dingungen und für einen vorgegebenen Zeitraum unter Beachtung technischer, wirt-

schaftlicher, humanitärer und ökologischer Kriterien nur mit Fehlern im Rahmen ei-

nes Akzeptanzbereiches ausgeführt werden kann.“ [Freymadl, 1998]

Die in Abbildung 26 dargestellten Kategorien menschlichen Fehlverhaltens können

Zeitverlust, Qualitätsminderung, Verstöße gegen Sicherheitsbestimmungen, Beschä-

digungen oder Körperschäden zur Folge haben [Hacker, 1998].

Abbildung 26: Kategorien durch den Menschen verursachter Fehler [Pham et al., 2003]

Die Funktionen einer Maschine und die technischen Ursachen für Störungen wie

konstruktionsbedingte Schwachstellen sind in ihrer zeitlichen Folge und der Art und

Weise ihrer Entstehung gut zu determinieren. Folglich lässt sich die Verfügbarkeit

und Zuverlässigkeit des technischen Systems recht präzise berechnen. Die Ar-

beitsaufgabe des Menschen ist, im Gegensatz dazu, durch viele Freiheitsgrade im

Hinblick auf die Zuverlässigkeit oder Störungspotenziale nur schwer zu bewerten.

Um sie zu quantifizieren wurde eine Vielzahl von Methoden entwickelt, die entweder

auf Basis von Erfahrungswerten bzw. statistischen Größen oder analytisch-


53

modellbasiert über die einzelnen Teilschritte einer Arbeitsaufgabe die Wahrschein-

lichkeit einer Fehlhandlung ermitteln (siehe Tabelle 5). Genannt seien hier die Tech-

nique for Human Error Rate Prediction (THERP), die Pontecorvo-Methode und die

Task Analysis zur Ermittlung von Schätzwerten über die Zuverlässigkeit bei der

Durchführung von Aufgaben [Dhillon, 1988; Löwe et al., 2005; Zülch et al., 1998].

Beschreibung des Fehlers Fehlerrate pro 1 Million Operationen

Verfahrensfehler beim Lesen von Instruktionen 64500

Falsche Einstellung mechanischer Verbindungen 16700

Unkorrektes Löten von Verbindungsklemmen 6460

Unkorrektes Ablesen von Messgeräten 5000

Fehler beim Anziehen von Schraubenmuttern und Bolzen 4800

Unkorrektes Schließen von Ventilen 1800

Unangebrachtes Betätigen von Schaltern 1128

Fehler beim Anbringen von Schraubenmuttern und Bolzen 600

Tabelle 5: Fehlerquoten ausgewählter, durch den Menschen verrichteter Tätigkeiten in Auszügen übernommen aus [Dhillon, 1988]

Je umfassender das zu betrachtende System ist, desto größer wird dabei der Ein-

fluss der menschlichen Zuverlässigkeit und umso geringer wird die Vorhersagbarkeit

der Gesamtzuverlässigkeit. Gegenübergestellt seien die Betrachtung einer einzelnen

Maschine und die Betrachtung eines komplexen Fertigungssystems. Der Mensch ist

neben den technischen Verbindungen wie logistischen Subsystemen für Transport

oder Lagerung die maßgebliche Verbindung zwischen den einzelnen Maschinen und

Anlagen [Müller & Leischnig, 2008a].

Die menschliche Zuverlässigkeit wird in ihrer Konstanz maßgeblich durch das Maß

an Stress beeinflusst (Abbildung 27, S. 54). Die Aufgabe der Organisation ist es, die

Anzahl und die Intensität der auf den Einzelnen wirkenden (beruflichen) Stressoren

zu Gunsten der Effektivität optimal zu gestalten [Dhillon, 1988; Luczak et al., 1991].

Angestrebt wird dabei ein Zustand positiver Stimulation, bei dem ein ausgewogenes

Pensum erfüllt werden muss, so dass weder Langeweile oder Monotonie noch Über-

lastung auftreten. Dieser Zustand wird als Eustress bezeichnet. Das dafür notwendi-

ge Stressniveau ist stark abhängig von den individuellen Kompetenzen und der Leis-

tungsfähigkeit des Einzelnen. So kann beispielsweise mit der Formulierung der Ar-

beitsaufgabe für eine Person der Zustand des Eustress hergestellt sein, ein Anderer


54

mit der gleichen Aufgabe jedoch deutlich über- oder unterfordert sein. Die für das

Stressniveau relevanten Kompetenzen sind [Baaske & Rothe, 2004]:

• Problemlösen und Entscheidungsverhalten (Entschlossenheit, Logik)

• Emotionale Stabilität (Stressbewältigung, Stresstoleranz, Umgang mit belas-

tenden Situationen)

• Soziale Kompetenz (Kooperation, Kommunikation, Konfliktlösung)

• Wahrnehmungs- und Aufmerksamkeitsleistungen

• Abrufbereites Fachwissen und Können

• Simultankapazität (Bewältigung mehrerer paralleler Aufgaben).

Abbildung 27: Fehlerhäufigkeit und Effektivität in Abhängigkeit vom Stressniveau in Anlehnung an [Dhillon, 1988; Hacker, 1998]

Der Psychologe Maslow kategorisierte die menschlichen Bedürfnisse in die in

Abbildung 28 dargestellten Stufen. Der Mensch strebt, seiner Auffassung nach, die

Erfüllung der nächsten Bedürfnisstufe erst an, wenn die darunter liegenden weitest-

gehend befriedigt sind. Um minimale Zufriedenheit zu erlangen, müssen die Defizit-

bedürfnisse erfüllt sein. Die Wachstumsbedürfnisse können im Gegensatz zu den

Defizibedürfnissen grundsätzlich nicht befriedigt werden [Maslow, 2002].


55

Abbildung 28: Maslow´sche Bedürfnispyramide [Maslow, 2002]

In den Arbeitswissenschaften wurde dieses Modell mehrfach adaptiert und für den

Einsatz im beruflichen Kontext mit den dort vorhandenen Werkzeugen, Methoden

und Restriktionen in Einklang gebracht. So stellten beispielsweise Rohmert, Bach-

mann und Hacker eigene, auf diesem Modell aufbauende Zielsysteme auf. Diese

Zielsysteme sind unmittelbar miteinander vergleichbar. Alle setzen Ausführbarkeit

und Schädigungslosigkeit bzw. Beeinträchtigungsfreiheit voraus, um in den höchsten

Stufen die Persönlichkeit oder die individuellen Fähigkeiten zu steigern (vgl. [Hacker,

1998; Frieling & Sonntag, 1999]).

Bezeichnung Beschreibung

Zufr

ie-

denh

eit

Änd

e-ru

ngs-

will

e

Progressive Arbeitszufrie-denheit

Erwartungen an Arbeit, Bedingungen und Füh-rung erfüllt; kreativitätsförderlich; zukunftsgerich-tete und optimistische Grundhaltung

Ja Ja

Resignativ-stabilisierte Ar-beitszufrieden-heit

Allgemein zufrieden bei niedriger Erwartung; Ahnung "noch schlechterer" Bedingungen; keine aktive Beteiligung an oder Abwehr von Verände-rungsprozessen

Ja Nein

Konstruktive Arbeitsunzufrie-denheit

Unerfüllte, hohe Erwartungshaltung; aktive Betei-ligung an Veränderungsprozessen; hohe Motiva-tion

Nein Ja

Resignativ fixier-te Arbeitsun-zufriedenheit

Zurücknahme ursprünglich höherer Erwartungen; Wahrnehmung der Gegebenheiten als unverän-derlich bzw. Unwille zur Einflussnahme

Nein Nein

Tabelle 6: Stufen der Arbeitszufriedenheit und resultierender Änderungswille [Luczak et al., 1991]


56

Bezogen auf den Einfluss der menschlichen Zuverlässigkeit auf die Gesamtzuverläs-

sigkeit des Prozesses bedeutet eine Nicht-Erfüllung einer oder mehrerer Bedürfnisse

eine potenziell verminderte Arbeitszufriedenheit. Diese wirkt sich direkt auf die Moti-

vation und Leistung und schließlich auf die Zuverlässigkeit des Einzelnen aus, wie es

in vorstehender Tabelle 6 dargestellt ist.

Grundsätzlich kann die Verlässlichkeit von Mensch-Maschine-Systemen durch die

Gestaltung der Arbeitsaufgabe, Zuverlässigkeitsanalysen und gerichtetes Lernen

gesteigert werden [Baaske & Rothe, 2004]. Die nachstehende Auswahl von konkre-

ten, anthropozentrischen, zuverlässigkeitssteigernden Maßnahmen soll die Wirk-

samkeit dieser auf die Gesamt-Prozesszuverlässigkeit zeigen.

4.2.1. Partizipation

Den am Prozess beteiligten Personen muss in geeigneter Weise und angemesse-

nem Umfang Verantwortung für den Prozess als Ganzes übertragen werden. Es ist

nicht ausreichend, die Erfüllung mehr oder weniger determinierter Aufgaben zu er-

warten. Dem Maschinenbediener müssen beispielsweise mit der im TPM durch die

"Autonome Instandhaltung" erweiterte Aufgabenstellung auch eine (Teil-) Verantwor-

tung für die Maschine, an der er arbeitet, übertragen und entsprechende Befugnisse

eingeräumt werden [Maggard, 1995]. Die "Dezentrale Anlagen- und Prozessverant-

wortung" (DAPV) ist ein Organisationsansatz, der auf diese Anforderungen konkrete

Lösungen bietet [Westkämper & Sihn, 1999]. Am Beispiel einer Maschinenstörung

soll dies in Tabelle 7 aus zwei Sichten verdeutlicht werden:

Maschinenbediener Instandhalter

Mit Verantwortung für den Prozess

Störung gefährdet die Erfüllung eigener Ziele

Im Störungsfall Analyse der Ursachen, um diese künftig zu vermeiden

Ohne Verantwor-tung für den Pro-zess

Störung heißt zusätzliche Pau-senzeit; an nicht erfüllten Stückzahlzielen sind andere schuld

Im Störungsfall ausschließlich Instandsetzung

Tabelle 7: Gegenüberstellung der Prozessverantwortung von Instandhalter und Maschi-nenbediener

Die Beispiele zeigen, dass operativ kein Unterschied in der Behebung von Störungen

vorliegt. Langfristig wird - das Vorhandensein entsprechende Anreizsysteme voraus-

gesetzt - durch Übertragung von Verantwortung eine Motivation aufgebaut, Störun-


57

gen ursächlich zu beheben, Schwachstellen zu finden und korrektive Maßnahmen

einzuleiten. Die Zuverlässigkeit als ein Aspekt dieser exemplarischen Betrachtung

bliebe andernfalls bestenfalls konstant.

Ist die Arbeitsaufgabe eines Mitarbeiters derart formuliert, dass er Störungen an An-

lagen schnell und kostengünstig beheben soll, ist eine negative Entwicklung möglich.

In der Annahme, dass ein Mitarbeiter über längere Zeit Anlagen in seinem Zustän-

digkeitsbereich erfolgreich instand setzt, wird sein Ansehen infolge des "reichen Er-

fahrungsschatzes" oder der "professionellen Hilfe" wachsen. Die Aufgabe ist aller-

dings nur suboptimal gelöst. Zwar ist die Störung schnell behoben, das Störpotenzial

jedoch nicht verringert worden. Eine Überführung des durch die Instandsetzung er-

langten Wissens in eine Verbesserung ist nicht gelungen. Das Problem liegt also in

der Formulierung der Aufgabe und somit in der Verantwortung der Personalführung.

Das Unternehmen erwartet von dem Mitarbeiter eigentlich einen Beitrag zur Maxi-

mierung der Anlagenverfügbarkeit. Auf der einen Seite erreicht er durch schnelle

Störungsbehebung kurze Stillstandszeiten, auf der anderen Seite bleibt die MTBF

durch gleich bleibendes Störpotenzial gleich groß und somit weiteres Optimierungs-potenzial ungenutzt (vgl. [Ruthenberg et al., 1990; DIN 31051]).

Ebenso negativ wirkt es sich aus, wenn die Instandhaltung als Profitcenter geführt

wird. Gemessen würde in diesem Fall der Erfolg an den erwirtschafteten Einnahmen,

also an der Summe der entstandenen Aufwendungen für Instandhaltungsmaßnah-

men. Der eigentliche Erfolgsindikator, nämlich durch Verbesserung und Optimierung

langfristig die Intensität und Häufigkeit von Instandhaltungsmaßnahmen zu reduzie-

ren, bleibt dabei außer Acht. Auch, wenn damit der Anteil auf andere Kostenstellen

verrechenbarer Leistungen zu Personalkosten "schlechter" wird, hat ein Instandhal-

ter, dem es an Arbeit fehlt, einen positiven Einfluss auf das Betriebsergebnis.

Daraus folgt, dass sich die Maximierung der Prozesszuverlässigkeit in den Zielen

der Instandhaltung wiederfinden muss, wie in Hypothese 3 (Zieldefinition Instandhal-

tung – Zuverlässigkeitsmaximierung) gefordert. Der Instandhalter muss in geeigne-

tem Umfang an dessen Beitrag zur Zielerreichung und nicht an seinem Aufwand

dafür vergütet werden [Ruthenberg et al., 1990; Al-Rahdi, 2002; Proft et al., 1989].


58

4.2.2. Definition und Konstanz der Arbeitsaufgabe

Die Gestaltung der Rahmenbedingungen, in welchem der Einzelne die ihm übertra-

gene Arbeitsaufgabe verrichtet, bestimmt die Entfaltung seiner individuellen Leistung

und die Erfüllung der Maslow´schen Bedürfnisse (siehe auch 4.2, S. 52). Die Zielkri-

terien in diesem Kontext, maximale Qualität der Arbeitsleistung und hohe menschli-

che Zuverlässigkeit, sind direkte Ergebnisse der entsprechend gestalteten Rahmen-

bedingungen [Alberti, 1999].

Die Effekte durch organisatorische und strukturelle Gestaltung der Arbeitsaufgabe

auf die Leistungsfähigkeit von Mitarbeitern werden in der Arbeits- und Organisations-

psychologie umfangreich behandelt [Hacker, 1998]. Im Folgenden werden die von

Hackman und Oldham in ihrer vielfach angewendeten Job Diagnostic Survey (JDS)

aufgeführten Attribute einer Arbeitsaufgabe im Kontext der Prozesszuverlässigkeit

interpretiert, um ihren Einfluss darauf darzustellen (nach [Frieling & Sonntag, 1999]):

• Anforderungswechsel (skill variety): Ausgewogenes Verhältnis von Tätig-

keiten, die die Kompetenz des Ausführenden in verschiedener Intensität und

Breite fordern. Kann beeinflusst werden durch die folgenden Maßnahmen:

• Arbeitsplatzwechsel (job rotation): Der Mitarbeiter erhält Einblick in die Wir-

kung "seines" Arbeitsschrittes auf vorhergehende und nachfolgende Pro-

zesse. Die ihm gesetzten Zielvorgaben erschließen sich durch das bessere

Verständnis übergeordneter Ziele. Er kann Potenziale erkennen, besser

beurteilen und aktiv an der Bildung eines globalen Optimums mitwirken.

• Arbeitserweiterung (job enlargement): Der Mitarbeiter führt mehrere Tätig-

keiten auf gleicher Anforderungsstufe aus (horizontale Erweiterung). Durch

die Möglichkeit der Erholung und Beanspruchungswechsel verringert sich

die Gefahr des Monotonieerlebens. Die Leistungsfähigkeit bleibt erhalten.

Die Aufmerksamkeit bleibt auf hohem Niveau; Qualitätsverlusten wird vor-

gebeugt.

• Arbeitsbereicherung (job enrichment): Dem Mitarbeiter werden über seine

originäre Arbeitsaufgabe hinaus zusätzliche Aufgaben auf höherem Anfor-

derungsniveau übertragen (vertikale Erweiterung). Beispielsweise ließe

sich einem Maschinenbediener die Verantwortung für die Funktionsfähig-

keit "seiner" Anlage geben. Er hätte die Möglichkeit, selbstständig und un-

verzüglich sinnvolle und notwendige Maßnahmen einzuleiten.


59

• Identität der Aufgabe (task identity): Vollständige Bearbeitung einer Aufga-

be von Anfang bis zu einem sichtbaren (Zwischen-) Ergebnis.

• Wichtigkeit der Aufgabe (task significance): Leistungsbereitschaft und Mo-

tivation von Mitarbeitern ist abhängig davon, ob sie in ihrer Tätigkeit den Bei-

trag für übergeordnete Ziele erkennen [Alberti, 1999].

• Autonomie (autonomy): Möglichkeit zu selbstständigen Entscheidungen bei

der Verrichtung übertragener Aufgaben innerhalb relevanter Grenzen und

Standards (z.B. in Bezug auf Qualität).

• Rückmeldung durch die Arbeit (feedback from the job): Vergleich von Er-

gebnissen der eigenen Tätigkeit durch Kollegen oder Vorgesetzte, im Idealfall

jedoch direkt aus der Tätigkeit heraus, da hierbei Handlung und Handlungsziel

zusammenfallen.

Ob die Gestaltung der Arbeitsaufgabe in den vorstehend beschriebenen Dimensio-

nen gelungen ist, indiziert das Motivationspotenzial (MPS) anhand einer siebenstufi-

gen Bewertung jeder Dimension nach Formel 3:

gRückmeldunAutonomietWichtigkeigswechselAnforderunentitätAufgabenidMPS ∗∗++

=3

Formel 3: Motivationspotenzial einer Arbeitsaufgabe nach Hackman & Oldham in [Alberti, 1999]

4.2.3. Vertrauensbildende Maßnahmen

Um das langfristige Potenzial einer ganzheitlich optimierten Prozesszuverlässigkeit

festzustellen muss neben den kalkulatorischen Fakten das subjektive Empfinden der

Zuverlässigkeit berücksichtigt werden. Während eine rein objektive Einschätzung,

also eine wiederholbare Quantifizierung wie das Ermitteln einer Kennzahl das Ver-

trauen oder Misstrauen in den Prozess belegt und diktiert, steht das subjektive Emp-

finden im Einfluss vieler Parameter. Dieses entscheidet maßgeblich über den Ände-

rungswillen und ist eine Bedingung für die kontinuierliche Verbesserung [Müller &

Leischnig, 2008a; vgl. Hinrichs, 2006].

Eine hohe Fehlerrate (mindere Qualität) infolge instabiler Prozesse oder häufige

Störungen (geringere Auslastung, Produktionsmenge) wirkt sich demotivierend auf

die für diese Betrachtungseinheit zuständigen Personen aus. Ändert sich dieser Zu-

stand über einen längeren Zeitraum nicht, sind Resignation oder Toleranz des Man-

gels die Folge. Im Arbeitsablauf würde dies bedeuten, dass die Effizienz der Betrach-


60

tungseinheit dauerhaft suboptimal wäre durch geringe Produktionsmenge und Quali-

tätsverluste auf der einen Seite und andererseits höheren personellen und materiel-

len Aufwand für notwendige Instandsetzungsmaßnahmen.

Zwei grundsätzliche, psychologische Effekte erschweren die Bildung eines stabilen

Vertrauens in den Prozess (vgl. hierzu auch Tabelle 6 S. 55; [Freymadl, 1998; Hin-

richs, 2006]):

• Überbewertung von Fehlern im Sinne einer unbewussten oder bewussten

Falscheinschätzung oder Instrumentalisierung dieser zum eigenen Nutzen

• Wahrnehmungsunterdrückung und Akzeptanz von Fehlern

Wird ein Prozess zuverlässig, stabil und störungsunanfällig gestaltet, kann das Ver-

trauen in ihn gesteigert werden. Die für die Betrachtungseinheit zuständigen Perso-

nen können durch positive Ergebnisse nachhaltig motiviert werden. Zudem ließe sich

die Planbelegungszeit besser nutzen, die Gesamtanlageneffektivität kann erhöht

werden. Die mittelbar daraus erschließbaren Potenziale sind:

• Einhaltung von Produktionsplänen (weniger Sonderschichten)

• Höhere Maschinenauslastung

• Geringere Pufferbestände

• Senkung der Produktionskosten

Wird die Arbeitsaufgabe des Mitarbeiters in allen Dimensionen unter Berücksichti-

gung der grundsätzlichen Bedürfnisse gestaltet, so wird der Mitarbeiter durch die

somit intellektuell anspruchsvolle, in jedem Fall jedoch vollständige Aufgabe seine

Kompetenz und Kapazität intensiv einbringen und ausbauen. Die soziale Akzeptanz

der Betrachtungseinheit ist von Bedeutung für die zugunsten umfassender Optima

anzustrebende integrative Umsetzung von Maßnahmen (vgl. [Brinkmeier, 1998]).

4.2.4. Gruppengröße

In den 1980ern wurde verstärkt untersucht, ob anhand der Größe von Arbeitsgrup-

pen in arbeitsteiligen Prozessen Produktivitätseffekte zu erzielen sind. Neben den

sonstigen Ergebnissen soll in diesem Kontext die Abhängigkeit der Prozessverluste

von der Gruppengröße hervorgehoben werden. Bezogen auf die OEE sind die in

Abbildung 29 dargestellten Prozessverluste wirksam auf die Qualität wie auch den

Leistungsgrad der Betrachtungseinheit (z.B. Fertigungsanlage, Werkstatt).


61

Abbildung 29: Produktivität (y-Achse) in Abhängigkeit von Gruppengröße (x-Achse) [Hacker, 1998]

Ungeachtet der möglichen Probleme bei der Implementierung der Gruppenarbeit

(Akzeptanz, ungenügende Gestaltung der Leistungsanreize, fehlende Unterstützung,

soziale Spannungen) konnten die Vorteile der Gruppenarbeit gegenüber konventio-

neller Arbeitsorganisation in den folgenden Dimensionen empirisch nachgewiesen

werden [Alberti, 1999]:

• Höhere Produktivität, Wertschöpfung / Zeiteinheit (siehe Abbildung 29)

• Weniger interne Qualitätsfehler

• Weniger Fehlzeiten (Absentismus)

4.2.5. Wissensmanagement

Die Aufgabe des Wissensmanagements ist es, Wissen zu organisieren, zu pflegen

und zu verteilen mit dem Ziel, einen Bedarf an Wissen mit bereits akquiriertem und

aufbereitetem Wissen zu stillen, um Mehrfachaufwendungen zu vermeiden [Kuhn &

Schnell, 2001]. Eine allzu rigorose Geheimhaltungstaktik bis hin zum grundsätzlichen

Misstrauen in die Verschwiegenheit der Mitarbeiter im Sinne der Bewahrung immate-

rieller betrieblicher Werte verhindert Synergieeffekte geteilten Wissens. Selbstver-

ständlich ist hingegen die Notwendigkeit der Geheimhaltung von Wissen mit strategi-

scher Bedeutung, welches, einmal in den falschen Händen, Wettbewerber übervor-

teilen würde. Nicht sinnvoll ist die Zurückhaltung von Wissen, welches hinreichend

durch Patente oder ähnliches geschützt ist oder im weitesten Sinne als Stand der

Technik gelten kann [Henning et al., 2007].

Wie in 4.1.3 und 4.2.3 bereits angesprochen, ist Erfahrungswissen zur Störungsbe-

hebung und Harmonisierung von Produktionsprozessen und nachhaltigen Optimie-

rung notwendig. Das Wissen des einzelnen Mitarbeiters vermehrt sich mit der Anzahl


62

von Situationen, an denen er aktiv oder passiv beteiligt war. Das Wissen der gesam-

ten Organisation sollte im Idealfall für jeden im Bedarfsmoment zur Verfügung ste-

hen. Wissensmanagementsysteme, Sammlungen von best-practices, Überführung

erfolgreicher Maßnahmen in Standardabläufe und konsequente Dokumentation von

Situationen, ergriffene Maßnahmen und deren Erfolg stellen eine kollektiv nutzbare

Basis des erworbenen Wissens dar.

Grundsätzlich ergibt sich aus dem Bestreben, Mitarbeiter zur Publikation ihres Wis-

sens zu motivieren, ein Dilemma. Der Mitarbeiter ist einerseits mehr oder weniger

angewiesen auf das Wissen Anderer, sieht aber andererseits in der Preisgabe seines

eigenen Wissens die Gefahr, sich abkömmlich zu machen [Oldigs-Kerber, 2007],

zumal er durch Dokumentation seines Wissens keinen unmittelbaren Nutzen erzielt.

Der globale Nutzen und die Notwendigkeit sind derweil selbstverständlich. Die Sen-

sibilisierung und die Motivation zum Teilen erworbenen Wissens kann durch entspre-

chende Schulungen erreicht werden.

4.3. Eingriffspunkte der Organisation zur Verbesserung der Pro-zesszuverlässigkeit

Zur nachhaltigen Optimierung der Prozesszuverlässigkeit muss

ein innovationsfreundliches Klima geschaffen, gefördert und

erhalten werden. Während traditionelle Denkmuster die vorran-

gige Aufgabe des Managements darin sehen, ein "stabiles

Gleichgewicht" durch langfristige Pläne und Visionen zu entwickeln, ist Motivation

und Förderung der Flexibilität, Dynamik, Spontaneität und Reaktionsfähigkeit opera-

tiv von größerer Bedeutung [Stacey, 1995; Mörstedt, 2002]. Dies ist im Wesentlichen

eine der Voraussetzungen für die in diesem Kapitel erläuterten Konzepte des TPM

und TQM. Exemplarisch seien die erweiterte Verantwortung des Mitarbeiters durch

die autonome Instandhaltung in TPM und der kontinuierliche Verbesserungsprozess

im TQM genannt, welche ohne die Möglichkeit zur eigenverantwortlichen Entschei-

dung nicht funktionieren würden. In den folgenden Kapiteln wird anhand bekannter

Werkzeuge, Methoden und Philosophien gezeigt, auf welche Weise die Organisation

die Prozesszuverlässigkeit mittelbar und unmittelbar beeinflussen kann. Die zentrale

Frage dabei ist, wie zuverlässigkeitssteigernde Maßnahmen und Prozesse in beste-

henden Fertigungssystemen gerichtet und gefördert werden können.


63

4.3.1. TPM - Total Productive Maintenance

"TPM ist ein Konzept, welches Ihnen hilft, die Produktionsanlagen sehr effek-tiv zu nutzen. Effektiv nutzen heißt dabei, dass die Produktionsanlagen stö-rungslos laufen und fehlerfreie Produkte produziert werden können, ohne dass es zu ungeplanten Stillständen kommt." [Al-Rahdi, 2002]

Damit ist, kurz gesagt, die Maximierung der OEE in ihren Dimensionen Verfügbar-

keit, Leistungs- und Qualitätsgrad gemeint (siehe 2.5.2, S. 27). Maßgeblich gestützt

wird dies durch aktive Einbeziehung der Mitarbeiter und Optimierung der Arbeitsab-

läufe im Sinne eines ständigen Verbesserungsprozesses [Bosch, 2005]. Total Pro-

ductive Maintenance wird als spezielle Anwendung des unter dem gleichen Akronym

geführten Total Productive Management betrachtet [Maggard, 1995].

1971 stellte das Japan Institute of Plant Engineers (JIPE; jetzt: JIPM – Japan Institu-

te of Plant Maintenance) TPM (Total Productive Maintenance) mit seinen in

Abbildung 30 dargestellten fünf Säulen vor [Jöbstl, 2004]. Jede der Säulen stellt ein

Teilziel von TPM dar. Zur Erreichung der Teilziele besteht jede Säule aus 7 Teil-

schritten. Die Anzahl der Säulen variiert in der Fachliteratur mitunter von vier bis

acht. Häufig werden dabei Querschnittsaufgaben wie „Schulung und Training“ als

Säule gesehen oder umgekehrt [Bosch, 2005].

Abbildung 30: 5 Säulen des TPM [Al-Rahdi, 2002]


64

Die Voraussetzung für funktionierende TPM ist die Orientierung an 5S. 5S ist ein

Programm, dessen Inhalt sich aus den fünf japanischen Begriffen Seiri (Ordnung

schaffen), Seiton (Ordnungsliebe), Seiso (Sauberkeit), Seikutse (Persönlicher Ord-

nungssinn) und Shitsuke (Disziplin) ergibt. Weiterhin werden Teamarbeit und ein

etablierter, kontinuierlicher Verbesserungsprozess als Voraussetzung genannt. Be-

deutung wird überdies einem funktionierenden Zielvereinbarungs- und Zielverfol-

gungssystem beigemessen [Al-Rahdi, 2002].

Die Beseitigung von Schwerpunktproblemen im TPM bedeutet die Förderung der

systematischen Analyse der Verlustquellen, die Ableitung geeigneter Maßnahmen

und konsequentes Erfolgscontrolling. Dies entspricht der Schwachstellenbeseitigung

nach [DIN 31051; VDI 2888]. Mit der autonomen Instandhaltung wird dem Maschi-

nenbediener die operative Verantwortung für den Fertigungsprozess übertragen. Das

verfolgte Ziel, die Anlagen- und Prozessqualität kontinuierlich zu steigern, wird da-

durch erreicht, dass der Bediener als permanenter Teil des Prozesses eigenverant-

wortlich Inspektions-, Wartungs- und Instandsetzungsaufgaben planen und durchfüh-

ren muss ([Bosch, 2005], siehe auch 2.4, S. 24).

Geplante Instandhaltung heißt im TPM die unbedingte Vermeidung von ungeplanten

Stillständen, Leistungs- oder Qualitätsabweichungen. Dies kann sowohl durch ge-

plante als auch zustandsorientierte Instandhaltungsstrategien erfüllt werden, siehe

4.1.1 und 4.1.4. Instandhaltungsprävention hat darüber hinaus zum Inhalt, die In-

standhaltungsintensität langfristig durch prozedurale und konstruktive Verbesserun-

gen zu reduzieren [Al-Rahdi, 2002].

Durch Schulung und Training werden langfristig die Akzeptanz, Motivation und das

Verständnis zur erfolgreichen Umsetzung der anderen Säulen geschaffen.

TPM ist ein organisatorisches Konzept. Die praktische, individuelle Umsetzung ist

abhängig vom jeweiligen Umfeld. TPM bewirkt eine verbesserte Prozesszuverlässig-

keit durch die Reduktion der Verlustquellen. Die einzelnen Säulen müssen dabei

simultan und gleichrangig implementiert werden.


65

Der grundsätzliche Ansatz von TPM ist die Reduktion der sechs Verlustquellen ("The

BIG-6 Losses") der Produktivität [Matauschek & Peßl, 2006; Al-Rahdi, 2002; Bieder-

mann et al., 1991]:

Verfügbarkeitsverluste:

1. Verluste durch ungeplante Anlagenausfälle und Störungen. Dabei ist es gleich,

ob der Stillstand anlagenbedingt durch Schaden an der Maschine oder extern

durch z.B. fehlendes Material verursacht wird.

2. Verluste der Maschinenlaufzeit, Qualitätsverluste und verminderte Leistung

während Rüst- und Einrichtvorgängen

Leistungsverluste:

3. Leerlauf, Nebenausfälle und Kurzstillstände, z.B. blockierende Teile-Zuführung

4. Verringerte (Takt-)Geschwindigkeit

Qualitätsverluste:

5. Qualitäts- und Leistungsverluste durch Anlaufschwierigkeiten nach Stillstand,

z.B. betriebstemperaturbedingt

6. Qualitätsverluste durch Produktionsfehler (Ausschuss und Nacharbeit)

Diese Verluste wirken negativ jeweils auf eine oder mehrere Dimensionen der OEE –

Verfügbarkeit, Leistungs- und Qualitätsgrad. Die Berechnung der OEE unter Berück-

sichtigung aller Verluste ist in Abbildung 31 dargestellt.

Abbildung 31: Kalkulation und Verluste der OEE [Bosch, 2005]


66

4.3.2. TQM - Total Quality Management

Das in den 1980ern in der US-amerikanischen Automobilindustrie etablierte TQM

unterscheidet sich von seinem japanischen Vorbild TQC (Total Quality Control) ledig-

lich durch den Schwerpunkt der eingesetzten Werkzeuge. In TQC wird vorrangig

dem Einsatz statistischer Methoden Bedeutung beigemessen; TQM gesteht dem

Einsatz der Managementpraktiken größere Bedeutung zu [Quesenberry, 1997].

Die Qualität wird im TQM kontinuierlich optimiert. Dies geschieht durch die Durchfüh-

rung der Schritte des Demingkreises bzw. PDCA (Plan-Do-Check-Act). Die breite

Nutzung erlangten Wissens ist ein Erfolgsfaktor, eine Standardisierung der gewon-

nenen Erkenntnisse und daraus abgeleiteten Maßnahmen also erforderlich. Der

SDCA-Zyklus (Standardize-Do-Check-Adjust / Act) erweitert den PDCA-Zyklus um

die Standardisierung (Abbildung 32). Sowohl das Erfolgscontrolling ergriffener Maß-

nahmen als auch die Isolierung neuer Optimierungspotenziale müssen reproduzier-

bar und ohne zusätzlichen Aufwand realisiert werden können [IT&P, 2006-II].

Abbildung 32: Demingkreis / PDCA-Zyklus zur kontinuierlichen Verbesserung [Matyas, 1999; Bosch, 2005]

In Verbindung mit dem Begriff der kontinuierlichen Verbesserung muss Kaizen er-

wähnt werden. Die ebenfalls in Japan manifestierte Philosophie des Erhaltens und

der Verbesserung in kleinen Schritten strebt mit ähnlichen Methoden wie TPM abso-

lute Qualität in Form der 0-Fehler-Produktion an [Biedermann et al., 1991].

TQM ist mit seiner Zielsetzung – langfristige Kundenzufriedenheit durch Optimierung

der Produktqualität unter Einbezug aller Mitarbeiter – nicht unmittelbar als Werkzeug

zur Optimierung der Prozesszuverlässigkeit anzusehen, wohl aber die darin verwen-

deten Elemente. In TQM werden die gleichen Qualitätstechniken benutzt, welche in


67

dieser Arbeit separat als Methoden zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit

aufgeführt sind, z.B. FMEA oder SPC. Der ganzheitliche Ansatz und das Bestreben

nach kontinuierlicher Verbesserung bestätigen zudem die Notwendigkeit der in

Hypothese 1 (Fokus Technik vs. System, S. 17) aufgestellten Forderung nach aktiver

Einbeziehung der Mitarbeiter in den Optimierungsprozess. Eine verbesserte Pro-

duktqualität bedeutet für die Fertigungsanlage einen geringeren Nacharbeitsaufwand

und Ausschussanteil, einen höheren Qualitätsgrad und dadurch eine verbesserte

OEE. [Hummel & Malorny, 2005; DIN EN ISO 9000; VDI/DGQ 5506]

4.3.3. Six Sigma

Six Sigma ist eher Philosophie als Methode. Six Sigma vereint als formalisiertes Ma-

nagementkonzept erprobte Methoden aus dem Qualitäts- und Projektmanagement

[Bamberg et al., 2007]. Wird dieses Managementkonzept angewendet, kommen nicht

zwingend neue Praktiken zum Einsatz. Vielmehr wird dadurch die Zielsetzung der

Aktivitäten geschärft und das Vorgehen gelenkt um die Qualitätsvorgabe durch Op-

timierung von Prozessen im gesamten Unternehmen zu erfüllen. Six Sigma steht

damit für das "absolute Wollen einer Organisation, fehlerfrei und effektiv zu arbeiten"

und ist ausdrücklich auch auf Geschäftsprozesse anwendbar [Kuhn, 2007].

Zielgröße von Six Sigma ist der Anteil von Fehlern auf eine Million Fehlermöglichkei-

ten, ppm (parts per million; vgl. 3.2, S. 34). Erreicht werden soll die 0-Fehler-

Produktion über strukturierte, punktuelle Verbesserungsprojekte und der konsequen-

ten Verfolgung des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (Kaizen, auch TQM;

Abbildung 33). Der methodische Schwerpunkt von Six Sigma liegt auf der Untersu-

chung kausaler Zusammenhänge und der Nutzung statistischer Werkzeuge [Theden

& Colsman, 2005].

Abbildung 33: Nutzen aus Kombination von kontinuierlicher Verbesserung und Verbesse-rungsprojekten [Bamberg et al., 2007]


68

4.3.4. Prävention in Planungsphasen von Fertigungsanlagen

Den größten Einfluss auf die Betriebskosten hat im Lebenszyklus eines Produktions-

systems die Phase der Entwicklung (Zehnerregel; Abbildung 36, S. 73). In der Ent-

wurfsphase wird konstruktiv über die Fehleranfälligkeit und das Schadensausmaß

einer Störung entschieden. Die Lebenszykluskosten des Systems werden in dieser

Phase bis zu 85% festgelegt [VDI 2884; Steinborn, 2005].

In Abbildung 34 sind die Planungsphasen von Fertigungsanlagen dargestellt. Insbe-

sondere die während der Grobplanung durchgeführten Schritte der Funktionsbe-

stimmung und der Dimensionierung bergen das Potenzial, die Prozesszuverlässig-

keit des zu realisierenden Systems weitreichend zu optimieren und kostenintensive,

korrigierende Maßnahmen in den späteren Phasen des Lebenszyklus zu vermeiden

[Grundig, 2000].

Abbildung 34: Planungsphasen von Fertigungssystemen [Grundig, 2000]

Bei der Auswahl und Auslegung von Komponenten bzw. Ressourcen müssen Aspek-

te der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Instandhaltbarkeit berücksichtigt werden.

Diese ergänzten Anforderungen an technische Systeme sind im RAMS-Prozess (Re-

liability, Availability, Maintainability, Safety) zusammengefasst. Mit RAMS werden die

genannten Kriterien in der Planung von Fabriksystemen einbezogen [Schnieder,

2005; Meyna & Pauli, 2003]. Dabei werden neben der Zugänglichkeit von Wartungs-

punkten wie Schmierstellen und einfache Wechselmöglichkeit von Komponenten

beispielsweise auch die Überwachungsfähigkeit und Diagnostizierbarkeit des Sys-

tems als Zielkriterium berücksichtigt [Fleischer et al., 2006]. Während der Strukturie-

rung und Gestaltung muss auf Effekte der statischen und dynamischen Verkettung

von Komponenten geachtet werden [Schenk & Wirth, 2004].


69

Verschiedene CAx-Methoden (Computer Aided …) und Simulationsverfahren erlau-

ben es, das Verhalten von Fertigungsanlagen und Prozessen weitestgehend vorher-

zusagen. Die Resultate lassen die Festlegung geeigneter Strategien oder aber früh-

zeitige Korrekturen und Verbesserungen des geplanten Produktionssystems zu. In

der Entwicklungsphase einer Fertigungsanlage sind sowohl quantitative wie auch qualitative Analysen der Zuverlässigkeit möglich. Methoden der Ausfallratenbestim-

mung sind die Fehlerbaumanalyse oder Prognosen auf Basis von Vergleichsstudien.

Wichtige Methoden der Ausfallartenbestimmung sind die FMEA, Ereignisablaufana-

lysen und wiederum die Fehlerbaumanalyse [Bertsche & Lechner, 1990].

Grundsatzentscheidung in Bezug auf MTO

In der Anfangsphase der zunehmenden, industriellen Automatisierung (1960) wurde

der menschliche Bediener als das schwächste Glied im Fertigungssystem angese-

hen. Der angestrebte Automatisierungsgrad entsprach einer Entmündigung des Be-

dieners. Den enormen Modellierungsaufwand komplexer Produktionsprozesse mit

dem Ziel der Automatisierung, hoffte man, durch qualitativ hochwertige, leistungsfä-

hige Prozesse zu kompensieren [Pretlove & Skourup, 2007]. Langfristig zeigten sich

nachteilige Effekte wie Inflexibilität, kaum beherrschbare Komplexität oder fehlende

Möglichkeiten der Einflussnahme. Diese werden, einhergehend mit gedämpften Er-

wartungen, durch bewusst anthropozentrische Anlagentopologien, aktive Beteiligung

des Bedieners am Prozess oder mit einem auf das notwendige Maß reduziertem

Automatisierungsgrad korrigiert.

Grundsätzlich muss auf der Basis der Funktionsanalyse entschieden werden, welche

Teilfunktionen automatisiert, also von der Maschine selbst erfüllt werden müssen.

Dies geschieht in Abhängigkeit vom Anforderungsprofil an Leistung, Qualität oder

eben der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Abbildung 35 zeigt die grundsätzli-

chen Möglichkeiten der Arbeitsteilung von Mensch und Maschine.


70

a. Weder Maschine noch Mensch können Auf-gabe zuverlässig erfüllen.

b. Nur Mensch kann Aufgabe erfüllen. c. Nur Maschine kann Aufgabe erfüllen. d. Vom Menschen wird eine bessere Erfüllung

als durch die Maschine erwartet. e. Von der Maschine wird eine bessere Erfül-

lung als durch den Menschen erwartet. f. Sowohl Mensch als auch Maschine können

Aufgabe zuverlässig erfüllen; andere Krite-rien bestimmen die Entscheidung.

Abbildung 35: Arbeitsteilung Mensch-Maschine [Luczak et al., 1991]

Automatisierung entbindet den Bediener von vielen, wesentlichen Steuerungsaufga-

ben. Die Tätigkeit wird auf die Überwachung der automatischen Prozesse reduziert.

Im Folgenden sind die "Ironien der Automatisierung" aufgeführt [Hacker, 1998; Sonn-

tag et al., 1997]:

1. Menschen werden aus technologischen Prozessen ausgegliedert, weil sie

unzuverlässig seien. Aber gerade in unvorhergesehenen und heiklen Situatio-

nen sollen die unzuverlässigen Menschen die Führung des angeblich zuver-

lässigen Systems übernehmen. Zu dieser Ironie kommt hinzu, dass durch die

Automatisierung des Normalablaufs die Menschen keine Kenntnis von der

Entstehungsgeschichte eines Störzustands sammeln können und hinsichtlich

fehlender Vorkenntnisse und ungenügender Aktiviertheit gerade auf plötzlich

entstehende schwierige Ausnahmesituationen unvorbereitet sind.

2. Der unzuverlässige Mensch, der aus dem System möglichst fernzuhalten sei,

ist der Bediener, nicht etwa auch der Konstrukteur oder der Programmierer, in

deren Arbeit häufig die Ursachen dafür erst erzeugt wurden, dass Bediener

überhaupt fehlerhaft handeln können.

3. Ein hochmotiviertes Überwachen der kostspieligen automatisierten Systeme

wird gerade bei Anlagen erwartet, in denen die tätigkeitsinternen (intrinsi-

schen) Motivierungsangebote für ein konzentriertes intensives Arbeiten weg-

automatisiert worden sind.


71

Folgerichtig müssen im Entwurf von Fertigungsanlagen für die Mensch-Maschine-

Interaktion folgende Fälle berücksichtigt werden (gekürzt aus [Freymadl, 1998]):

• Fehlverhalten durch Unachtsamkeit (ohne mutwilligen Missbrauch)

• Reflexverhalten im Falle plötzlicher und unerwarteter Anlagenzustände

• Die Neigung zum Weg des "geringsten Widerstandes" bei der Ausführung von

Aufgaben, Bequemlichkeit

• Die Gefahr, dem Bediener zuwenig Interpretationsfreiraum einzuräumen (Ge-

fühl der Ohnmacht, Bevormundung durch Algorithmen)

Folglich kann nicht nur die technische, sondern auch die menschliche Zuverlässigkeit

bereits in der Planungs- und Konstruktionsphase einer Anlage erhöht werden. Auf

Basis einer detaillierten Analyse, welche Funktionen an der zu planenden Anlage

durch Menschen erfüllt werden, lassen sich die Mensch-Maschine-Schnittstellen

dahingehend optimieren, die oben genannten Fehlhandlungen vorzubeugen [Dhillon,

1988; Warnecke et al., 1995]. Die Schnittstellen wie Anzeigen, Kontrollinstrumente

oder Bedienelemente sind unter ergonomischen Gesichtspunkten so zu gestalten,

dass Informationen effektiv übertragen und korrekt interpretiert werden können sowie

alle Möglichkeiten des menschlichen Eingriffs die erwartete Reaktion zeigen.

Die Planungsphasen eines Fertigungssystems entscheiden nachhaltig über die Zu-

verlässigkeit während der Betriebsphase. Letztlich sind Verfehlungen während der

Planung und Entwicklung eine Variante der menschlichen Unzuverlässigkeit.

4.3.5. Servicestruktur

Der Service beeinflusst die Prozesszuverlässigkeit primär über die konventionelle

Zielstellung, die Verfügbarkeit einer Ressource sicherzustellen. Service kann dabei

sowohl durch eigenes Instandhaltungspersonal, vom Maschinenlieferanten als auch

von Dritten geleistet werden. Die „Buy-or-make“-Entscheidung von Instandhaltungs-

aufgaben bestimmt, welchen Anteil an geplanten und regelmäßigen Aktivitäten inter-

ne Instandhaltungsstrukturen oder externe Dienstleister durchführen. Gerade bei

Routineaufgaben wie Wartung entfällt ein, wenn auch geringer, zeitlicher Anteil auf

Inspektion. Bei regelmäßiger Durchführung entsteht ein zeitlich vollständiges Abbild

des Anlagenzustandes welches dazu genutzt werden kann, den Prozess und etwai-

ge Potenziale der Maschine zu verbessern. Bei der „Buy-or-make“-Entscheidung

muss deshalb berücksichtigt werden, dass bei Vergabe von Routineaufgaben an


72

betriebsfremde Dienstleister zur Verbesserung notwendiges Wissen abgegeben wird

bzw. nicht mehr ohne weiteres erschlossen werden kann [Kuhn & Schnell, 2001].

Dieses Wissen stünde im Havariefall nicht unmittelbar, innerbetrieblich zur Verfü-

gung. Andererseits kann die Vergabe an einen Externen auch einen Zugewinn an

Wissen bedeuten [Matyas, 1999].

Die Instandhaltung bestimmt maßgeblich die MTBF und die MTTR. Beide können

durch die Steuerung der administrativen und logistischen Aspekte optimiert werden

und die Verfügbarkeit nachhaltig erhöht werden. Die Reduzierung der störungsbe-

dingten Stillstandszeiten wird durch schnellen und kompetenten Service (inner- und außerbetrieblich) gestützt [Fleischer et al., 2006]. Dies spricht für die in Kapitel 4.2.1

auf S. 56 erwähnte Partizipation des Instandhaltungspersonals sowohl an Verantwor-

tung als auch an Vergütung bei Zielerreichung.

Langfristig ist das Wissen des Instandhaltungspersonals für die Beschaffung von

neuen Anlagen von Bedeutung, da Aspekte der Instandhaltbarkeit, welche wiederum

die MTTR und ferner die Wiederinbetriebnahmezeit verringern, in die Spezifikation

eingebracht werden können.

4.3.6. Fehler- und Gefährdungsanalyse

Eine Bedingung für kontinuierliche Verbesserung ist das Erkennen von Schwachstel-

len. Damit diese nicht nur symptomatisch, sondern ursächlich behoben werden kön-

nen, ist eine systematische Fehlersuche notwendig. Die folgenden Methoden sind

geeignet, ein System MTO-orientiert und ganzheitlich zu bewerten.

FMEA

Die FMEA (Failure Mode Effect Analysis; Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse)

lässt sich mit den folgenden Perspektiven anwenden: System-, Prozess- und Kon-

struktions-FMEA. Das Ergebnis ist eine Liste mit allen festgestellten, möglichen Feh-

lerursachen und einer entsprechenden Wertung, der Risikoprioritätszahl (RPZ). Die

RPZ besteht aus den Dimensionen Bedeutung des Fehlers, Auftretenswahrschein-

lichkeit und Entdeckungswahrscheinlichkeit bzw. Detektierbarkeit [DIN IEC 60812;

DGQ 13-11, 2004; Al-Rahdi, 2002]:

nlichkeitswahrscheiEntdeckunglichkeitwahrscheinAuftretensBedeutungRPZ ∗∗=

Formel 4: Risikoprioritätszahl (RPZ) der FMEA


73

Die FMEA ist eine branchenunabhängige Methode zur systematischen Untersuchung

möglicher Fehlerfälle, deren Ursachen und Auswirkungen. Ihren Ursprung hat die

FMEA in den 1960ern in der Raumfahrtindustrie. Später wurde sie von der Automo-

bilindustrie in bestehende Qualitätssicherungssysteme aufgenommen, wo sie als

Methode des präventiven Qualitätsmanagements in den Regelwerken VDA 6.1 und

[ISO/TS 16949] etabliert wurde. Eine FMEA kann sowohl präventiv in der Konstrukti-

ons- oder Planungsphase einer Anlage (Abbildung 36) als auch korrektiv zur Fest-

stellung von Verbesserungspotenzial in bereits bestehenden Prozessen angewendet

werden.

Abbildung 36: Zehner-Regel; Kosten der Fehlerkorrektur in den Produktlebensphasen [DGQ 13-11, 2004]

Entgegen der Schadensanalyse, bei der der Schaden bereits eingetreten ist, ist die

FMEA ein Werkzeug zur vorbeugenden Ermittlung von Schwachstellen und deren

Schadenspotenzial. Die Ergebnisse der FMEA dienen als gewichtete, präventive

Maßnahmen entweder zur Beseitigung oder Milderung potenzieller Auswirkungen

oder zur Verkleinerung der Auftretenswahrscheinlichkeit des Fehlers [DGQ 13-11,

2004; Birolini, 1997]. Eine besondere Schwierigkeit liegt darin, die zur Errechnung

der RPZ notwendigen Faktoren zu ermitteln. Sie werden letztlich subjektiv ermittelt

und können das Ergebnis nachhaltig verfälschen. Die FMEA ist somit eher als Brei-

ten- denn als Tiefenanalyse geeignet und muss regelmäßig aktualisiert werden.


74

Fehlerbaumanalyse

Im Gegensatz zum Bottom-Up-Ansatz der FMEA lassen sich mit Hilfe des Top-

Down-Ansatzes der Fehlerbaumanalyse FTA (Fault Tree Analysis) nach [DIN EN

61025] komplexe Systeme im Hinblick auf mögliche Störungsursachen hin untersu-

chen. Der entscheidende Vorteil der FTA ist, dass mehrere Fehlerursachen ausge-

hend von einem angenommenen Ereignis kombiniert werden können.

4-M / PM-Analyse

Die 4-M-Methode untersucht ähnlich wie die FTA ausgehend von einem tatsächli-

chen oder angenommenen Fehler den Einfluss der Elemente Mensch, Maschine,

Methode und Material. Aufgetragen werden qualitativ alle Einflüsse, die diesen

4 Elementen zuzuordnen sind in einem Ursache-Wirkungs-Diagramm [Theden &

Colsman, 2005]. Erweitert wurde diese Methode in der PM-Analyse um zwei „P“, die

Physik und das Phänomen, um die Randbedingungen des zu untersuchenden Feh-

lers zu berücksichtigen [Al-Rahdi, 2002]. Die 4-M- bzw. PM-Methode unterstützt Kre-

ativitätstechniken wie Brainstorming und ist insbesondere dazu geeignet mögliche

Einflüsse schnell und vollständig zu erfassen. Sie sind Werkzeuge für die Schwach-

stellenanalyse nach [DIN 31051; VDI 2888]. Die Ergebnisse werden im Nachhinein,

z.B. im Rahmen einer FMEA, quantifiziert und bewertet.

HAZOP / PAAG

Zwei weitere, vorrangig für sicherheitstechnische Untersuchungen verwendete Ver-

fahren sind die Hazard and Operability Study (HAZOP) und PAAG (Prognose, Auf-

finden der Ursachen, Abschätzen der Auswirkungen, Gegenmaßnahmen) [Leithner &

Harnisch, 2001]. Beide sind praktisch identisch und entsprechen in der Durchführung

trotz der konkreten Zielstellung der FMEA.

THERP, Pontecorvo, Task Analysis

Die unter 4.2, S. 52, bereits genannten Verfahren THERP (Technique for Human

Error Rate Prediction), die Pontecorvo-Methode und die Task Analysis dienen kon-

kret der Zuverlässigkeitsbewertung menschlicher Handlungen im Arbeitssystem. Sie

können bei der Durchführung einer FMEA oder FTA objektive Werte für die Einflüsse

des Menschen liefern.


75

4.4. Optimierung der Ein- und Ausgänge sowie prozessinhärenter Faktoren

"Ein qualitativ hochwertiger Logistikprozesses ist gekennzeich-

net durch niedrige Bestände …, niedrige Durchlaufzeiten und

eine sehr geringe Fehlerquote" [Kuschnerus & Drathen, 2007].

Fehlendes Material ist als organisatorische Störung der OEE

direkt abträglich. Die Logistik hat dadurch unmittelbaren Einfluss auf die Prozesszu-

verlässigkeit. Ihr Grundaufgabe ist also, von den Anforderungen an ein zuverlässiges

Handling abgesehen, die rechtzeitige Bereitstellung der richtigen Menge und Qualität

von Edukten, Rohmaterialien oder Einzelteilen zu sichern sowie Puffergrößen,

Transportwege und Prüfvorgänge so zu gestalten, dass eingangsseitig kein Mangel

an zu verarbeitendem Material und ausgangsseitig kein Rückstau fertiger Produkte

entsteht. Damit beeinflusst sie primär die Verfügbarkeit aber auch die Leistung und

die Qualität des Prozesses.

Die Wahl der zu fertigenden Losgrößen nimmt, wenn sie mit anderen, den Prozess

betreffenden Intervallen harmonisiert ist, wie solchen zur Instandhaltung, direkten

Einfluss auf die Verfügbarkeit der Fertigungsanlage. In Bezug auf Umrüstvorgänge

ist die gewählte Losgröße in zweierlei Hinsicht wirksam:

• Die Häufigkeit der Umrüstvorgänge hat Einfluss auf die Verfügbarkeit bzw.

Produktivität der Anlage und

• sie beeinflusst nach jedem Umrüsten durch die damit verbundene Einfahrzeit

die Prozessqualität.

Einfluss auf die Prozessqualität hat weiterhin die Wareneingangsprüfung, welche die

Qualität und spezifikationsgerechte Beschaffenheit des zu verarbeitenden Materials

sicherstellen muss.

Praktisch alle Fehler werden durch den Mensch, die Technik oder die Organisation

hervorgerufen. Als prozessinhärente Fehler sollen konstruktiv nicht vorbestimmten

Betriebsarten betrachtet werden. Diese können einerseits durch nicht spezifikations-

gerechten Einsatz der Betrachtungseinheit aber auch durch Mindererfüllung spezifi-

zierter Parameter durch Entwicklungs- und Implementierungsfehler hervorgerufen

werden. Als Beispiel dient ein überzogenes Genauigkeitsversprechen für die Herstel-

lung einer geometrischen Form. Ist die zur Fertigung dieses Produktes bestimmte

Maschine konstruktiv bedingt nicht in der Lage, die geforderte Genauigkeit zu produ-


76

zieren, wird sie keine Prozessfähigkeit im Sinne der SPC erreichen können. Ein An-

teil der Produkte wird nicht innerhalb der definierten Grenzen gefertigt werden kön-

nen. Die eigentliche Fehlerursache liegt somit nicht in der Technik sondern vielmehr

in der falschen Parametrierung der Prozessdurchführung.

Um Qualitätsverluste zu vermeiden, kann in mehrstufigen Fertigungsverfahren eine

mathematische Toleranzanalyse durchgeführt werden. Bei zusammengesetzten Pro-

dukten oder mehrstufiger Produktion einzelner Bauteile können größere Toleranzen

bei den Einzelprozessdurchführungen durch Paarungsstrategien kompensiert wer-

den. Der Zielwert, z.B. Gesamtlänge aus mehreren Einzelbauteilen, kann damit trotz

Verwendung kostengünstigerer und weniger genauer Verfahren erreicht werden.

Am wirkungsvollsten können prozessinhärente Fehlerursachen vermieden werden,

wenn die geforderten Arbeitsaufgaben innerhalb der konstruktiv vorgesehenen Gren-

zen gestellt werden oder umgekehrt, eine zur Ausführung der Arbeitsaufgabe kapazi-

tiv und qualitativ geeignete Anlage ausgewählt bzw. konstruiert wird.

4.5. Datenerfassung und Controlling

Die Dimensionen und Möglichkeiten der Datenakquise sind vielfältig. Mit sehr unter-

schiedlichen Verfahren können Daten, respektive Informationen, im industriellen

Umfeld erfasst und verarbeitet werden. Die Möglichkeiten aber auch die Schwierig-

keiten, hochwertige Informationen rechtzeitig zu erhalten, bestimmen die Handlungs-

fähigkeit von Unternehmen maßgeblich. In diesem Kapitel soll keine vollständige

Übersicht erstellt werden. Die Bedeutung der Datenerfassung und des Controllings

wird aber als groß genug erachtet, gesondert behandelt zu werden. Der Schwerpunkt

liegt dabei auf automatisch erfassten Daten.

Die Aufgabe der Datenerfassung und –verarbeitung ist die Generierung kontextbe-

zogener Informationen und Unterstützung im Aufbau applizierbaren Wissens. Sie überführt Daten in konkret nutzbare Aussagen [Probst et al., 1999]. Insbesondere die

Messung des Erfolges durchgeführter Maßnahmen wird häufig vernachlässigt. Best

Practices oder eine Basis anwendbaren, portierbaren Wissens können sich nur ent-

wickeln, wenn das Vorgehen, der Erfolg und die Eigenschaften durchgeführter Maß-

nahmen bilanziert und dokumentiert werden.


77

4.5.1. Datenakquise

Dimensionen der Datenakquise

Die Art und Weise, wie Daten erfasst werden können, richtet sich in erster Linie nach

den Anforderungen an Aktualität, Detaillierung und Qualität der Daten sowie den

dafür zur Verfügung stehenden Ressourcen. Weiterhin ist bestimmend, ob die Daten

regelmäßig oder auf bestimmte Ereignisse hin erfasst werden müssen. Die Möglich-

keiten reichen von manuell geführten Listen über EDV-unterstützte aber manuell

initiierte Aufzeichnungen bis hin zu vollautomatisch arbeitenden Systemen wie Da-

tenloggern (siehe dazu Abbildung 38, S. 78). Für das Controlling und die Überwa-

chung von Fertigungsanlagen sind eine hohe Datenqualität und Aktualität wichtig.

Die Intervalle werden durch die Veränderlichkeit des beobachteten Merkmals be-

stimmt und können von wenigen Millisekunden bis zu mehrere Stunden variieren.

Für Analysen oder Diagnoseverfahren (siehe Abbildung 37) sind für zuverlässige

Aussagen Daten in hoher Qualität und in statistisch signifikanten Mengen erforder-

lich. Dabei nehmen funktionale Verfahren (z.B. Condition Monitoring) in punkto Da-

tenmenge eine Sonderrolle ein. Wissensbasierte Verfahren verwenden für die Diag-

nose bereits hoch aggregierte Informationen, welche über einen längeren Zeitraum

aus einer umfangreicheren Daten- und Informationsmenge gewonnen wurden.

Abbildung 37: Diagnoseverfahren nach [VDI 2888]

Daten können direkt oder indirekt erfasst werden. Bei der direkten Aufzeichnung wird

die physikalische Messgröße unmittelbar gemessen. Ist dies zu aufwändig oder nicht

möglich, wird die Messgröße anhand einer anderen, leichter messbaren Größe quan-

tifiziert. Diese muss mit der eigentlichen Größe in einem bekannten und reproduzier-

baren Verhältnis stehen [Eichler, 1990].


78

Beispiele für die manuelle Erfassung von Daten sind Fehlersammellisten oder von

Hand geführte Qualitätsregelkarten. Für die Auswertung können, je nach Zweck,

Pareto-, Korrelations- oder Ursache-Wirkungsdiagramme (Ishikawa-Diagramm) ver-

wendet werden. Alle Beispiele können auf Papier oder EDV-gestützt erstellt werden

[Theden & Colsman, 2005].

Befähigung der Datenquellen

Die in diesem Kapitel genannten Überwachungstechniken stützen sich primär auf

Prozessdaten, also während der Prozesszeit produktbezogen erzeugte Informatio-

nen. Die Störung kann, sollte sie beispielsweise durch periphere oder am Prozess

nur mittelbar beteiligten Komponenten verursacht werden, nur bedingt durch eine

Analyse der Prozessdaten erkannt werden. In diesem Fall ist es notwendig, dass

zusätzliche Informationen über den Zustand der Fertigungsanlage bereitgestellt wer-

den (Teil der MDE - Maschinendatenerfassung). In der Regel ist die Akquise dieser

Daten nur durch zusätzliche Sensorik möglich, mindestens jedoch durch zusätzliche

Datenflusskomponenten [Müller & Leischnig, 2008c].

Die im TPM geforderte instandhaltungsgerechte Konstruktion (siehe 4.3.1) fordert

eine Berücksichtigung der vorgegebenen Instandhaltungskonzeption und der Durch-

führbarkeit von Instandhaltungsmaßnahmen. Ist eine zustandsorientierte oder, bezo-

gen auf das notwendige Datenvolumen, aufwändigere Strategie vorgesehen, sind an

der Anlage Schnittstellen zu schaffen, die eine demontagefreie und bestenfalls still-

standslose Diagnostik ermöglichen. Die Integration der Zustandsbewertung ist sinn-

voll, wenn eine solche Bewertung regelmäßig durchgeführt wird, mit externen Me-

thoden nicht ohne Stillstand möglich ist oder der Aufbau einer externen Diagnostik

kostenintensiver als die anlageninterne Bewertung ist (Abbildung 38).

Abbildung 38: Integrationsstufen der Zustandserfassung (technische Diagnostik)


79

Seit mehreren Jahren werden verstärkt Baugruppen und Maschinenelemente ange-

boten, welche die logische Verarbeitung von Daten von den zentralen Elementen wie

Steuerung oder Leitrechner auf periphere Elemente verlagern. Durch diese Dezent-

ralisierung der Intelligenz stehen immer weniger analoge, unmittelbar verständliche,

sichtbare Informationen über die mechatronischen Funktionen zur Verfügung [Frey,

2007]. Aus Sicht der Fertigung ist dies nachteilig. Es bedeutet, dass die Basis für

Entscheidungen, die der Maschinenbediener treffen könnte, reduziert oder vollstän-

dig eliminiert wird. Wird andererseits das Fertigungssystem als Ganzes betrachtet, ist

dieser Schritt erforderlich. Durch die Entwicklung geeigneter Schnittstellen können

neben den Kernprozesselementen auch von peripheren Komponenten Daten erfasst

werden und somit eine vollständigere Informationsbasis gebildet werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das mit der Dezentralisierung verbundene logi-

sche Potenzial neben Möglichkeiten zur Bereitstellung von Informationen Lösungen

zur autarken Korrektur von Abweichungen geschaffen werden. Feldgeräte und Sen-

soren wären nicht nur zur Selbstüberwachung in der Lage, sondern auch zur Selbst-

kalibrierung, Selbstreparatur, Rekonfiguration und Selbstoptimierung [Werthschützky

& Müller, 2007; Freymadl, 1998; Gausemeier, 2005].

Die insbesondere für eine permanente Zustandserfassung benötigten Daten können

in bestehenden, hoch automatisierten Anlagen meist einfacher akquiriert werden, als

in weniger automatisierten, sehr großen Anlagen oder solchen mit komplexer Peri-

pherie. Soll für diesen Fall nachträglich Sensorik integriert werden, sind drahtlose

Sensornetzwerke (WSN - Wireless Sensor Networks) eine Möglichkeit, um mit ver-

hältnismäßig geringen Kosten Daten zu erfassen [Walter, 2007]. Für weniger um-

fangreiche Anlagen bieten Technologien wie IO-Link oder zahlreiche Feldbus- und

Sensorsysteme eine große Auswahl an Werkzeugen. Die Standards zur Integration

von wenig oder nicht intelligenten Prozesselementen wie z.B. FDT (Field Device

Tool) unterstützen hierbei. Die Befähigung der Datenquellen zur Übergabe von zur

Zustandsindikation geeigneten Daten entspricht der Erfüllung der Forderung nach

Diagnosefähigkeit und Instandhaltbarkeit (4.3.4, S. 68).

Datenaufbereitung und -konditionierung

Konditionierung heißt im messtechnischen Sinne das Aufbereiten der informations-

tragenden Größe für nachfolgende Verarbeitungsprozesse. Durch die Verarbeitung

der Rohdaten werden diese in Informationen überführt. Durch die Konditionierung


80

wird also das gemessene Abbild der Situation fehlerbereinigt (Rauschen, Ausreißer)

und durch die Verarbeitung derart aggregiert, dass die zur weiteren Nutzung not-

wendige Informationsdichte hergestellt wird. Dies kann auf Akquirierungsebene, von

nachstehenden, zeitlich entkoppelten Systemen oder aber von Software-Agenten

verrichtet werden. Die technischen Gegebenheiten entscheiden über die Auswahl

und Platzierung der einzusetzenden Komponente (vgl. [Frey, 2007]).

Die vorstehenden, messtechnischen Prozesse gelten gleichermaßen für manuelle

Vorgänge. Die Konditionierung und Verarbeitung ist dabei allerdings ein kognitiver

Prozess. Für die Extraktion wichtiger Merkmale und Informationen aus der Situation

(Konditionierung) und der Auflösung der Komplexität (Konditionierung, Verarbeitung)

ist die Diagnosekompetenz, die Systemkenntnis und das Erfahrungswissen des Bet-

rachters bestimmend ([Sonntag et al., 1997], siehe auch 4.1.3, S. 47).

Datenspeicherung

Die akquirierten Daten bzw. die daraus gewonnenen Informationen müssen abrufbar

gespeichert werden. Die Festlegung des Speichermediums wird in Abhängigkeit der

Zugriffshäufigkeit und –geschwindigkeit getroffen. Der Verwendungszweck und die

vorgesehene Archivierungsdauer entscheiden über das Format, in welchem die Da-

ten abgelegt werden. Der Zugriff muss über geeignete Schnittstellen möglich sein.

Wird eine Kompression zur Reduktion des Datenvolumens angewandt, wie es z.B.

für Langzeitanalysen von Signalen notwendig ist, darf diese nicht zu stark paramet-

riert werden. Ein Verlust an Informationen wäre die Folge [Alsmeyer, 2007].

4.5.2. Datenverarbeitung

Durch automatische Datenerfassung können innerhalb kurzer Zeit enorme Daten-

mengen entstehen. Diese müssen durch logische Verarbeitung, Interpretation oder

Aggregation in brauchbare Informationen überführt werden. Geschieht dies nur unzu-

reichend, können sie zu Recht als „Datenfriedhöfe“ bezeichnet werden [Meier et al.,

2007]. Die Merkmalsextraktion soll im Folgenden am Beispiel der Fehlerbilderken-

nung im Condition Monitoring erläutert werden und die Erzeugung von entschei-

dungsunterstützenden Informationen erklären. Das Beispiel wird fortgeführt und der

weitere Prozess bis hin zur Präsentation von Informationen, auf deren Basis Maß-

nahmen definiert werden können, dargestellt.


81

Fehlerbilderkennung und -bewertung

Das Condition Monitoring als Methode der technischen Diagnostik hat zur Aufgabe

den Zustand einer Betrachtungseinheit in ihren Parametern zu quantifizieren bzw. zu

qualifizieren [Sturm & Förster, 1990]. Zur Früherkennung von Fehlern werden letzt-

lich wieder statistische Methoden wie Trendanalyse oder Extrapolation auf die extra-

hierten Merkmale angewendet. Dabei kann von zwei Grundfällen ausgegangen wer-

den (Abbildung 39; [Müller & Leischnig, 2008b]):

• Fall 1: Daten können unmittelbar überwacht werden (Qualität und Konsistenz

genügen den Anforderungen der SPC). Z.B.: Schwingungen, Temperaturen

• Fall 2: Zustand kann nur über komplexe Merkmale ermittelt werden. Die Ein-

gangsdaten müssen interpretiert werden, um für die SPC anwendbare Aus-

gangswerte zu erhalten. Z.B.: Signalverläufe, Kurvencharakteristika

Abbildung 39: Grundfälle der signalbasierten Fehlerfrüherkennung [Müller & Leischnig, 2008b]

Während für den ersten Fall keine weitere Verarbeitung der aufgezeichneten und

gewandelten Daten notwendig ist, müssen im zweiten Fall die spezifischen Charakte-

ristika, anhand deren der Zustand bewertet werden kann, extrahiert werden. Verläufe

oder Kurvencharakteristika können beispielsweise mit den folgenden Verfahren be-wertet werden [Kacprzyk et al., 2004; Müller & Leischnig, 2008b]:

• Musterbasierte Verfahren: Die aufgezeichnete Signalsequenz wird für einen

Vergleich mit einem Referenzmuster (Pattern) aufbereitet. Entspricht die Cha-

rakteristik der im Muster vorliegenden, wird der Zustand entweder qualitativ

bzw. binär (in Ordnung, nicht in Ordnung) befundet oder die Abweichungen

anhand von Ähnlichkeitsmaßen quantifiziert [Scherer, 1987].


82

• Mit Fuzzy-Logic können unscharfe bzw. nichtlineare Vergleiche anhand von

linguistisch beschriebenen Kennfeldern durchgeführt werden [Peters, 2001].

• Neuronale Netze können den Vergleich zwischen einer anfangs unbekannten

Referenz und der betrachteten Sequenz unterstützen. Fehlen Erfahrungswer-

te zur Bildung einer verlässlichen Referenz, können neuronale Netze diese

durch Klassifikation erlernen [Peters, 2001].

• Komparative Methoden stellen vergleichbare Datenmengen, z.B. von bauglei-

chen Maschinen, in Beziehung zueinander. Der Unterschied zu den rein mus-

terbasierten Verfahren liegt in der selbstständigen und dynamischen Anpas-sung der Referenz [Proft et al., 1989].

• Hüllkurven abstrahieren die Kurvencharakteristik und definieren die Grenzen,

in denen die zu untersuchende Signalsequenz der Spezifikation entspricht.

Die mögliche Kombination mehrerer Einzelursachen erschwert die Fehlerbilderken-

nung. Hierbei sind sowohl kausale, konstruktiv bedingte Zusammenhänge von Be-

deutung als auch die zeitliche Ordnung ihres Auftretens. Diese Summeneffekte sind

zwar in ihrer Wirkung, nicht jedoch in ihren Ursachen einfach festzustellen. Zeitlich

versetzte, kausale Zusammenhänge an nicht exakt determinierbare Modellen können

durch Techniken wie Fuzzy-Logic, neuronale Netze oder Data Mining erkannt wer-

den [Simani et al., 2003; Kacprzyk et al., 2004].

Hüllkurvenverfahren können auch mehrdimensional zur Überwachung von sich ge-

genseitig beeinflussenden Parametern eingesetzt werden. Es entstehen Toleranz-

räume, in welchen sich die einzelnen Parameter innerhalb der betrachteten Sequenz

bewegen dürfen [Müller & Leischnig, 2008b].

Klassifikation

Die Repräsentation entdeckter Fehler oder erkannter Ursachen muss neben den

vorhandenen Merkmalen auch eine Beschreibung der Randbedingungen und die

vorherige zeitliche Entwicklung dieser Merkmale enthalten.

In der klassischen Zuverlässigkeitstheorie können ein System oder seine Komponen-

ten nur zwei Zustände annehmen: intakt oder beschädigt. Seine Berechtigung behält

der klassische Ansatz bei Betrachtung von Komponenten, die genau zwei Zustände

einnehmen können, wie z.B. Relais, Schaltventile oder Dioden. Werden dabei die

Einzelwahrscheinlichkeiten für den Ausfall von Komponenten entlang eines funktio-


83

nellen Graphen aufgetragen, so führt der Ausfall einer Komponente auf dem "mini-

malen" Pfad des Graphen zum Ausfall des Systems. Redundante Komponenten

reduzieren dabei die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems. Diese Theorie wurde

überführt in eine Form, in der mehr als diese beiden Zustände existieren können,

z.B. teilweise intakt, teilweise beschädigt. Dies erlaubt eine realistische Betrachtung [Pham et al., 2003]. Die Begründung der Existenz dieser Zustände liegt darin, dass

selbst wenn ein Pfad durch den Ausfall eines Knoten bzw. einer Komponente nicht

mehr durchführbar ist, andere intakt bleiben können.

Die Restnutzungsdauerprognose (Abbildung 40) bestimmt, basierend auf der Kennt-

nis des möglichen weiteren Verlaufes und des Ist-Zustandes die Zeit bis zum Errei-

chen des Grenzwertes des betrachteten Merkmals unter Annahme gleich bleibender

Betriebsbedingungen [Wohllebe et al., 1978; Lu et al., 2007].

Abbildung 40: Restnutzungsdauerprognose mittels Extrapolation [Wohllebe et al., 1978]

Durch die Prognose der Restnutzungsdauer und der mathematischen Methoden der

SPC kann die bewertete Situation bezüglich ihrer Dringlichkeit und Bedeutung klassi-

fiziert (z.B. Information – Warnung – Alarm) werden. Die Diagnoseergebnisse mit der

dazugehörigen Prognose des weiteren Verlaufes bieten dem Entscheidungsträger

die Basis, auf das Ereignis mit einer geeigneten Maßnahme zu reagieren.

Der Bediener kann nur dauerhaft richtige Entscheidungen treffen, wenn die Anzahl

der an ihn gerichteten Alarme ein bestimmtes Maß nicht überschreitet. Um einen

Informationsüberfluss zu vermeiden empfiehlt [NA 102] eine langfristige, durch-

schnittliche Alarmrate von 10 Minuten pro Bediener. Der Bediener sollte, bezogen


84

auf die Priorität der Alarme, mit einem Verhältnis von etwa 5% hoch, 15% mittel und

80% niedrig gewichteten Alarmen konfrontiert werden [Zwaga & Hoonhout, 1994].

Unabhängig von der Alarmrate müssen die einzelnen Alarme ursächlich hinterfragt

werden können, nicht zuletzt um den Prozess kontinuierlich zu verbessern.

Die Alarmrate lässt sich ohne technische Maßnahmen senken, wenn falsche oder

übertriebene Vorgabewerte aufgedeckt und korrigiert werden können oder die Priori-

tät von Ereignissen, die zum Alarm führen, überarbeitet und ggf. korrigiert wird [Ed-

worthy, 1994]. Eine weitere Möglichkeit zur Bewertung von Alarmen läge darin, die

Erfahrung der Operatoren nicht nur zum Quittieren des mutmaßlichen Fehlalarms zu

benutzen sondern über dessen Wissen eine Basis für ein dynamisches Alarmmana-

gement aufzubauen [Büßelmann & Vermum, 2007].

Maßnahmenauswahl

Die bereitgestellten Informationen – Diagnose, Restnutzungsdauerprognose und

Priorität – unterstützen eine schnelle und präzise Entscheidung oder nehmen diese

vorweg. Die Auswahl der Maßnahme wird neben der objektiven Entscheidungs-

grundlage durch das individuelle Entscheidungsverhalten des Bedieners beeinflusst.

Nach [Baaske & Rothe, 2004] geschieht dies in den folgenden Dimensionen:

• Grad der Entschlossenheit (unentschlossen - sehr entschlossen)

• Rationalität (impulsiv - sehr genau)

• Risikoverhalten (unbekümmert - sehr vorsichtig)

• Maß der Unterstützung durch zur Verfügung stehende Informationen

Innerhalb dieser Dimensionen wird eine diagnostische Entscheidung getroffen und

eine Maßnahme ergriffen (siehe auch 4.1.3, S. 47). Operative Maßnahmen entspre-

chen einer Instandsetzung im Sinne der Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit der

Betrachtungseinheit. Präventive Maßnahmen optimieren eine oder mehrere der fol-

genden Störungsdimensionen [Leischnig, 2007]:

• Reduzierung der Eintrittswahrscheinlichkeit durch konstruktive Maßnahmen

(Vermeidung) oder Früherkennung (Prävention)

• Schadensbegrenzung beim Eintritt durch korrekte und unmittelbare Reaktion.

Reduzierung des Schadensausmaßes durch geeignete Schutzmechanismen

• Verbesserung der Sichtbarkeit durch Überwachung und geeignetes Publishing

(Visualisierung, Alarme)


85

4.5.3. Erfolgsmessung, Evaluation und Controlling

Jede ergriffene Maßnahme muss, um nutzbare Ergebnisse für einen kontinuierlichen

Verbesserungsprozess zu erhalten, in ihrer Wirkung überprüft werden. Die Effizienz

einer Maßnahme, also die Gegenüberstellung investierten Aufwands zum erzielten

Erfolg, ist ausschlaggebend für die Auswahl von Maßnahmen zukünftig auftretender,

vergleichbarer Situationen. Der Erfolg korrektiver Maßnahmen, wie Instandsetzung

einer Betrachtungseinheit nach eingetretener Störung, ist unmittelbar nach ihrer

Durchführung anhand geeigneter Kriterien zu überprüfen. In der Regel ist dies die

Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit. Der Erfolg von Maßnahmen mit einem

größeren zeitlichen Horizont wie Verbesserungen, muss anhand geeigneter Kenn-

zahlen in einer Langzeitbetrachtung bestätigt werden. Falls bereits regelmäßig akqui-

rierte Daten, wie beispielsweise für den Einsatz von SPC, zur Verfügung stehen, ist

das Controlling und die Wirkungskontrolle von Maßnahmen ohne weiteres möglich.

Kennzahlenbildung

Eine Kennzahl dient dazu, als Indikator den Zustand eines komplexen Sachverhaltes

oder Systems zu bemessen. Bei der Auswahl von langfristig genutzten Kennzahlen

ist darauf zu achten, dass sie einen Sachverhalt vollständig und korrekt abbilden.

Eine Kennzahl muss gemäß [VDI 2893]:

• mit einer Zielvorgabe verbunden sein

• vergleichbar sein

• aktuell sein

• vollständig sein

• aus messbaren Daten bestehen

• Übersichtlichkeit und Transparenz vermitteln

• verständlich und benutzerfreundlich für die Aufbereitung sein

• leicht verfügbar sein

Eine Kennzahl dient letztlich der Entscheidungsunterstützung. Sollen auf ihrer Basis

Entscheidungen getroffen werden, ist die Qualität der Daten hochwertig zu halten.

Komplexe Kennzahlensysteme für BI (Business Intelligence) oder automatisierten

Reportingsystemen verdichten kontinuierlich hochwertige Informationen, ohne deren

Aussage zu entstellen oder den Informationsgehalt signifikant zu reduzieren [Buck,

2007]. Von ebenso großer Bedeutung ist das gemeinsame Verständnis der einzelnen

Kennzahlen über alle Ebenen; von der Entstehung der Daten – in diesem Sinne die


86

Produktion oder fertigungsnahe Bereiche – hin bis zum Management. Der Notwen-

digkeit zur Standardisierung wurde in den USA mit der ISA 95 Rechnung getragen,

welche in [DIN IEC 62264] überführt wurde. Darin werden neben einer vereinheitlich-

ten Terminologie auch Vorschläge zur Erfassung der Daten und für die Herstellung

von Zusammenhängen zwischen einzelnen Kennzahlenbereichen unterbreitet.

Soll der Zustand einer Fertigungsanlage oder eines Teiles davon in einer Kennzahl

bewertet werden, so sind zweckmäßigerweise nicht die Auslegungsdaten als Ver-

gleichsbasis zu verwenden, sondern der ideale Zustand, den die Betrachtungseinheit

unter den aktuellen Nutzungsbedingungen im Prozess erreichen könnte (vgl. hierzu:

[Maul, 2007]). Die Prozesszuverlässigkeit lässt sich durch die umfassende OEE be-

messen. Sie bemisst, stark vereinfacht, den Anteil der Prozessdurchführungen mit

positivem Ergebnis an der geplanten Stückzahl. Konkretere Kennzahlen sind bei-

spielsweise die Fähigkeiten der Maschine (CX) oder die Durchlaufzeit.

In Hypothese 3 auf S. 18 wird die Beteiligung der Instandhaltung am Erreichen der

Unternehmensziele formuliert. Zur Vermeidung von Suboptima muss sich dies auch

in den von der Instandhaltung verwendeten Kennzahlen zeigen. Eine Orientierung an

untergeordneten Zielen oder Teilaspekten muss vermieden werden, ohne diese je-doch zu vernachlässigen [Kalaitzis et al., 1991].

Feedback / Continuous Improvement

In 4.2.2, S. 58 wird die Rückmeldung durch die Arbeit als motivationssteigernd be-

schrieben. Genau dies können Kennzahlen leisten. Die Zufriedenheit und der Ände-

rungswille des Mitarbeiters (siehe Tabelle 6 auf S. 55) sind Bedingung für einen funk-

tionierenden, kontinuierlichen Verbesserungsprozess.

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil von Kennzahlen in diesem Zusammenhang ist,

dass nicht nur der Mitarbeiter selbst, sondern auch Dritte den objektiven Nachweis

einer erfolgreich durchgeführten Maßnahme sehen und somit die Möglichkeit für eine

Partizipation des Mitarbeiters, z.B. durch erfolgsorientierte Vergütung, geschaffen

wird (siehe auch 4.2.1, S. 56).


87

4.6. Fazit, Zwischenergebnis

Für jedes der Elemente des MTO-Modells existieren geeignete Methoden und Maß-

nahmen, die Gesamt-Prozesszuverlässigkeit des sozio-technischen Systems in den

Dimensionen der OEE zu verbessern. Somit ist die in Hypothese 1 (Fokus Technik

vs. System) aufgestellte Behauptung, dass ein Optimum bei vorrangig technisch-

orientierten Maßnahmen nicht erreicht werden kann, bestätigt. Die Berücksichtigung

von MTO, beispielsweise durch die Berücksichtigung von Methoden wie Condition

Monitoring und SPC bei der Auswahl der Instandhaltungsstrategie, erschließt über

rein technisch-orientierte Lösungen hinausgehende Potenziale. Der Wirksamkeit der

einzelnen Methoden unterscheidet sich deutlich (Abbildung 41).

Abbildung 41: Wirksamkeit ausgewählter Methoden zur Verbesserung der Prozesszuverlässig-keit am MTO-Modell in den Dimensionen der OEE (Qualität, Leistung und Verfügbarkeit)

Die maßgebliche Steuergröße für die Zuverlässigkeit des Menschen als entschei-

dendes Element im Prozess (Erschaffer, Betreiber, Pfleger, Entsorger), ist die Moti-

vation. Das Unternehmen hat Möglichkeiten, wie in 4.2, S. 52 geschildert, die Motiva-

tion zu steigern und zu kontrollieren. Der davon abhängige Wille zur aktiven Beteili-

gung in Verbesserungsprozesse erschließt das Wissen des Einzelnen; eine Brücke,

welche auf anderem Wege außer der Freiwilligkeit unmöglich zu bauen ist. Ein kon-

sistentes, schlüssiges und nicht zu umfangreiches System von Kennzahlen mit ob-

jektiven Indikatoren bietet Rückmeldung aus der Aufgabe und Wirkungskontrolle.


88

Darauf basierend lassen sich motivationsfördernde Anreizsysteme gestalten und der

kontinuierliche Verbesserungsprozess forcieren.

Die vollständigsten, aber auch abstraktesten Ansätze zur Verbesserung der Pro-

zesszuverlässigkeit bieten die unter 4.3 ab S. 62 aufgeführten Konzepte. Philoso-

phien wie TPM oder TQM bedürfen zur Entfaltung ihrer Wirkung individuelle Ausle-

gung und exakte Anpassung an die jeweilige Anwendung. Six Sigma, FTA oder

FMEA bieten praktikable Werkzeuge und sind unmittelbar applizierbare Methoden.

Der unter 4.3.4, S. 68 gestellte Appell, während der Planungsphasen von Ferti-

gungsanlagen nicht nur die Instandhaltbarkeit sondern die Prozesszuverlässigkeit als

Ganzes systematisch zu berücksichtigen, stützt die Lebenszyklusbetrachtung.

5. Standardabläufe zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit

89


In diesem Kapitel sollen die bisherigen Ergebnisse zusammengefasst werden, um

die hypothetisch aufgeworfene Frage zu beantworten, wie die partiellen Ansätze

zugunsten einer umfassend wirksamen Lösung zusammengeführt werden können.

Die Integration der einzelnen Aspekte und Methoden kann demnach nur gelingen,

wenn die in Hypothese 1 (Fokus Technik vs. System) und Hypothese 2 (Zieldefinition

Instandhaltung – Zuverlässigkeitsmaximierung) auf S. 17 formulierten Punkte be-

rücksichtigt werden. Diese sind in Kurzform:

• Verbesserungsmaßnahmen müssen systematisch-integrativ alle Elemente

des MTO-Modells berücksichtigen. Rein technisch-orientierte Lösungen füh-

ren zu Suboptima oder wirken kontraproduktiv auf die Eigenschaften benach-

barter Systemelemente.

• Zur nachhaltigen Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit sind Daten und In-

formationen in angemessenem Umfang, ausreichender Informationsdichte

und Güte in jeder Lebensphase einer Fertigungsanlage erforderlich.

• Die Instandhaltung als Prozess, Organisationsstruktur und zentrales Instru-

ment zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit muss deren Maximierung

in ihren Zieldefinitionen wiederfinden.

Die Notwendigkeit standardisierter Abläufe erschließt sich aus dem in 4.3.2 TQM -

Total Quality Management detailliert beschriebenen SDCA/PDCA-Zyklus. Die in den

vorstehenden Kapiteln genannten Methoden zur Verbesserung der Prozesszuverläs-

sigkeit sind teilweise operativ ausgerichtet, zum Teil aber auch strategischen Charak-

ters. Gerade bei der Entscheidung für eine Philosophie, respektive Methodensamm-

lungen wie TPM, sind regelmäßige Kontrollen und gegebenenfalls Neuausrichtungen

notwendig. Die Auswahl der Instandhaltungsstrategie ist eine Einzelfallentscheidung

und hängt von vielen Faktoren ab. Da sich die Randbedingungen für die Entschei-

dung ändern können, hat auch hier der Entscheidungsprozess eher kontinuierlichen

Charakter.

Werden die nachstehend aufgeführten Abläufe angewendet und zumindest die Inten-

tion darin über den Betrieb des gesamten Maschinenparks beherzigt, kann die Pro-

zesszuverlässigkeit in ihren Aspekten über das gesamte Fertigungssystem verbes-


90

sert werden. Die Ergebnisse durchgeführter Maßnahmen schaffen zusätzlich eine

Wissensbasis für die Konzeption oder Beschaffung neuer Maschinen und Anlagen.

5.1. Entscheidungsunterstützung bei der Maßnahmenauswahl

Die Standardisierung im Sinne der Erschließung individuell erlangten Wissens zur

kollektiven Nutzung ist eine Voraussetzung für nachhaltige Verbesserungen im Ent-

scheidungsprozess. Für den Fall, dass zu einer aktuellen Situation bereits Erfah-rungswerte mit vergleichbaren Randbedingungen existieren und der Kreis der Ent-

scheidungsträger identisch ist, kann auf unstrukturiertes Wissen bzw. Erfahrung zu-

rückgegriffen werden. Ist jedoch der Kreis der Entscheidungsträger bei gleicher Situ-

ation ein anderer, wie es z.B. in global agierenden Unternehmen der Fall ist, können

nur mit strukturiertem Wissen Synergieeffekte genutzt werden.

Zur Aufbereitung von Wissen zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit existie-

ren mehrere Möglichkeiten. Die grundlegenden Bestandteile sind, unabhängig von

der Art der Darstellung und ob die Entscheidung operativen, strategischen oder kon-

zeptionellen Charakter hat:

• Situationsbeschreibung mit Randbedingungen

• Definition der Zielgrößen

• Mögliche Maßnahmen

• Beschreibung der Wirksamkeit der einzelnen Maßnahmen (Effizienz, Nutzen,

Zeit, Aufwand, Nachhaltigkeit)

Zur Entwicklung einer standardisierten und strukturierten Darstellung zur Entschei-

dungsunterstützung bei der Maßnahmenauswahl wurden mehrere Formen geprüft

(siehe Tabelle 8). Das Ishikawa-Diagramm ist zur übersichtlichen Visualisierung von

Einflüssen auf ein Zielkriterium geeignet. Es lassen sich daran jedoch nur qualitative

Aussagen treffen. Mit einem Sankey-Diagramm lässt sich der Beitrag einzelner Akti-

vitäten auf das Zielkriterium quantifiziert darstellen. Allerdings sind vernetzte oder

komplexe Zusammenhänge und zeitliche Abhängigkeiten ebenso wenig wie im Ishi-

kawa-Diagramm darstellbar. Das Causal Loop Diagram, oft in Verbindung mit Forres-

ter-Diagrammen oder in Mischformen verwendet, stellt für komplexe Systeme über-

sichtlich Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Elementen dar.


91

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Anwendung Beispiel Ishikawa- Dia-gramm

+ - - + + Darstellung und Sammlung von Einflüssen auf ein Zielkriterium

Sankey-Diagramm

- + - + o Quantifizierung von Einflüssen; eigentlich Zu- und Abstrom-visualisierung

Causal-Loop- / Forrester-Diagramm

+ o + o o Visualisierung kausaler Zu-sammenhänge

Fluss-Diagramm

- - - + o Darstellung sequenzieller Ereignis- / Ent-scheidungsfol-gen

Funktions-übergreifendes Flussdiagramm

+ o + + o Darstellung sequenzieller Folgen mit Funktionsbezug

Tabelle 8: Auswahl von Darstellungsformen zur Entscheidungsunterstützung

Jede der Darstellungsformen ist zur Entscheidungsunterstützung mehr oder weniger

geeignet. Die Verwendung der oben aufgeführten und der vielen anderen, hier nicht

erwähnten Visualisierungen von strukturiertem Wissen unterliegt zudem stark den

Vorlieben der damit arbeitenden Personen. Mit der Auswahl für eine bestimmte Dar-

stellungsform werden der Gehalt und die Anwendbarkeit des darin strukturiert ge-

sammelten Wissens festgelegt.

Generell ist zur Standardisierung von anzuwendenden Methoden zu bemerken, dass

die Bindung daran wohl bemessen geschehen muss. Die Kreativität des Einzelnen

muss durch Standards gelenkt, darf aber keinesfalls beeinträchtigt werden.


92

5.2. Eingriffspunkte in den Lebensphasen von Fertigungsanlagen

In den einzelnen Lebensphasen von Fertigungsanlagen ist der Einsatz unterschiedli-

cher Methoden notwendig. Im Folgenden werden präventive Maßnahmen in der Ent-

wicklungsphase (5.2.1) von solchen in der Betriebsphase (5.2.2) unterschieden. Es

existieren auch zeitlich entkoppelte oder regelmäßig zu überprüfende bzw. zu wie-

derholende Entscheidungen. Die wichtigste, bezogen auf die Prozesszuverlässigkeit,

ist die Auswahl der Instandhaltungsstrategie (5.2.3).

5.2.1. Entwicklungsphase

Während der Entwicklung von Fertigungsanlagen, insbesondere der Funktionsbe-

stimmung und der Dimensionierung innerhalb der Grobplanung (siehe 4.3.4 und

Abbildung 34, S. 68) bestimmen grundsätzliche, konzeptionelle Entscheidungen die

Eigenschaften des zu entwickelnden Systems. Ausschlaggebend für die Prozesszu-

verlässigkeit während des Betriebes sind neben der konstruktiven Auslegung zwei

Eigenschaften: der Automatisierungsgrad und die Instandhaltbarkeit.

Automatisierungsgrad:

Die automatisierte Fertigung birgt enormes wirtschaftliches Potenzial, infolge der

größeren Komplexität aber auch größere Risiken. Die Tragweite von Fehlern ist in

der Regel größer als bei minder automatisierten Anlagen. Ebenso verändert sich die

Struktur und Verteilung möglicher Fehler mit steigender Automatisierung. So stehen

Programmier- und Konstruktionsfehler bei hoher Automatisierung Handlingfehlern

oder Ähnlichem bei einer gering automatisierten Fertigung entgegen.

Die kognitiven Fähigkeiten und somit das flexibel zielgerichtete bzw. situationsspezi-

fische Vorgehen des Menschen werden bei hohem Automatisierungsgrad nicht voll-

ständig genutzt, da "… sich die Hauptaktivitäten des Menschen häufig nur noch auf

die Überwachung, Diagnose und Kontrolle von Prozessen beziehen, und zu wenig

auf die Möglichkeit zu aktiver Auseinandersetzung mit den Prozeßabläufen" [Frey-

madl, 1998]. Der Automatisierungsgrad muss dementsprechend ausgewogen ge-

wählt werden.


93

Instandhaltbarkeit:

Die Instandhaltbarkeit beeinflusst maßgeblich die MTTR für den Störungsfall im Be-

trieb. Bei der Entscheidung über die geforderte, zu implementierende Instandhaltbar-

keit während der Grobplanung des Fertigungssystems sollten die in Abbildung 42

dargestellten Kriterien berücksichtigt werden.

Abbildung 42: Wirksamkeit ambulanter und permanenter Zustandserfassung im Vergleich mit konventionellen, nicht EDV-gestützten Methoden [Müller & Leischnig, 2008c; Leischnig, 2007]

Nicht nur die Zugänglichkeit von Wechselteilen, sondern auch Abgriffsmöglichkeiten

von Diagnosedaten können störungsbedingte Kosten minimieren. In der Entwick-

lungsphase sollte bedacht werden, dass Diagnoseschnittstellen die Inbetriebnahme

und den Hochlauf signifikant beschleunigen können [Müller & Leischnig, 2008a] und

die Möglichkeiten der Auswahl einer Instandhaltungsstrategie beeinflussen

(Abbildung 43).


94

Abbildung 43: Qualität und Bereitstellungszeit von Diagnosedaten mit verschiedenen Diagno-se- / Detektionsverfahren [Leischnig, 2006]

Abgesehen von der Entscheidung über den zu implementierenden Automatisie-

rungsgrad und der Berücksichtigung der Instandhaltbarkeit sollte während der Ent-

wicklung bereits eine Analyse möglicher Fehlerpotenziale durchgeführt werden. Eine

während der Entwicklungsphase, insbesondere nach der nach der Dimensionierung

und Strukturierung, mehrmals durchgeführte FMEA / FTA liefert Erkenntnisse, recht-

zeitig Korrekturen in der Konzeption und Konstruktion durchzuführen, um kritische

Fehler und vor Allem nachträgliche, kostspielige Korrekturen zu vermeiden (Zehner-

Regel; siehe Abbildung 36, S. 73).

Als wichtig wird dabei das Zusammenwirken von zukünftigem Betreiber, Ersteller

(Lieferant, Entwickler, Konstrukteur) und der für die Anlage zukünftig zuständigen

Instandhaltungsorganisation erachtet. Der Fokus bei den gemeinsam durchgeführten

Analysen muss dabei weniger auf funktionaler Erfüllung als vielmehr auf der Pro-

zesszuverlässigkeit unter Berücksichtigung von MTO liegen. Der Einsatz eines inter-

disziplinären und darauf sensibilisierten Teams ist folglich sinnvoll. Als unterstützen-

de Werkzeuge für die Analyse können z.B. Computersimulationen, spezielle Analy-

setechniken wie THERP oder Task Analysis und selbstverständlich Analogiebetrach-

tungen mit vergleichbaren Anlagen genutzt werden. Diese erhöhen zwar den Auf-

wand der FMEA / FTA, steigern jedoch die Objektivität, Qualität und Vollständigkeit

der Analyseergebnisse.


95

Davon ausgehend wird für die Entwicklungsphase der in Abbildung 44 dargestellte

Ablauf zur Sicherung und Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit einer zu erstel-

lenden Anlage vorgeschlagen.

Abbildung 44: Eingriffspunkte zuverlässigkeitssteigernder Maßnahmen während der Entwick-lungsphase von Fertigungsanlagen

5.2.2. Betriebsphase

Während der Betriebsphase bleiben, abgesehen von konstruktiven Verbesserungen

und sich eventuell veränderndem Nutzungsverhalten die technischen Gegebenheiten

konstant. Damit Verbesserungen der Prozesszuverlässigkeit als Ganzes forciert

werden müssen also neben Erfolg versprechenden technischen Maßnahmen zusätz-

lich organisatorische und anthropozentrische Maßnahmen durchgeführt werden.

Beide müssen kontinuierlich betrieben werden und haben strategischen Charakter.

Die anthropozentrischen Maßnahmen betreffen in hohem Maße die Entwicklung der

Qualifikationsstruktur der Mitarbeiter und den Abruf der entwickelten Qualifikation

und Fähigkeiten. Sowohl die fachliche als auch methodische Kompetenz ist zu ent-

wickeln, wie es am Beispiel der Diagnosekompetenz erläutert wurde (4.1.3, S. 47).

Eine Auswahl von kontinuierlich auszuführenden Methoden ist in Abbildung 45 dar-

gestellt. Die Auswahl wurde dabei auf solche Methoden beschränkt, deren Bedeu-

tung sowohl während der Entwicklungs- als auch der Betriebsphase als signifikant

eingeschätzt wird. Als entscheidender Punkt für die Prozesszuverlässigkeit im Ver-

lauf wird die Inbetriebnahme bzw. Start-of-Production gesehen. Rechtzeitig vor, wäh-

rend und nach der Inbetriebnahme bestimmen die in Intensität und Ausrichtung kor-

rekt umgesetzten Methoden entscheidend das schnelle Erreichen eines hohen Quali-

täts-, Leistungs- und Verfügbarkeitsniveaus (OEE).


96

Abbildung 45: Auswahl kontinuierlich auszuführender Methoden zur Verbesserung und Siche-rung der Prozesszuverlässigkeit im Lebenszyklus von Fertigungsanlagen (x-Achse = Zeit; y-Achse = Intensität bzw. Bedeutung)

Neben den kontinuierlich durchzuführenden Aktivitäten sind solche zur Lösung un-

mittelbarer Probleme von großer Bedeutung. Hierbei soll bewusst die in Hypothese 1

beschriebene Bevorzugung technisch-orientierter Lösungen zugunsten einer syste-

matischen Lösung vermieden werden. Zur strukturierten Problemlösung sind wieder-

um Analysetechniken wie FMEA oder FTA dienlich. Six Sigma und PDCA/SDCA

bieten wegen ihres Projektcharakters für kurz- und mittelfristige Probleme geeignete

Vorlagen zur Durchführung. Dies gilt für die beiden gleich zu behandelnden Grundfäl-

le: Einer hypothetisch zu geringen Prozesszuverlässigkeit als typisches Verbesse-

rungsprojekt und einer tatsächlich defizitären Prozesszuverlässigkeit.

Während der gesamten Betriebsphase sind Felddatenerfassung und –auswertung

die Voraussetzung für die Überwachung der Prozesszuverlässigkeit. Eine zeitlich

lückenlose, vollständige Datenbasis schafft zusammen mit den Ergebnissen von

gewissenhaft durchgeführten Störungs- und Ausfallursachenanalysen die Vorausset-

zung für die kontinuierliche Verbesserung des Fertigungssystems.


97

5.2.3. Festlegung der Instandhaltungsstrategie

Die Kriterien für die Auswahl der Instandhaltungsstrategie sind in Abbildung 46 dar-

gestellt. Maßgeblich abhängig ist die Entscheidung von folgenden Faktoren:

• Kenntnis der Charakteristik möglicher Störungen (vgl. Abbildung 16, S. 33),

das Abbauverhalten des Abnutzungsvorrates sowie die Höhe der jeweiligen

Störungsfolgekosten

• Zeitliche Charakteristik möglicher Instandhaltungsmaßnahmen und deren

Kosten (Personaleinsatz, Anlagenstillstand, Materialaufwand)

• Höhe möglicher, langfristiger Verluste durch suboptimalen Qualitäts- und Leis-

tungsgrad sowie ungenügende Verfügbarkeit

Abbildung 46: Kriterien der Auswahl einer Instandhaltungsstrategie unter Verwendung [Xu, 1995; Schenk & Wirth, 2004; VDI 2898]

Die einzusetzende Instandhaltungsstrategie muss individuell und anlagenbezogen

entschieden und in regelmäßigen Intervallen hinterfragt und gegebenenfalls neu

definiert werden. Bei Systemen, deren Komponenten ein stark unterschiedliches

Schädigungsverhalten zeigen, können mehrere Strategien oder Mischformen zum

Einsatz kommen. Für die Auswahl einer konkreten Strategie existiert eine Vielzahl

möglicher Vorgehensweisen. In Abbildung 47 ist ein Verfahren dargestellt, welches

die oben aufgeführten Kriterien berücksichtigt. In der Regel steht dem Risiko erhöh-

ter Ausfallverluste die Höhe des Aufwandes durch wachsende Komplexität der In-

standhaltungsmaßnahmen entgegen (siehe 4.1.1 und 4.1.3). Letztlich entscheidend

ist das wirtschaftliche Optimum zwischen geplanter und ausfallorientierter Instandhal-

tung (siehe Abbildung 21, S. 42; [Prüß & Nebl, 2006]).


98

Abbildung 47: Auswahl der Instandhaltungsstrategie [Warnecke et al., 1995; Schenk & Wirth, 2004]

Dass mit der Auswahl einer geeigneten Instandhaltungsstrategie das Globalziel zu-

verlässigerer Prozesse nicht vollends erreicht werden kann, ist in den vorstehenden

Kapiteln belegt. Es ist ein grundsätzlicher Paradigmenwechsel notwendig weg von

einer reinen Optimierung der Instandhaltungskosten hin zu einer Maximierung der

Prozesszuverlässigkeit und somit zur Eliminierung weiterer, indirekter Verlustquellen.

Die zustandsorientierte Instandhaltung ist für komplexe Fertigungsanlagen aus wirt-

schaftlichen Gründen und vorhandenen Möglichkeiten anzustreben. Im Falle größe-

rer Anteile an zustandsorientierter Instandhaltung ist eine Flexibilisierung und Aus-

richtung der Instandhaltungsorganisation darauf notwendig [Xu, 1995].


99

5.2.4. Leitbilder, Managementkonzepte und Philosophien

Für die Auswahl organisatorischer Konzepte existiert weder wahr noch falsch, zumal

sich die Konzepte zum Großteil der gleichen Werkzeuge bedienen. Die wesentlichen

Faktoren für den dauerhaften Erfolg eines (Management-) Konzeptes sind nach

[Westkämper & Sihn, 1999]:

• Klare Zielstellung, die allen bekannt ist und mehrheitlich aktiv unterstützt wird

• Konsequente Durchführung aller notwendigen organisatorischen, technologi-

schen und strukturellen Veränderungen mit bewusster Vergabe von Freiräu-

men für die Mitarbeiter

• Entwicklung einer Vertrauenskultur durch Vorbildwirkung des Managements

• Ganzheitliche Lösung

Die Entscheidung für ein Leitbild, ein Managementkonzept oder eine konkrete Philo-

sophie hat strategischen Charakter. Die Akzeptanz durch die Mitarbeiter muss konti-

nuierlich überprüft und das Konzept gegebenenfalls durch den Einsatz anderer

Werkzeuge oder veränderter Intensität im Einsatz dieser neu ausgerichtet werden.

Philosophien und Leitbilder lassen sich nicht per „management decision“ befehlen,

sondern nur durch eine vollständige und durchgängige Motivationskette ausbilden

und aufrechterhalten [Biedermann et al., 1991].

Insbesondere müssen bei der Einführung von Standards und deren Übertragung in

andere Kulturkreise, z.B. auf einen Fertigungsstandort im Ausland, (inter-)kulturelle

Aspekte berücksichtigt werden. Verschiedene Auffassungen im unternehmerischen

Gebaren, in Geschäftsethik und Komplianz sowie unterschiedliche Vorgehensweisen

in Kommunikation, Planung, Problemlösungsprozessen und Organisation können

eine Anwendung von im Heimatland entwickelten, etablierten Verfahren erschweren

oder sogar unmöglich machen. Repräsentative, aber lösbare Beispiele für mögliche

Probleme sind unterschiedliche Metrik, die Sprache oder Einschränkungen durch

nationale Bestimmungen. Unmöglich wird ein Transfer, wenn kulturelle Sichtweisen

des Ziellandes die Einführung des jeweiligen Konzeptes verhindern [Leischnig,

2005]. Dies betrifft weniger die technischen, als vielmehr die anthropozentrischen

und organisatorischen Methoden. Abbildung 48 zeigt die Abhängigkeit der Effektivität

von Gruppen von der kulturellen Homogenität und der Berücksichtigung bzw. Igno-

ranz kultureller Diversität.


100

Abbildung 48: Effektivität multikultureller Gruppen [Schulz, 2004]

Kultur wird gemeinhin als das Bindeglied zwischen der vererbbaren menschlichen

Natur und dem Individuum verstanden, ist also das Regelwerk, nach dem sich die

Individuen richten, um eine Gemeinschaft zu bilden. Der Kulturbegriff umfasst dem-nach "… Gewohnheiten, traditionelle Denkweisen, Gesinnung und die charakteristi-

sche Art und Weise der Reaktion mit der eine bestimmte Gesellschaft zu einem kon-

kreten Zeitpunkt Problemen gegenübertritt." [Stripp & Moran, 1991]

Der Hauptgrund des Scheiterns beim Übertrag von Methoden und Praktiken ist, dass

diese nicht auf die geänderten Rahmenbedingungen adaptiert, sondern ohne Modifi-

kation transferiert werden [Leischnig, 2005]. Die einschlägige Literatur vernachlässigt

dies mehrheitlich [Kinkel & Zanker, 2007]. Eine der wirkungsvollsten Maßnahmen zur

Übertragung von Methoden, von Firmenphilosophie und Unternehmenspolitik auf

einen Standort im Zielland, ist die Entsendung geeigneter, interkulturell sensibilisier-

ter Mitarbeiter. Wird bei der Wahl der Werkzeuge auf kulturelle Aspekte geachtet,

kann allein durch die Auswahl des kulturell verträglicheren Werkzeuges eine ge-

meinsame Basis und ein gemeinsames Grundverständnis aufgebaut werden.

5.3. Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit durch Condition Monitoring

In diesem Kapitel soll anhand eines Beispieles die Wirksamkeit eines Condition Mo-

nitoring Systems auf die Prozesszuverlässigkeit vorgestellt werden. Das in der Ro-

bert Bosch GmbH am Standort Bamberg realisierte Beispiel dient der Evaluierung

eines Teiles der vorstehend erläuterten Methoden sowie der Verifikation von

Hypothese 1 (Fokus Technik vs. System) und Hypothese 2 (Datennutzen).


101

Condition Monitoring ist nicht neu bei Bosch. Bereits 1972 wurde mit einem Siemens-

Prozessrechner eine autonome Langzeitüberwachung geschaffen. Freilich sieht man

sich heute mit anderen Problemen konfrontiert als das damals größte Problem: das

große Datenaufkommen von einigen KByte täglich [Bosch, 1972].

Die im Beispiel gewählte Architektur ist approbiert und bewährt. Es werden regelmä-

ßig Berichte über in Aufbau und Funktionsweise vergleichbare Systeme publiziert [Shi et al., 2007; Kothamasu et al., 2006]. Das vorgestellte System zeigt als tech-

nisch orientierter, aber auch organisatorisch wirksamer Ansatz, die in Hypothese 1

(Fokus Technik vs. System) auf S. 17 angemahnte Vollständigkeit von Lösungsan-

sätzen im Sinne des MTO-Modells. Der Nutzen liegt primär, wie in den kritisierten

rein technisch-orientierten Ansätzen, in der Verbesserung der technischen Verfüg-

barkeit, Leistungs- und Qualitätsfähigkeit. Überdies werden aber auch Potenziale der

vorausschauenden Planung, Wissensvorsprung bei Instandsetzungsmaßnahmen

und deutlich verbesserte Entscheidungsunterstützung durch umfangreiche Aus-

gangsinformationen aufgezeigt.

5.3.1. Ausgangssituation

Im Werk Bamberg werden unter anderem Common-Rail-Injektoren der Robert Bosch

GmbH produziert. Die Injektoren arbeiten als elektrisch angesteuerte Ventile in Die-

selmotoren und injizieren eine der Fahrsituation entsprechende Menge Kraftstoff

direkt in die Brennkammer. Damit die Anforderungen des Marktes an geringen

Verbrauch, minimale Emissionen, Laufruhe und natürlich Leistung erfüllt werden

können, werden millisekundengenau winzige Mengen hoch komprimierten Diesels

(bis über 2000 bar) dosiert in den Zylinderraum eingespritzt.

Die Kunden in der Automobilindustrie erwarten für ihre Motorenfertigung spezifikati-

onsgerecht arbeitende Injektoren, deren Einspritzmenge über mehrere Einspritzzyk-

len innerhalb enger Grenzen liegen. Dabei ist es gleich, ob die bezogenen Teile aus

Bamberg oder aus einem der weltweit verteilten Schwesterwerke stammen. Jeder

fertig montierte Injektor wird deshalb vor dem Versand einer finalen Funktionsprüfung

unterzogen. Es werden mehrere reale Arbeitspunkte des Motors (z.B. Bergfahrt,

Leerlauf) simuliert und mit einem dafür geeigneten Messgerät die injizierte Menge

bestimmt.


102

Das Messgerät samt Peripherie ist, verglichen mit anderen Anlagen in der Injektorfer-

tigung, außerordentlich komplex. Eine Vielzahl von Komponenten hat direkten und

indirekten Einfluss auf das Messergebnis. Die geforderte Messgenauigkeit macht das

System sensibel selbst auf geringe Veränderungen der Einsatzbedingungen. Die

Eigenschaften und Fähigkeiten des Messsystems werden anhand von Messergeb-

nissen aus Serienproduktion und Abgleichsmessungen mit Normalen überwacht.

Sobald ein Wert eine Grenze überschreitet, wird die Anlage außer Betrieb gesetzt

um die Ursache dafür zu diagnostizieren und geeignete Instandsetzungsmaßnahmen

zu ergreifen. Der Zustand der Anlage und ihrer Komponenten wurde nur indirekt über

die genannte Überwachung der Messergebnisse indiziert und überwacht.

Aus diesem und den folgenden Gründen wurde die Implementierung einer direkten

Überwachung mittels permanenter Zustandsüberwachung (Condition Monitoring)

befürwortet:

• Diagnoseaufwand bzw. Inspektionsdauer waren vorher verhältnismäßig groß.

• Die Maßnahmeneffizienz (Erfolg durchgeführter Maßnahmen) war wegen un-

vollständiger oder fehlender Informationen unbefriedigend. Nur entsprechend

qualifizierte Mitarbeiter konnten diese Informationen akquirieren.

• Mehrere hundert, konstruktiv identischer Funktionsprüfeinrichtungen in mehre-

ren Werken weltweit bieten ein großes Potenzial, welches sich durch die Imp-

lementierung einer übertragbaren Lösung erschließen lässt.

• Die Verläufe analoger Signale von anlageninternen Sensoren erlauben eine

reproduzierbare Indikation des Zustands vieler Komponenten.

Die grundsätzliche Erwartung an das Condition Monitoring war die mittelfristige Re-

duzierung von Instandsetzungskosten durch unmittelbar zur Verfügung stehende und

qualitativ hochwertige Informationen zum Zustand der Anlage im Störungsfall. Wei-

terhin sollten die generierten Informationen helfen, Schwachstellen zu finden um,

Verbesserungsmaßnahmen durchzuführen und die Prozesszuverlässigkeit nachhal-

tig zu steigern. Dies sollte in erster Linie durch die implementierten, prädiktiven Algo-

rithmen erreicht werden. Bevorstehende Fehler und Störungen sollen durch vorbeu-

gende, somit zustandsbasierte Maßnahmen vor ihrem Eintritt ursächlich behoben

werden.


103

5.3.2. Realisierung

Nachdem die zur Zustandsbewertung notwendigen Datenquellen erschlossen, also

Abgriffe für die analogen Signale vorhanden waren, mussten Algorithmen entwickelt

werden, welche anhand dieser den Zustand der zu überwachenden Komponenten

beurteilen können. Die Algorithmen müssen einerseits performant und andererseits

sehr zuverlässig und präzise arbeiten, um möglichst zweifelsfrei den Zustand zu

indizieren. Die Algorithmen konnten aus Kapazitätsgründen nicht in die Steuerung

bzw. den Digitalen Signalprozessor (DSP) der Anlage integriert werden. Es wurde

deshalb ein separater Industrie-PC mit A/D-Wandlerkarte eingesetzt. Pro Anlage

werden Signale auf 4 Kanälen aufgezeichnet. Um bei den 16 zu überwachenden

Anlagen im betrachteten Fertigungsbereich die Anzahl der zu erfassenden Kanäle

gering zu halten, wurde ein Multiplexer mit einem Relaisarray und integrierter Signal-

konditionierung angefertigt, welcher zyklisch zwischen den Anlage weiterschaltet und

die jeweiligen 4 Kanäle an die A/D-Wandlerkarte übergibt.

Die Signalerfassung und -bewertung wurde vollständig in LabVIEW (National Instru-

ments) programmiert. LabVIEW ist eine grafische Programmierumgebung welche

durch die Datenflussdarstellung intuitiv bedienbar ist. Die Auswahl fiel auf LabVIEW,

weil zum einen verhältnismäßig schnell Logik abgebildet werden kann und zum an-

deren sich Dritte wegen der großen Verbreitung des Programms und der verständli-

chen Darstellung des „Codes“ leicht einarbeiten können (Abbildung 49).

Abbildung 49: Code in LabVIEW, Programmausschnitt aus Condition Monitoring Software


104

Die Datenverarbeitung extrahiert aus der komplexen Signalcharakteristik spezifische

Zustandsindikatoren (siehe Abbildung 50). Das Ergebnis ist ein ASCII-File mit den

einzelnen, extrahierten Werten. Lediglich im Falle einer Negativ-Bewertung, also

wenn eines der Merkmale außerhalb der definierten Grenzen liegt, werden die we-

sentlich speicherintensiveren Urwerte des Signals für weitere Analysen dem Messer-

gebnis beigelegt. Als besondere Herausforderung hat sich das Triggern der Datener-

fassung erwiesen. Die Datenerfassung wurde extern realisiert, erhält also keine In-

formationen von der Anlagensteuerung, in welchem Programmschritt diese sich be-

findet. Die für eine Bewertung notwendigen Randbedingungen müssen also indirekt

und in Echtzeit über die erfassten Kanäle bestimmt werden.

Abbildung 50: Benutzeroberfläche des Condition Monitoring Messrechners Rechts: Ausgangswerte (komplexe Signalcharakteristik) Links: Ergebnis der Bewertung (extrahierte Merkmale und Befund)

Die generierten Informationen werden von einem Windows Service in eine Oracle

10g Datenbank eingetragen. Als Benutzerschnittstelle wird ein bereits existierendes

ASP.NET-Frontend eines von Bosch entwickelten, browserbasierten MES-Systems

verwendet. Ein Microsoft IIS Webserver liest entsprechend des Benutzerwunsches

Daten aus der Datenbank, visualisiert sie entsprechend des in ASP definierten De-

signs und übergibt das Ergebnis an den Browser (vgl. Architektur mit Abbildung 39,

S. 81).


105

5.3.3. Organisatorische Integration

Die Nutzer der Zustandsinformationen erhalten keinen Zugriff auf die Oberfläche des

Messrechners (Abbildung 50). Die generierten Informationen werden über zwei We-

ge publiziert. Der erste, benutzerinitiierte Abruf von Zustandswerten über das Web-

Frontend (Abbildung 51) ist zum Zeitpunkt der Niederschrift dieser Arbeit in großen

Teilen realisiert. Dem Benutzer – Maschinenbediener, Prozessverantwortliche und

Instandhaltungspersonal – stehen Auswertungen auf der Basis historischer und ak-

tueller Daten zur Verfügung. Langzeitanalysen und Korrelationen unterstützen bei

der Schwachstellenanalyse und Lokalisierung von Störungsursachen. Als zweiter

Weg wird innerhalb der gleichen Architektur ein Monitoring implementiert, bei dem

die Zustandsinformationen in Echtzeit publiziert werden. Dafür stehen aus Sicht des

Benutzers wiederum zwei Wege zur Auswahl:

• Pull-Prinzip: Visualisierung auf Bildschirm, Benutzer liest Informationen zu ei-

nem selbst gewählten Zeitpunkt ab

• Push-Prinzip: Sobald eine bevorstehende Störung erkannt wird, sendet ihm

das System eine Information per SMS, Email oder Voice-Mail

Abbildung 51: Web-Frontend des Condition Monitoring Systems (OIS.NET) Darstellung eines Zustandsmerkmales von mehreren Anlagen im zeitlichen Verlauf

Um die Informationen für die zustandsbasierte Instandhaltung zu nutzen, müssen

diese vor einer Instandsetzungs- oder Wartungsmaßnahme eingesehen werden.

Dem Instandhalter muss sogar untersagt werden, eine vom Condition Monitoring für


106

tauglich befundene Komponente zu tauschen, weil dies einen Rückschritt in konven-

tionelle Instandhaltungsstrategien bedeuten würde. Eine Möglichkeit wäre, dem In-

standhalter bestimmte Ersatzteile erst auf Nachweis eines Prüfprotokolls auszuhän-

digen. Infrage kommen dafür einerseits hochwertige Komponenten aber auch solche,

deren Austausch die Fertigungsanlage negativ beeinflussen kann. Negative Einflüs-

se können lange Reparatur- und damit Stillstandszeit, Qualitäts- und Leistungsver-

luste durch Einlaufzeiten oder die Schaffung neuer Fehlerquellen durch den Eingriff

auf ein systematisch stark vernetztes Element sein (vgl. Kapitel 2.4, S. 24).

5.4. Fazit

Zur Beantwortung der wissenschaftlichen Fragestellung wurde in diesem Kapitel eine

Systematik entwickelt, die in Kapitel 4 vorgestellten Methoden in Abhängigkeit der

Lebensphase des Fertigungssystems einzusetzen. Berücksichtigt wurden die Analy-

seergebnisse, auf welche Elemente des MTO-Modells und in welchen Dimensionen

der OEE die Methoden wirken. Die Systematik ist ein Leitfaden zur Auswahl von

zuverlässigkeitssteigernden Maßnahmen. Ferner wurde die Bedeutung kontinuierlich

auszuführender Methoden zur Sicherung der Prozesszuverlässigkeit nachgewiesen.

Durch die automatische und kontinuierliche Generierung von Zustandsinformationen

wird die Überwachung des Prozesses, die Kontrolle der Wirksamkeit von Maßnah-

men und insbesondere die Erkennung von bestehenden oder bevorstehenden Stö-

rungen ermöglicht. Am Beispiel des Condition Monitoring Systems wird somit der

Nachweis der in Hypothese 2 (Datennutzen) aufgestellten Behauptung erbracht. Die

generierten Informationen beschleunigen den Diagnoseprozess erheblich, dienen der

Auswahl von konkreten Instandsetzungsmaßnahmen und unterstützen die Verbesse-

rung im Sinne von [DIN 31051]. Das entwickelte System liefert Informationen, welche

vorher nur mit erheblichem Aufwand beschafft werden konnten oder nicht verfügbar

waren. Die ganzheitliche Wirksamkeit des Condition Monitoring an den Elementen

des MTO-Modells wurde nachgewiesen:

• Mensch: Geringerer Diagnoseaufwand; deutliche Erhöhung der Transparenz

der mechatronischen Prozesse innerhalb der Anlage

• Technik: Verbesserung der Zuverlässigkeit; Schwachstellenbeseitigung

• Organisation: Verbesserte Entscheidungsbasis; ermöglicht Einführung zu-

standsbasierter Instandhaltung; bessere Planbarkeit von Maßnahmen

6. Zusammenfassung und Ausblick

107


Die Prozesszuverlässigkeit hat umfassenden Einfluss auf die Rentabilität und Effi-

zienz von Produktionssystemen und somit auf das Primärziel von Unternehmen, der

Erwirtschaftung von Gewinn. Bei erfolgreicher Steigerung der Prozesszuverlässigkeit

kann langfristig die Fertigung durch höhere Verfügbarkeit der einzelnen Anlagen

ausgewogener und bestandsarm gestaltet werden. Dadurch kann die Nachfrage

besser bedient werden (Liefertermintreue), die Produktionskosten durch ein verbes-

sertes Leistungs- und Qualitätsniveau reduziert werden und das Betriebsergebnis

insgesamt maximiert werden.

Die vorliegende Arbeit bietet eine Systematik, zuverlässigkeitssteigernde Methoden

ihrem maximalen Nutzen entsprechend unter Berücksichtigung der Elemente des

sozio-technischen Systems nach MTO und der systematisch-integrativen Gestaltung

von Maßnahmen, auszuwählen. Die Durchführung dieser Maßnahmen ist nachweis-

lich über den Lebenszyklus der Fertigungsanlage von der Entwicklung bis über die

gesamte Betriebsphase hinweg sinnvoll, möglich und notwendig. Als Ziel wurde die

Verbesserung von Qualitätsgrad, Leistungsgrad und der Verfügbarkeit zur Maximie-

rung des wirtschaftlichen Nutzens des Fertigungssystems verfolgt.

Die Wirksamkeit von Methoden mit signifikantem Potenzial zur Steigerung der Zuver-

lässigkeit wurde untersucht. Die diskutierten Methoden betreffen jeweils mehrere

Elemente des MTO-Modells (Abbildung 41, S. 87). Dabei wurde festgestellt, dass die

am umfassend wirksamsten Maßnahmen eigentlich keine sind. Die kontinuierliche

Sensibilisierung der Mitarbeiter auf die Prozesszuverlässigkeit, wie es im TPM ge-

schieht, oder Wissensmanagement verbunden mit einer fairen Partizipation des Mit-

arbeiters erschließt Potenziale über die Motivation, die eigenen und die Zielgrößen

des Unternehmens zu verbessern.

Die Kenntnis über den Zustand des Fertigungssystems ist von großer Bedeutung zur

Steigerung der Prozesszuverlässigkeit. Die rechtzeitige Reaktion auf Abweichungen

vom definierten Prozess- und Qualitätsniveau sowie vom Leistungsniveau ist ebenso

wie das unmittelbare Erkennen von Störungen eine Voraussetzung für maximale

Rentabilität des Fertigungssystems. Prädiktive Systeme wie das in Kapitel 5.3 auf

S. 100 vorgestellte Beispiel, erschließen weitere Potenziale durch unmittelbare Ver-

kürzung der MTTR und mittelbare Verlängerung der MTBF.


108

6.1. Diskussion der Hypothesen

Der Nachweis von Hypothese 1 (Fokus Technik vs. System) ist schwierig, aber ge-

lungen. Anhand der konsequenten Betrachtung des wechselseitigen Einflusses der

Prozesszuverlässigkeit und der Elemente des MTO-Modells konnte die einseitige

Fokussierung auf technische Lösungen als ungenügend zur Herstellung ganzheitli-

cher Optima bewertet werden. Um die Prozesszuverlässigkeit langfristig auf hohem

Niveau zu stabilisieren, muss bei Maßnahmen ein integrativer Ansatz unter Berück-

sichtigung aller Prozesselemente, einschließlich des Menschen, verfolgt werden:

"Erst wenn der Ingenieur versteht, daß ein Mensch-Maschine-System (MMS) zumindest aus zwei Elementen besteht, nämlich dem Element Maschine und dem ‚Element’ Mensch, findet er im Sinne der Komplexität die richtigen gestal-terischen Ansätze." [Freymadl, 1998]

Die Übertragung von Verantwortung auf die unmittelbar am Prozess beteiligten Per-

sonen ist die Grundlage, Verbesserungspotenziale kontinuierlich zu erschließen (sie-

he 4.2.1, S. 56). Teilen sich Personen mit unterschiedlichem zeitlichem Bezug zum

Prozess die Verantwortung, lassen sich operativ (Maschinenbediener ist Wissensträ-

ger) und taktisch / strategisch (Instandhaltungspersonal / Planer sind Wissensträger)

umzusetzende Maßnahmen definieren und umsetzen. Daraus kann sich ein funktio-

nierender, kontinuierlicher Verbesserungsprozess etablieren.

Die Nutzung der kognitiven Fähigkeiten und die Aufrechterhaltung der Motivation der

am Prozess beteiligten Mitarbeiter ist, ganzheitlich betrachtet, die Voraussetzung,

umfassende Managementkonzepte oder Philosophien wie TPM im Unternehmen zu etablieren. Wird dies missachtet, sind Aussagen wie „Wir machen jetzt TPM. – Wa-

rum? – Weil wir jetzt TPM machen müssen.“ die Folge. Sowohl Hypothese 1, die

eine systematische, am MTO-Modell orientierte Umsetzung von Maßnahmen ver-

langt, als auch Hypothese 3, die einen Paradigmenbruch in der Zieldefinition der

Instandhaltung fordert, stützen sich auf die Motivation und den positiven Änderungs-

wille der Mitarbeiter. Die Motivation kann in letzter Konsequenz nur durch die struktu-

relle und organisatorische Gestaltung der Arbeitsaufgabe wie unter 4.2.2 bis 4.2.5

beschrieben, beeinflusst werden.

Die in Hypothese 2 (Datennutzen) aufgestellte Behauptung, dass automatisch er-

fasste Zustandsinformationen die Maximierung der Prozesszuverlässigkeit unterstüt-

zen, ist verifiziert (4.1.4, S. 49). Die zur Bereitstellung der Informationen notwendigen


109

Komponenten wurden in Kapitel 4.5, S. 76, beschrieben. Die Wirksamkeit und der

wirtschaftliche Nutzen wurde in Kapitel 5.3, S. 100, anhand einer realisierten Kombi-

nation aus Condition Monitoring und SPC nachgewiesen. Technische Lösungen wie

diese stellen Informationen über drohende Störungen rechtzeitig und in entspre-

chender Präzision zur Verfügung. Dadurch kann die Ursache schnell, zielgerichtet

und geplant behoben werden. Das Beherrschen von Störungen und das Vermögen,

Ausfälle auf Basis reproduzierbarer Analysen zu verhindern, dient durch die Erhö-

hung der zur Verfügung stehenden Kapazität bei gleich bleibenden Ressourcen un-

mittelbar dem Unternehmenszweck, mit minimalem Aufwand fristgerecht einwand-

freie Produkte zu produzieren. Indirekt kann durch die verbesserte Transparenz das

Vertrauen in die Betrachtungseinheit gesteigert werden und somit die unter 4.2,

S. 52, aufgeführten Effekte zwischen Zufriedenheit und Motivation zur Verbesserung

stimuliert werden.

Die ebenfalls in Hypothese 2 angemahnte kritische Verwendung der Daten begrün-

det sich in zweierlei Hinsicht. Erstens ist die automatische Akquise von Daten zwin-

gend unter Beachtung ökonomischer Aspekte durchzuführen. Der Diagnoseprozess

ist jedoch nur solange fortzusetzen, wie der Nutzen der zusätzlich erlangten Informa-

tionen größer ist als der Aufwand der Untersuchungen und die Verluste durch zu-

sätzliche Stillstandszeit [Wohllebe et al., 1978; Pfeifer, 1993; Lauenstein et al., 1993].

Zweitens dürfen dem Entscheidungsträger nur solche Ergebnisse als verlässlich

repräsentiert werden, welche auf Basis reproduzierbarer und zweifelsfreier Algorith-

men und Ausgangsdaten generiert wurden. Unscharfe Prognosen mit großem Inter-

pretationsrahmen dürfen nicht als verlässliches Ergebnis dargestellt werden, son-

dern, als solche gekennzeichnet, lediglich zur Entscheidungsunterstützung dienen.

Die in Hypothese 3 (Zieldefinition Instandhaltung – Zuverlässigkeitsmaximierung)

formulierte Notwendigkeit der Ausrichtung der Instandhaltungsziele an Zuverlässig-

keitskriterien konnte implizit, aber nicht vollständig belegt werden. Hypothese 3 muss

deshalb abgelehnt werden. Bei praktisch jeder der diskutierten Methoden hat die

Instandhaltung mittelbaren oder unmittelbaren Einfluss oder vereint in sich initiieren-

des, ausführendes und kontrollierendes Element. Strategien wie die Zuverlässig-

keitsorientierte Instandhaltung (RCM) betonen die Zuverlässigkeit als Zielkriterium,

vernachlässigen aber andere wichtige Aspekte wie das selbstverständliche Zusam-

menwirken von Mensch, Technik und Organisation. Dennoch kann RCM, kombiniert

mit einem umfassenden Managementkonzept wie TPM, aktuell als beste Antwort auf


110

die veränderten Anforderungen an die Instandhaltung gewertet werden. Die in [DIN

EN 13306] formulierte Aufgabe „Erhaltung des funktionsfähigen Zustandes [einer

Einheit] oder der Rückführung in diesen, so daß sie die geforderte Funktion erfüllen

kann.", kann in der Zieldefinition zwar verwendet, muss aber erweitert werden um

den Aspekt der Optimierung und Verbesserung.

6.2. Ausblick

Zukünftige Forschungsaktivitäten sollten den empirischen Nachweis der Wirksamkeit

zuverlässigkeitssteigernder, MTO-orientierter Maßnahmen während der Lebenspha-

sen von Fertigungssystemen erbringen. Insbesondere für die Entwicklungsphase

ließe sich die Planungsheuristik um die Zielgröße Prozesszuverlässigkeit und der zur

Steuerung und Beeinflussung notwendigen Methoden ergänzen.

Die Berücksichtigung der Instandhaltbarkeit von Maschinen und Anlagen gilt momen-

tan nicht für die Standardisierung der Schnittstellen bzw. Übernahmefähigkeit dia-

gnostischer Daten. Fehlende oder stark dedizierte Schnittstellen, insbesondere für

die technische Diagnostik, erschweren die freie Auswahl von Instandhaltungsstrate-

gien. Durch das konstruktiv vorgegebene Maß der Instandhaltbarkeit entsteht ein

Wahlzwang für eine konkrete Strategie. Die Abhängigkeiten möglicher Instandhal-

tungsstrategien von den zur Verfügung stehenden Schnittstellen sollten klassifiziert

und daraus normativ verwertbare Definitionen abgeleitet werden.

Der Einsatz der unter 2.5.2 auf S. 27 erwähnten TEEP (Total Effective Equipment

Productivity) könnte im Vergleich zur OEE untersucht werden. TEEP ist leider nicht

weit verbreitet, berücksichtigt jedoch das ökonomische Prinzip und orientiert sich

deshalb besser als die OEE am Primär- und Rentabilitätsziel des Unternehmens.

Ein interessanter und vielversprechender Schwerpunkt für weitere Forschungsaktivi-

täten könnte auf der Bilanzierung der durch Standardisierung auftretenden Effekte

liegen (vgl. 4.2.5, S. 61). Dabei muss untersucht werden, inwieweit der Grad der

Standardisierung Flexibilität und Kreativität hemmt, welche Personen davon profitie-

ren und welche sich in ihrem menschlichen Grundbedürfnis nach Freiheit (siehe

Abbildung 28, S.55) eingeschränkt sehen. Die Bilanz sollte versuchen, das Dilemma

zwischen dem Ermöglichen eines kreativen, kontinuierlichen Verbesserungsprozes-

ses und der Sicherung erreichter Standards zu lösen.

Verzeichnisse

111

ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Produktion als Wertschöpfungsprozess....................................................................... 11 Abbildung 2: Instandhaltungsaufwendungen nach Leistungen......................................................... 12 Abbildung 3: Wachstum der Erwartungen an die Instandhaltung..................................................... 14 Abbildung 4: Unvollständige Auswahl wissenschaftlicher Disziplinen und deren Wirkungsbereich

am MTO-Modell............................................................................................................ 15 Abbildung 5: Aufbau der Arbeit ......................................................................................................... 19 Abbildung 6: Systemtechnisches Modell eines Produktionsunternehmens...................................... 20 Abbildung 7: Technische Verfügbarkeit von Fertigungsanlagen in Abhängigkeit vom

Komplexitätsgrad ......................................................................................................... 21 Abbildung 8: Systemlebenszyklusstufen........................................................................................... 22 Abbildung 9: Globaler Wandel - Aspekte der veränderten Herausforderung an Unternehmen ....... 23 Abbildung 10: Produktionssystem aus systemtheoretischer Sicht...................................................... 24 Abbildung 11: Arbeitssystem nach [REFA, 1984] ............................................................................... 24 Abbildung 12: Sozio-technisches System mit dem MTO-Ansatz (Mensch-Technik-Organisation) .... 25 Abbildung 13: Verteilung der Ausfallhäufigkeit, sogenannte „Badewannenkurve“ ............................. 30 Abbildung 14: Ausfallratencharakteristik mechanischer und elektronischer Komponenten ............... 30 Abbildung 15: Geschwindigkeit der Änderung von Merkmalswerten.................................................. 32 Abbildung 16: Dimensionen und Klassen von Störungen................................................................... 33 Abbildung 17: Prozessschärfe und Prozesslage als Zielgrößen der Statistischen Prozesskontrolle

(SPC)............................................................................................................................ 34 Abbildung 18: Vergleich zweier Verläufe der Lebenszykluskosten..................................................... 37 Abbildung 19: Typische Abbaukurve des Abnutzungsvorrates nach [DIN 31051] ............................. 40 Abbildung 20: Maßnahmen der Instandhaltung nach DIN 31051 und deren Wirkung auf den

Abnutzungsvorrat ......................................................................................................... 41 Abbildung 21: Auswahl und monetäre Effekte der optimalen Instandhaltungsstrategie..................... 42 Abbildung 22: Klassische Qualitätsregelkarte mit unterer und oberer Eingriffs- / Warngrenze.......... 45 Abbildung 23: Phasen einer Störungsbehebung ................................................................................ 47 Abbildung 24: Störungsbehebung nach der U-Methode..................................................................... 48 Abbildung 25: Kostenentwicklung eines störungsbedingten Anlagenausfalls mit und ohne

Zustandsüberwachung................................................................................................. 50 Abbildung 26: Kategorien durch den Menschen verursachter Fehler................................................. 52 Abbildung 27: Fehlerhäufigkeit und Effektivität in Abhängigkeit vom Stressniveau ........................... 54 Abbildung 28: Maslow´sche Bedürfnispyramide ................................................................................. 55 Abbildung 29: Produktivität (y-Achse) in Abhängigkeit von Gruppengröße (x-Achse) ....................... 61 Abbildung 30: 5 Säulen des TPM........................................................................................................ 63 Abbildung 31: Kalkulation und Verluste der OEE ............................................................................... 65 Abbildung 32: Demingkreis / PDCA-Zyklus zur kontinuierlichen Verbesserung................................. 66 Abbildung 33: Nutzen aus Kombination von kontinuierlicher Verbesserung und

Verbesserungsprojekten .............................................................................................. 67 Abbildung 34: Planungsphasen von Fertigungssystemen .................................................................. 68 Abbildung 35: Arbeitsteilung Mensch-Maschine ................................................................................. 70 Abbildung 36: Zehner-Regel; Kosten der Fehlerkorrektur in den Produktlebensphasen ................... 73 Abbildung 37: Diagnoseverfahren nach [VDI 2888] ............................................................................ 77 Abbildung 38: Integrationsstufen der Zustandserfassung (technische Diagnostik) ............................ 78

Verzeichnisse

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Abbildung 39: Grundfälle der signalbasierten Fehlerfrüherkennung .................................................. 81 Abbildung 40: Restnutzungsdauerprognose mittels Extrapolation ..................................................... 83 Abbildung 41: Wirksamkeit ausgewählter Methoden zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit

am MTO-Modell in den Dimensionen der OEE (Qualität, Leistung und Verfügbarkeit)..................................................................................................................................... 87

Abbildung 42: Wirksamkeit ambulanter und permanenter Zustandserfassung im Vergleich mit konventionellen, nicht EDV-gestützten Methoden ....................................................... 93

Abbildung 43: Qualität und Bereitstellungszeit von Diagnosedaten mit verschiedenen Diagnose- / Detektionsverfahren ..................................................................................................... 94

Abbildung 44: Eingriffspunkte zuverlässigkeitssteigernder Maßnahmen während der Entwicklungsphase von Fertigungsanlagen................................................................. 95

Abbildung 45: Auswahl kontinuierlich auszuführender Methoden zur Verbesserung und Sicherung der Prozesszuverlässigkeit im Lebenszyklus von Fertigungsanlagen......................... 96

Abbildung 46: Kriterien der Auswahl einer Instandhaltungsstrategie ................................................. 97 Abbildung 47: Auswahl der Instandhaltungsstrategie ......................................................................... 98 Abbildung 48: Effektivität multikultureller Gruppen ........................................................................... 100 Abbildung 49: Code in LabVIEW, Programmausschnitt aus Condition Monitoring Software ........... 103 Abbildung 50: Benutzeroberfläche des Condition Monitoring Messrechners ................................... 104 Abbildung 51: Web-Frontend des Condition Monitoring Systems (OIS.NET) .................................. 105

TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1: Verteilung möglicher Ausfallcharakteristika ................................................................. 31 Tabelle 2: Klassifikationsschema zur Ermittlung technischer Störungen anhand psychologischer

Komplexitätsmerkmale................................................................................................. 48 Tabelle 3: Vorhersagbarkeit von Fehlern in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften............................ 51 Tabelle 4: Potenziale und Risiken des prädiktiven Condition Monitorings ................................... 51 Tabelle 5: Fehlerquoten ausgewählter, durch den Menschen verrichteter Tätigkeiten................ 53 Tabelle 6: Stufen der Arbeitszufriedenheit und resultierender Änderungswille ............................ 55 Tabelle 7: Gegenüberstellung der Prozessverantwortung von Instandhalter und

Maschinenbediener...................................................................................................... 56 Tabelle 8: Auswahl von Darstellungsformen zur Entscheidungsunterstützung............................ 91

FORMELVERZEICHNIS Formel 1: Overall Equipment Effectiveness (OEE) ...................................................................... 27 Formel 2: Nyquist-Theorem [Wendemuth, 2005] ......................................................................... 46 Formel 3: Motivationspotenzial einer Arbeitsaufgabe .................................................................. 59 Formel 4: Risikoprioritätszahl (RPZ) der FMEA ........................................................................... 72

Verzeichnisse

113

LITERATURVERZEICHNIS Adam, 1989 | ADAM, Sarwat: Optimierung der Anlageninstandhaltung : Verfügbarkeitsanforderung,

Ausfallfolgekosten und Ausfallverhalten als Bestimmungsgrößen wirtschaftliche sinnvoller In-standhaltungsstrategien. Berlin : Erich Schmidt, 1989. ISBN 3-503-02852-8. – Dissertation

Alsmeyer, 2007 | ALSMEYER, Frank: Durchgängige Nutzung von Prozessdaten im Lebenszyklus verfahrenstechnischer Anlagen. In: Automatisierungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 7, S. 58-63, ISSN 0178-2320.

Alberti, 1999 | ALBERTI, Michael: Untersuchung zu den Wirkmechanismen bei Implementierung teil-autonomer Gruppenarbeit in der Produktion unter Berücksichtigung von arbeits-, sozialpsycholo-gischen und ökonomischen Kenngrößen. Technische Universität Chemnitz-Zwickau, Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme, 1997. Heft 22, ISSN 0947-2495. – Dissertation

Al-Rahdi, 2002 | AL-RAHDI, Mehdi ; KAMISKE, Gerd F. (Hrsg.): Total Productive Management. Mün-chen ; Wien : Hanser, 2002. ISBN 3-446-21873-4

Baaske & Rothe, 2004 | BAASKE, Gisa; ROTHE, Rajko: Psychologische Aspekte der Verlässlichkeit der Mensch-Maschine-Interaktion. Deutsche Gesellschaft für Luft und Raumfahrt e.V., 46. Fach-ausschusssitzung Anthropotechnik, 2004. – Tagungsband

Bamberg et al., 2007 | BAMBERG, Andreas ; DÜNNEBIER, Guido; JÄCKLE, Christiane et. al: Six Sigma in der Prozessindustrie. In: Automatisierungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 1, S. 42-50, ISSN 0178-2320.

Beckmann & Marx, 1994 | BECKMANN, Gottfried ; MARX, Dieter: Instandhaltung von Anlagen. Leip-zig ; Stuttgart : Verlag für Grundstoffindustrie, 1994. ISBN 3-342-00427-4

Beeck, 1987 | BEECK, Alfred: Systemorientierte Untersuchungen zur Problematik einer instandhal-tungsgerechten Anlagenplanung. Düsseldorf : VDI-Verlag, 1987. ISBN 3-18-144116-3

Bertsche & Lechner, 1990 | BERTSCHE, Bernd; LECHNER, Gisbert: Zuverlässigkeit im Maschinenbau. London, Berlin, Heidelberg : Springer-Verlag, 1990. ISBN 3-540-52888-1

Bentley, 1993 | BENTLEY, John M.: Reliability and Quality Engineering. Harlow : Longman Scientific & Technical, 1993. ISBN 0-582-08970-0

Biedermann et al., 1991 | BIEDERMANN, Hubert (Hrsg.) et al.: Instandhaltungsmanagement im Wan-del. Köln : Verlag TÜV Rheinland, 1993. ISBN 3-8249-0137-4

Birolini, 1997 | BIROLINI, Alessandro: Quality and Reliability of Technical Systems. Berlin ; Heidel-berg ; New York : Springer-Verlag, 1997. ISBN 3-540-63310-3

Bosch, 1972 | BÜHLER, Friedrich: Einsatz eines Prozeßrechners für Langzeitprüfungen bei Zuverläs-sigkeitsuntersuchungen. In: BOSCH Technische Berichte 3, Heft 7. Stuttgart, 1972. – Firmen-schrift

Bosch, 2003 | ROBERT BOSCH GMBH: 10. Fähigkeit von Mess- und Prüfprozessen. Stuttgart, 2003. – Firmenschrift

Bosch, 2005 | ROBERT BOSCH GMBH: Innovative Wartung und Instandhaltung. C/HDM – Leonberg, 2005. – Firmenschrift

Bosch, 2005a | ROBERT BOSCH GMBH: Bosch Norm N62C-7.1: Technische Zuverlässigkeit und tech-nische Verfügbarkeit von Anlagen. C/CTN – Stuttgart, November 2005. – Firmenschrift

Bosch, 2006 | ROBERT BOSCH GMBH: Bosch Norm N62A-1: Gestaltung von Arbeitssystemen. C/CTN – Stuttgart, April 2006. – Firmenschrift

Brinkmeier, 1998 | BRINKMEIER, B.: Prozeßorientiertes Prototyping von Organisationsstrukturen im Produktionsbereich. Aachen : Shaker Verlag, 1998. ISBN 3-8265-4244-4. – Dissertation

Bubb, 1997 | BUBB, H.: Arbeitswissenschaftliche Grundlagen eines betrieblichen HF-Systems. VDI-Bericht : 1364. Düsseldorf : VDI-Verlag, 1997. ISBN 3-18-091364-9

Buck, 2007 | BUCK, Konrad: Verluste in Milliardenhöhe durch mangelnde Datenqualität. In: VDI nach-richten. 19. Oktober 2007, Nr. 42, S. 13

Büßelmann & Vermum, 2007 | BÜßELMANN, Michael ; VERMUM, Christian: Wege zum optimierten Alarmmanagement bei hoch dynamischer Anlagen-Fahrweise. In: Automatisierungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 1, S. 34-41, ISSN 0178-2320.

Davies, 1998 | DAVIES, A.: Handbook of Condition Monitoring – Techniques and Methodology. Lon-don : Chapman & Hall, 1998. ISBN 0-412-61320-4

Verzeichnisse

114

Denkena & Jacobsen, 2006 | DENKENA, Berenc ; JACOBSEN, Jörn: Senkung der Lebenszykluskosten von Werkzeugmaschinen durch Komponentenüberwachung. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftli-chen Fabrikbetrieb. 2006, Band 101, Heft 7/8, S. 440-443, ISSN 0947-0085.

Deser, 1997 | DESER, Frank: Chaos und Ordnung im Unternehmen. Heidelberg : Physica-Verlag, 1997. ISBN 3-7908-1023-1

Dietrich & Schulze, 2007 | DIETRICH, Edgar ; SCHULZE, Alfred: Eignungsnachweis von Prüfprozes-sen. München ; Wien : Carl Hanser Verlag, 2007. ISBN 3-446-40732-4

DIN 8580 | DIN 8580:2003-09. Fertigungsverfahren - Begriffe, Einteilung. DIN 25424 | DIN 25424:1990-04. Fehlerbaumanalyse. DIN 31051 | DIN 31051:2003-06. Grundlagen der Instandhaltung. DIN 40041 | DIN 40041:1990-12. Zuverlässigkeit – Begriffe. DIN 55319 | DIN 55319:2002-03. Qualitätsfähigkeitskenngrößen. DIN 55350-11 | DIN 55350-11:2004-03. Begriffe zu Qualitätsmanagement und Statistik. DIN EN 13306 | DIN EN 13306:2001-09. Begriffe der Instandhaltung. DIN EN 60300-3-3 | DIN EN 60300-3-3:2005-03. Zuverlässigkeitsmanagement : Anwendungsleitfa-

den Lebenszykluskosten. DIN EN 61025 | DIN EN 61025:2007-08. Fehlzustandsbaumanalyse. DIN EN ISO 9000 | DIN EN ISO 9000:2006-12. Qualitätsmanagementsysteme – Grundlagen und

Begriffe. DIN EN ISO 9001 | DIN EN ISO 9001:2000-12. Qualitätsmanagementsysteme – Anforderungen. DIN IEC 60300-3-11 | DIN IEC 60300-3-11:2006-07. Zuverlässigkeitsmanagement : Anwendungsleit-

faden Auf die Funktionsfähigkeit bezogene Instandhaltung. DIN IEC 60300-3-15 | DIN IEC 60300-3-15:2006-05. Zuverlässigkeitsmanagement : Anleitung zur

technischen Realisierung der Systemzuverlässigkeit. DIN IEC 60812 | DIN IEC 60812:2001-10. Analysetechniken für die Funktionsfähigkeit von Systemen.DIN IEC 62264 | DIN IEC 62264. Integration von Unternehmens-EDV und Leitsystemen. DIN ISO 17359 | DIN ISO 17359:2003-11. Zustandsüberwachung und -diagnostik von Maschinen –

Allgemeine Anleitungen. DIN ISO 21747 | DIN ISO 21747:2007-03. Statistische Verfahren – Prozessleistungs- und Prozessfä-

higkeitskenngrößen für kontinuierliche Qualitätsmerkmale. DGQ 13-11, 2004 | DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR QUALITÄT E.V., DGQ-Band 13-11: FMEA - Fehler-

möglichkeits- und Einflussanalyse. Berlin ; Wien ; Zürich : Beuth Verlag, 2004. ISBN 3-410-32962-5

Dhillon, 1988 | DHILLON, Balbir S.: Zuverlässigkeitstechnik – Einfluß des Menschen. Weinheim : VCH Verlagsgesellschaft, 1988. ISBN 3-527-26845-6

Edworthy, 1994 | EDWORTHY, Judy: Urgency mapping in auditory warning signals. In: Stanton, 1994, S. 15-30

Eichler, 1990 | EICHLER, Christian: Instandhaltungstechnik. Berlin : VEB Verlag Technik, 1990. ISBN 3-341-00667-2

Engel, 1996 | ENGEL, Jürgen: Entwicklung eines wissensbasierten Informationssystems zur Unter-stützung der Störungsdiagnose. Düsseldorf : VDI Verlag, 1996. ISBN 3-18-319920-3

Fleischer et al., 2006 | FLEISCHER, Jürgen ; NIGGESCHMIDT, Stephan ; RÜHL, Jan: Einfluss von Servi-celeistungen auf die Verfügbarkeit produktionstechnischer Anlagen. In: ZWF Zeitschrift für wirt-schaftlichen Fabrikbetrieb. 2006, Band 101, Heft 10, S. 561-565, ISSN 0947-0085.

Fleischer et al., 2007 | FLEISCHER, Jürgen ; RÜHL, Jan ; WEISMANN, Udo ; FAIGLE, Bernd: Life Cycle Performance im Maschinen- und Anlagenbau. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbe-trieb. 2007, Band 102, Heft 1/2, S. 55-59, ISSN 0947-0085.

Frey, 2007 | FREY, Christian W.: Automatisierungsanlagen mittels selbstorganisierender Karten und Fuzzy-Methoden. In: Automatisierungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 8, S.36-41, ISSN 0178-2320.

Freymadl, 1998 | FREYMADL, Hans-Jörg: Schadensanalyse und Schadensbegrenzung in Sozio-technischen Systemen. Starnberg : Cottbus, 1998. – Dissertation

Frieling & Sonntag, 1999 | FRIELING, Ekkehart ; SONNTAG, Karlheinz: Arbeitspsychologie. Bern ; Göttingen ; Toronto ; Seattle : Huber, 1999. ISBN 3-456-82932-9

Verzeichnisse

115

Gausemeier, 2005 | GAUSEMEIER, Jürgen: Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus. Pader-born : Universität Paderborn Heinz Nixdorf Inst., 2005. ISBN 3-935-43364-6

Grundig, 2000 | GRUNDIG, Claus-Gerold: Fabrikplanung. München : Carl Hanser Verlag, 2000. ISBN 3-446-21373-2

Hacker, 1998 | HACKER, Winfried: Allgemeine Arbeitspsychologie : psychische Regulation von Ar-beitstätigkeiten. Bern : Huber, 1998. ISBN 3-456-82917-5

Henning et al., 2007 | HENNING, Klaus ; HEES, Frank ; BACKHAUS, Wolfgang: Wissen teilen oder Wis-sen verstecken. In: Automatisierungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 1, S. 71-81, ISSN 0178-2320.

HightechReport-DC, 2/06 | anonym: Innovationen? Aber abgesichert! HightechReport. DaimlerCh-rysler AG, 2006, II., S.30-33. – Firmenschrift

Hinrichs, 2006 | HINRICHS, Stephan: Fehleinschätzungen erzeugen Fehler. Intuitive Qualitätskenntnis steuert Aufmerksamkeit und Sorgfalt. In: QZ Qualität und Zuverlässigkeit. 2006, Band 51, Heft 5, S. 38-40, ISSN 0720-1214.

Hummel & Malorny, 2005 | HUMMEL, Thomas ; MALORNY, Christian ; KAMISKE, Gerd F. (Hrsg.): Total-Quality-Management. München ; Wien : Hanser, 1996. ISBN 3-446-18618-2

ISO 13374-1 | ISO 13374-1:2003-03. Condition monitoring and diagnostics of machines - Data proc-essing, communication and presentation.

ISO/TS 16949 | ISO/TS 16949:2003-12. Quality management systems. IT&P, 2006-II | sph, anonym: Unternehmenswert Kunde. IT&Production. 2006, Heft II., S.48-49, ISSN

1439-7722. Jaikumar & Bohn, 2000 | JAIKUMAR, Ramchandran ; BOHN, Roger E.: Firefighting by knowledge

workers. San Diego : University of California, 2000. Jöbstl, 2004 | JÖBSTL, Oliver ; BIEDERMANN, Hubert (Hrsg.): Verbesserung der Overall Equipment

Effectiveness als Maßnahme zur Kostensenkung. In: Leistungs- und kostenorientiertes Anla-genmanagement. Köln : TÜV-Verlag, 2004. ISBN 3-824-90891-3

Kacprzyk et al., 2004 | KACPRZYK, Janusz (Hrsg.) ; KORBICZ, Józef ; KOSCIELNY, Jan M. ; KOWALCZUK, Zdzislaw ; CHOLEWA, Wojciech: Fault Diagnosis. Berlin ; Heidelberg ; New York : Springer-Verlag, 2004. ISBN 3-540-40767-7

Kalaitzis et al., 1991 | KALAITZIS, Dimitrios (Hrsg.) et al.: Instandhaltungs-Controlling : Führungs- und Steuerungssystem erfolgreicher Instandhaltung. Köln : Verlag TÜV Rheinland, 1991. ISBN 3-88585-731-6

Karl, 2001 | KARL, Georg: Zuverlässigkeits-Management bei der BAYERNOIL Raffinerie. In: Kuhn & Bandow, 2001, S. 49-62

Kinkel & Zanker, 2007 | KINKEL, Steffen ; ZANKER, Christoph: Methoden zur fundierten Standortbe-wertung bei Automobilzulieferern. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2007. ISBN 978-3-540-70795-0

Kleppmann & Brunner, 2006 | KLEPPMANN, Wilhelm ; BRUNNER, Franz (Hrsg.): Taschenbuch Ver-suchsplanung – Produkte und Prozesse optimieren. München ; Wien : Hanser, 2006. ISBN 3-446-40617-4

Konradt, 1992 | KONRADT, Udo: Analyse von Strategien bei der Störungsdiagnose in der flexibel automatisierten Fertigung. Bochum : Brockmeyer, 1992. ISBN 3-88339-991-4. – Dissertation

Kothamasu et al., 2006 | KOTHAMASU, Ranganath ; HUANG, Samuel H. ; VERDUIN, William H.: Sys-tem health monitoring and prognostics. In: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2006, Volume 28, Nr. 9, S. 1012-1024. ISSN 0268-3768

Kuhn, 2007 | KUHN, H.: Six Sigma: Qualitätsmaßstab für fähige und beherrschte Prozesse. In: Gal-vanotechnik. 2007, Band 98, Heft 5, S. 1104-1108, ISSN 0016-4232.

Kuhn & Bandow, 2001 | KUHN, Axel (Hrsg.) ; BANDOW, Gerhard (Hrsg.): Instandhaltungswissen besser nutzen – strategischer Faktor für den Unternehmenserfolg. Dortmund : Verlag Praxiswis-sen, 2001. ISBN 3-932775-68-6

Kuhn & Schnell, 2001 | KUHN, Axel ; SCHNELL, Marcus: Wissensmanagement im Expertennetzwerk. In: Kuhn & Bandow, 2001, S. 27-47

Kuschnerus & Drathen, 2007 | KUSCHNERUS, Norbert ; DRATHEN, Hasso: Welche Automatisierung braucht man wirklich? In: Automatisierungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 4, S. 40-48, ISSN 0178-2320.

Laubner, 2001 | LAUBNER, Oliver: Benchmarking – Ein praxisorientierter Ansatz. In: Kuhn & Bandow, 2001, S. 175-182

Verzeichnisse

116

Lauenstein et al., 1993 | LAUENSTEIN, Günter (Hrsg.) ; RENGER, Klaus ; NOWOTNICK, Egon: Instand-haltungsstrategien für Maschinen und Anlagen. Berlin : Linde Verlag, 1993. ISBN 3-910205-29-1

Leischnig, 2005 | LEISCHNIG, Steffen: Design eines Flusssystems für Produktionsdaten und Erarbei-tung der Besonderheiten einer Informationsflussplanung unter Berücksichtigung kultureller As-pekte. TU Chemnitz, 2005. – Diplomarbeit

Leischnig, 2006 | LEISCHNIG, Steffen: Ansätze zur Zustandserfassung an EMI-Funktionsprüfung. TEF1 – Bamberg, 2006. – Firmenschrift

Leischnig, 2007 | LEISCHNIG, Steffen: Vergleich von ambulanten und permanente Methoden zur Zustandserfassung an Maschinen. TEF1 – Bamberg, 2007. – Firmenschrift

Leithner & Harnisch, 2001 | LEITHNER, R. ; HARNISCH, K.: Bewertungskriterien für Diagnosesysteme. VDI-Bericht : 1641. Düsseldorf : VDI-Verlag, 2001. ISBN 3-18-091641-9

Linck & Kulka, 2006 | LINCK, Johannes ; KULKA, Carsten: Instandhaltungsaufgaben richtig organisie-ren und bewerten. In: Fördern und Heben. 2006, Band 56, Heft 10, S. 464-465, ISSN 0341-2636.

Löwe et al., 2005 | LÖWE, Katharina ; DALIJONO, Taufan ; LÖHER, Heinz-Josef: Gesamtsystem Mensch und Maschine. In: CITplus. 2005, Heft 10, S. 42-45, ISSN 1436-2597.

Lu et al., 2007 | LU, Susan ; TU, Yu-Chen ; LU, Huitian: Predictive Condition-based Maintenance for Continuously Deteriorating Systems. In: Quality and Reliability Engineering International. 2007, Band 23, Heft 1, S. 71-81, ISSN 0748-8017.

Luczak & Schick, 2001 | LUCZAK, Holger ; SCHICK, Erwin: Lernende Organisation in der Instandhal-tung. In: Kuhn & Bandow, 2001, S. 81-90

Luczak et al., 1991 | LUCZAK, Holger (Hrsg.) et al.: Arbeitswissenschaft. Berlin : TU Berlin, 1991. ISBN 3-7983-1312-1

Maggard, 1995 | MAGGARD, Bill N.: TPM – Instandhaltung, die funktioniert. Landsberg / Lech : Verlag Moderne Industrie, 1995. ISBN 3-499-17395-6

Maslow, 2002 | MASLOW, Abraham H.: Motivation und Persönlichkeit. Reinbek b. Hamburg : Rowohlt, 2002. ISBN 3-499-17395-6

Matauschek & Peßl, 2006 | MATAUSCHEK, Johann ; PEßL, Ernst: Moderne Instandhaltungsphiloso-phien. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 2006, Band 101, Heft 11, S. 646-652, ISSN 0947-0085.

Mattschas, 2006 | MATTSCHAS, Axel: Produktivitätssteigerung durch Einsatz einer Maschinen- und Betriebsdatenerfassung an 400 heterogenen Anlagen. In: Automatisierungstechnische Praxis. 2006, Band 48, Heft 10, S. 44-52, ISSN 0178-2320.

Matyas, 1999 | MATYAS, Kurt: Taschenbuch Instandhaltungslogistik. München ; Wien : Hanser, 1999. ISBN 3-446-21070-9

Matyas, 2002 | MATYAS, Kurt: Ganzheitliche Optimierung durch individuelle Instandhaltungsstrate-gien. In: Industrie Management. 2002, Heft 18, S.13-16.

Maul, 2007 | MAUL, Christine: Von der Prozessführung zum Asset Management. In: Automatisie-rungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 2, S.34-38, ISSN 0178-2320.

Meier et al., 2007 | MEIER, H. ; BINNER, M. ; QUADE, N.: Verfügbarkeitsmanagement von Produktions-systemen. In: wt Werkstattstechnik online, Nr. 7/8, 2007, S. 544-548. ISSN 1436-4980

Meyna & Pauli, 2003 | MEYNA, Arno ; PAULI, Bernhard: Taschenbuch der Zuverlässigkeits- und Si-cherheitstechnik. München ; Wien : Hanser, 2003. ISBN 3-446-21594-8

Mertins et al., 1992 | MERTINS, Kai ; ALBRECHT, Rolf ; STEINBERGER, Viktor: Werkstattsteuerung – Werkstattmanagement : Wegweiser für die Einführung. München ; Wien : Hanser, 1992. ISBN 3-446-17197-5

Mörstedt, 2002 | MÖRSTEDT, Antje-Britta: Total Dynamic Organization: Zukunftsorientierte Gestaltung der Organisation auf Basis der Chaosforschung. Universität Göttingen. Göttingen : Sierke Ver-lag, 2002. – Dissertation

Moubray, 1991 | MOUBRAY, John: Reliability-centred Maintenance. Oxford ; London : Butterworth-Heinemann, 1991. ISBN 0-7506-0230-9

Mühlenkamp, 2008 | MÜHLENKAMP, Sabine: Online-Pumpendiagnose drückt den Energieverbrauch. In: VDI nachrichten. 11. April 2008, Nr. 15, S. 27

Müller & Leischnig, 2008a | LEISCHNIG, Steffen ; MÜLLER, Egon: Das Streben nach Prozesszuverläs-sigkeit. – nicht veröffentlichte Studie.

Verzeichnisse

117

Müller & Leischnig, 2008b | LEISCHNIG, Steffen ; MÜLLER, Egon: Früherkennung von Fehlern. In: Instandhaltung. 2008, Ausgabe 06/2008, S. 24-25, ISSN 0170-6993.

Müller & Leischnig, 2008c | LEISCHNIG, Steffen ; MÜLLER, Egon ; GERIL, Philippe (Hrsg.): Signal-based predictive condition monitoring. – ECEC-Proceedings. Ostend : EUROSIS-ETI, 2008. ISBN 978-9077381-39-7

Müller-Wondorf, 2008 | MÜLLER-WONDORF, Rolf ; KIP, anonym: Condition Monitoring spürt teure Energieverschwender auf. In: VDI nachrichten. 25. April 2008, Nr. 17

NA 102 | NA 102:2005-12 NAMUR-Arbeitsblatt. Alarm Management. Ndouma et al., 1997 | NDOUMA, J.R.F. ; ENDERLEIN, H. (Hrsg.) ; FÖRSTER, A. (Hrsg.) ; PETERMANN, J.

(Hrsg.) ; WIRTH, S. (Hrsg.): Grundtypen für die Instandhaltung in Produktionsbetriebsnetzen. Technische Universität Chemnitz-Zwickau, Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksyste-me, 1997. – Dissertation

Oldigs-Kerber, 2007 | OLDIGS-KERBER, Jürgen: Aspekte zum Wissensmanagement. In: Automatisie-rungstechnische Praxis. 2007, Band 49, Heft 1, S. 65-70, ISSN 0178-2320.

Peters, 2001 | PETERS, Harald: Neuronale Netze und Fuzzy-Analyse zur Anlagenzustandserkennung. In: Kuhn & Bandow, 2001, S. 151-161

Pfeifer, 1993 | PFEIFER, Tilo ; RICHTER, Michael M. (Hrsg.): Diagnose von technischen Systemen. Wiesbaden : Deutscher Universitäts-Verlag, 1993. ISBN 3-8244-2045-7

Pham et al., 2003 | PHAM, Hoang (Hrsg.) et al.: Handbook of Reliability Engineering. London : Sprin-ger-Verlag, 2003. ISBN 1-85233-453-3

Pretlove & Skourup, 2007 | PRETLOVE, John ; SKOURUP, Charlotte: Der Mensch im System. In: ABB Technik. 2007, Heft 0/1, ISSN 1013-3143.

Probst et al., 1999 | PROBST, Gilbert ; RAUB, Steffen ; ROMHARDT, Kai: Wissen managen. Wiesbaden : Gabler Verlag, 1999. ISBN 3-409-39317-4

Proft et al., 1989 | PROFT, Gerhard (Leiter Autorenkollektiv): Instandhaltung. Berlin : Verlag Die Wirt-schaft, 1989. ISBN DDR 3-349-00578-0

Proksch et al., 2001 | PROKSCH, Rüdiger ; WESTKÄMPER, Engelbert (Hrsg.) ; BULLINGER, Hans J.: Modellbasierte Planung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien am Beispiel einer Serien-fertigung mit geringer Variantenzahl. Stuttgart : Jost-Jetter Verlag, 2001. ISBN 3-931388-83-2

Prüß & Nebl, 2006 | PRÜß, Henning ; NEBL, Theodor: Instandhaltungspolitik im Rahmen einer ganz-heitlichen Anlagenwirtschaft. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 2006, Band 101, Heft 12, S. 728-734, ISSN 0947-0085.

Puppe et al., 2001 | PUPPE, Frank ; ZIEGLER, Susanne ; MARTIN, Ulrich ; HUPP, Jürgen: Wissensba-sierte Diagnosesysteme im Service-Support. Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag, 2001. ISBN 3-540-67288-5

Quesenberry, 1997 | QUESENBERRY, Charles P.: SPC methods for quality improvement. New York : John Wiley & Sons, 1997. ISBN 0-471-13087-7

REFA, 1984 | REFA: Methodenlehre des Arbeitsstudiums : Grundlagen. München : Carl Hanser, 1984. ISBN 3-446-14234-7

Rinne & Mittag, 1995 | RINNE, Horst ; MITTAG, Hans-Joachim: Statistische Methoden der Qualitätssi-cherung. München ; Wien : Carl Hanser Verlag, 1995. ISBN 3-446-18006-0

Ruthenberg et al., 1990 | RUTHENBERG, Rolf ; FRÜHWALD, Hansjörg ; FRISCHKORN, Horst ; WILSCHEK, Rolf: Gewinnsteigernde Instandhaltung. Köln : Verlag TÜV Rheinland, 1990. ISBN 3-88585-869

Scharf, 2006 | SCHARF, A.: Maschinen überwachen sich selbst und melden kleinste Fehler. In: VDI nachrichten. 24. November 2006, Nr. 47

Schenk & Wirth, 2004 | SCHENK, Michael ; WIRTH, Siegfried: Fabrikplanung und Fabrikbetrieb. Hei-delberg : Springer-Verlag, 2004. ISBN 3-540-20423-7

Scherer, 1987 | SCHERER, Klaus-Peter: Mustererkennung und Prognoseverfahren in parametrischen Signalmodellen zu Fehlerfrühdiagnosen. Kernforschungszentrum Karlsruhe, 1987. ISSN 0303-4003. – Dissertation

Schilling et al., 1987 | SCHILLING, Günter (Hrsg.) et al.: Industrielle Produktionstechnik. Berlin : VEB Verlag Technik, 1987. ISBN 3-341-00028-3

Schloske, 2007 | SCHLOSKE, Alexander: Verfahren und Systeme zur Erhöhung der Prozessstabilität. In: Galvanotechnik. 2007, Band 98, Heft 6, S. 1380-1387, ISSN 0016-4232.

Schmigalla, 1995 | SCHMIGALLA, Hans: Fabrikplanung – Begriffe und Zusammenhänge. München ; Wien : Carl Hanser Verlag, 1995. ISBN 3-446-18572-0

Verzeichnisse

118

Schnieder, 2005 | SCHNIEDER, Eckehard: Integrierte Modellierung der Funktion und Zuverlässigkeit komplexer Mensch-Maschine-Systeme zur Bestimmung der Verfügbarkeit und Sicherheit. VDI-Bericht : 1884. Düsseldorf : VDI-Verlag, 2005. ISBN 3-18-091884-5

Schuh et al., 2007 | SCHUH, Günther ; FRANZKOCH, Bastian ; KUPKE, Daniel ; WESCH, Cathrin: Ver-fügbarkeitsorientierte Instandhaltung. In: wt Werkstattstechnik online, Nr. 7/8, 2007, S. 538-543. ISSN 1436-4980

Schuh et al., 2007a | SCHUH, Günther ; GOTTSCHALK, Sebastian ; ODAK, Romeo ; KEMPF, Markus ; KUPKE, Daniel: Verfügbarkeitsorientierte Instandhaltung. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 2007, Band 102, Heft 9, S. 516-519, ISSN 0947-0085.

Schulz, 2004 | SCHULZ, André S.: Interkulturelle Managementstrategien für multinationale Unterneh-men in China. Düsseldorf : VDM Verlag Dr. Müller, 2004. ISBN 3-936-75578-7

Shi et al., 2007 | SHI, D. ; AXINTE, D. A. ; GINDY, N. N.: Development of an online machining process monitoring system: a case study of the broaching process. In: The International Journal of Ad-vanced Manufacturing Technology, 2007, Volume 34, Nr. 1/2, S. 34-46. ISSN 0268-3768

Simani et al., 2003 | SIMANI, Silvio ; FANTUZZI, Cesare ; PATTON, Ron J.: Model-based Fault Diagno-sis in Dynamic Systems Using Identification Techniques. London : Springer-Verlag, 2003. ISBN 1-85233-685-4

Sonntag et al., 1997 | SONNTAG, Karlheinz ; SCHAPER, Niclas (Hrsg.): Störungsmanagement und Diagnosekompetenz. Zürich : vdf Hochschulverlag, 1997. ISBN 3-7281-2228-9

Spennhoff, 2006 | SPENNHOFF, Eckehard: Verwirrende Fähigkeiten. In: QZ Qualität und Zuverlässig-keit. 2006, Band 51, Heft 9, S. 38-41, ISSN 0720-1214.

Stacey, 1995 | STACEY, Ralph D.: Das Chaos managen : Kreativität und Innovation in einer Welt des Wandels. Wiesbaden : Gabler, 1995. ISBN 3-409-18763-4

Stanton, 1994 | STANTON, Neville: Human Factors in Alarm Design. London : Taylor & Francis, 1994. ISBN 0-74840-0109-1

Stark, 2007 | STARK, Rainer: Praxis widerlegt Theorie. Das SPC-Modell nach Shewhart ist unbrauch-bar. In: QZ Qualität und Zuverlässigkeit. 2007, Band 52, Heft 10, S. 20-21, ISSN 0720-1214.

Steinborn, 2005 | STEINBORN, Gerhard: Produktionsfaktor Instandhaltung. In: Erdöl-Erdgas-Kohle, 2005, Band 121, Heft 2, S. 74-80. ISSN 0179-3187

Sträter, 1997 | STRÄTER, O.: Einflüsse auf die menschliche Zuverlässigkeit in hochautomatisierten technischen Systemen. VDI-Bericht : 1336. Düsseldorf : VDI-Verlag, 1997. ISBN 3-18-091336-3

Stripp & Moran, 1991 | STRIPP, William G. ; MORAN, Robert T.: Dynamics of Successful International Business Negotiations. New York : Gulf Publishing Company, 1991. ISBN 0-87201-196-8

Strohm et al., 1997 | STROHM, Oliver (Hrsg.): Unternehmen arbeitspsychologisch bewerten. Zürich : vdf, 1997. ISBN 3-7281-2171-1

Sturm & Förster, 1990 | STURM, Adolf ; FÖRSTER, Rudolf: Maschinen- und Anlagendiagnostik für die zustandsbezogene Instandhaltung. Stuttgart : B. G. Teubner, 1990. ISBN 3-519-06333-6

Taag, 2000 | TAAG, Hans-Jürgen: Reliability-centred Maintenance (RCM). VDI-Bericht : 1554. Düs-seldorf : VDI-Verlag, 2000. ISBN 3-18-091554-4

Theden & Colsman, 2005 | THEDEN, Philipp ; COLSMAN, Hubertus ; KAMISKE, Gerd F. (Hrsg.): Total Productive Management. München ; Wien : Hanser, 2005. ISBN 3-446-40044-3

Tönshoff et al., 2006 | TÖNSHOFF, Hans-Kurt ; REINSCH, Steffen ; KLIE, Markus: Präzise Auskunft. Diagnoseunterstützung und Dokumentation für Service-Hotlines. In: QZ Qualität und Zuverläs-sigkeit. 2006, Band 51, Heft 4, S. 78-79, ISSN 0720-1214.

VDI 2884 | VDI 2884:2005-12. Beschaffung, Betrieb und Instandhaltung von Produktionsmitteln unter Anwendung von Life Cycle Costing (LCC).

VDI 2888 | VDI 2888:1999-12. Zustandsorientierte Instandhaltung. VDI 2890 | VDI 2890:1986-11. Planmäßige Instandhaltung. VDI 2893 | VDI 2893:2006-05. Auswahl und Bildung von Kennzahlen für die Instandhaltung. VDI 2898 | VDI 2898:1996-10. DV-Einsatz in der Instandhaltung. VDI 3423 | VDI 3423:2002-01. Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen. VDI 4001-2 | VDI 4001-2:2006-07. Terminologie der Zuverlässigkeit. VDI 4003 | VDI 4003:2007-03. Zuverlässigkeitsmanagement. VDI 4006-1 | VDI 4006-1:2002-11. Menschliche Zuverlässigkeit - Ergonomische Forderungen und

Methoden der Bewertung.

Verzeichnisse

119

VDI 4006-2 | VDI 4006-2:2003-02. Menschliche Zuverlässigkeit - Methoden zur quantitativen Bewer-tung menschlicher Zuverlässigkeit.

VDI 5600 | VDI 5600 Blatt 1 Entwurf:2006-08. Manufacturing Execution Systems – Fertigungsmana-gementsysteme.

VDI/DGQ 5506 | VDI/DGQ 5506 Entwurf:2000-06. Total Quality Management – TQM. VDI-Bericht 1239, 1995 | VDI-BERICHTE : 1239 : Erfolg durch zuverlässige Technik. Düsseldorf : VDI-

Verlag, 1995. ISBN 3-18-091239-1 Wahler, 2006 | WAHLER, Matthias: Agent in Sachen Produktivität. In: A&D-Themenheft Condition

Monitoring. 2006, S.48-51 Walter, 2007 | WALTER, Klaus-Dieter: Installationskosten im Griff. In: IT&Production. 2007, Heft I./II.,

S.32-34, ISSN 1439-7722. Warnecke et al., 1995 | WARNECKE, Hans-Joachim (Hrsg.): Moderne Instandhaltungstechniken. Köln

: Verlag TÜV Rheinland, 1995. ISBN 3-8249-0310-5. – Tagungsband Wendemuth, 2005 | WENDEMUTH, Andreas: Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung. Berlin ;

Heidelberg ; New York : Springer-Verlag, 2005. ISBN 3-540-21885-8 Werthschützky & Müller, 2007 | WERTHSCHÜTZKY, Roland ; MÜLLER, Ralf: Selbstüberwachung und

Störungstoleranz von autarken Sensoren. In: tm - Technisches Messen. Nr. 74, 2007, S.176-184. ISSN 0171-8096

Westkämper & Sihn, 1999 | WESTKÄMPER, Engelbert ; SIHN, Wilfried ; STENDER, Siegfried (Hrsg.): Instandhaltungsmanagement in neuen Organisationsformen. Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag, 1999. ISBN 3-540-63862-8

Westkämper & Warnecke, 2004 | WESTKÄMPER, Engelbert ; WARNECKE, Hans-Jürgen: Einführung in die Fertigungstechnik. Wiesbaden : B. G. Teubner Verlag, 2004. ISBN 3-519-56323-1

Wiendahl, 2005 | WIENDAHL, Hans-Peter: Betriebsorganisation für Ingenieure. München : Carl Han-ser, 1989. ISBN 3-446-22853-5

Wildemann, 1996 | WILDEMANN, Horst (Hrsg.): Controlling im TQM. Berlin ; Heidelberg ; New York : Springer-Verlag, 1996. ISBN 3-540-60969-5

Williams et al., 2007 | WILLIAMS, James D. ; WOODALL, William H. ; BIRCH, Jeffrey B.: Statistical Moni-toring of Nonlinear Product and Process Quality Profiles. In: Quality and reliability engineering in-ternational. 2007, Band 23, Heft 8, S.925-941, DOI: 10.1002/qre.901.

Wohllebe et al., 1978 | WOHLLEBE, Hermann (Hrsg.) et al.: Technische Diagnostik im Maschinenbau. Berlin : Verlag Technik, 1978. DK 631.3.004

www04 | www.ima.uni-stuttgart.de/zuverlaessigkeitstechnik/forschergruppe/ - 30.11.2007 www05 | www.ifw.uni-stuttgart.de/forschung/forschergruppe_639/ - 30.11.2007 www06 | www.destatis.de - 01.02.2008 Xu, 1995 | XU, Chunguang: Flexibilisierung der Instandhaltung durch Taktikoptimierung. Düsseldorf :

VDI-Verlag, 1995. ISBN 3-18-307716-7. – Dissertation Zhang, 1989 | ZHANG, X.J.: Auxiliary Signal Design in Fault Detection and Diagnosis. Berlin ; Heidel-

berg : Springer-Verlag, 1989. ISBN 3-540-51559-3 Zeller, 2006 | ZELLER, Martin: Lösungsorientierter Ansatz NA110. In: IT&Production. 2006, V./VI.,

S.16-17, ISSN 1439-7722. Zülch et al., 1998 | ZÜLCH, G. ; VOLLSTEDT, Th. ; SCHINDELE, H.: Berücksichtigung der menschlichen

Zuverlässigkeit bei der Planung von Personalstrukturen im Fertigungsbereich. VDI-Bericht : 1448. Düsseldorf : VDI-Verlag, 1998. ISBN 3-18-091448-3

Züst, 2000 | ZÜST, Rainer: Einstieg ins Systems Engineering. Zürich : Orell Füssli Verlag, 2000. ISBN 3-85743-990-4

Zwaga & Hoonhout, 1994 | ZWAGA, H.J.G. ; HOONHOUT, H.C.M.: Supervisory control behaviour and the implementation of alarms in process control. In: Stanton, 1994, S. 119-134

Lebenslauf

120

Persönliche Daten

Name Steffen Leischnig

Ausbildung Diplom-Ingenieur (Dipl.-Ing.)

Geboren am 12. November 1980 in Marienberg / Sa.

Familienstand verheiratet, 1 Kind

Schulausbildung

1987-1992 Grund- und Mittelschule Pockau

1992-1999 Gymnasium Marienberg. Abschluss: Abitur

Grundwehrdienst

1999-2000 Grundwehrdienst als Kraftfahrer (Kette) in der Generalfeldmar-

schall-Rommel-Kaserne in Osterode/Harz

Studium

2000-2005 Studium des Systems Engineering an der Technischen Universi-

tät Chemnitz in der Vertiefung Fabriksysteme

04/2005-09/2005 Diplomarbeit bei der Robert Bosch GmbH in Stuttgart mit dem

Thema „Design eines Flusssystems für Produktionsdaten und

Erarbeitung der Besonderheiten einer Informationsflussplanung

unter Berücksichtigung kultureller Aspekte“

Beruflicher Werdegang

09/2003-03/2005 Applikation eines Traceability-Systems bei Bosch Diesel s.r.o. in

Jihlava (Tschechien) als Praktikant und Werkstudent

09/2005-03/2006 Software-Architekt und Außendienst LSA GmbH, Hilmersdorf

04/2006-06/2008 Doktorand der Robert Bosch GmbH am Standort Bamberg

07/2008-03/2009 Projektleiter Prüftechnikthemen Robert Bosch GmbH, Bamberg

04/2009- Eintritt ins Familienunternehmen LSA GmbH, Hilmersdorf

Wissenschaftliche Schriftenreihe

des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme

Bisher erschienen:

Heft 1: Informationsflußsysteme im Bereich Materialfluß und Logistik (1994) Heft 2: Bewertung arbeitsorganisatorischer Voraussetzungen für Gruppenar-

beit im Fertigungsprozeß (1996) Heft 3: Ersatzteillogistische Unterstützung des Instandhaltungsprozesses durch

Methoden der bedarfsgerechten Planung und kostenoptimalen Bereit-stellung von Instandhaltungsmaterialien (1996)

Heft 4: Arbeitsschutz im Rahmen des Projektes Innovation durch moderne Produktionskonzepte und Lernstrategien in Kleinbetrieben - IMPULS-K (1996)

Heft 5: Robuste Produktionsprozesse im Fokus der Betriebswirtschaft (1996) Heft 6: Lösung von Planungs- und Steuerungsproblemen für kleine und mittlere

Unternehmen (KMU) (1996)

Heft 7: Betriebliche Folgen veränderter Altersstrukturen in der Montage (1996) Heft 8: Innovative Unternehmens- und Produktionsnetze (1996) Heft 9: KAIZEN in robusten Produktionsprozessen mit komplexer Anlagen-

struktur (1996) Heft 10: Prozeßorientierte Organisationsgestaltung - Voraussetzung für Grup-

penarbeit (1997) Heft 11: Die prozeßorientierte Platzkostenrechnung als Basis des Gemeinkos-

tenmanagements in robusten Unternehmen (1997) Heft 12: Grundtypen für die Instandhaltung in Produktionsbetriebsnetzen (1997) Heft 13: Beitrag zur adaptiven Kopplung von statischer und dynamischer Fabrik-

planungssoftware (1997) Heft 14: Leitfaden zur alter(n)sgerechten physiologischen Arbeitsgestaltung in

der Montage (1997) Heft 15: Untersuchungen zur komplexen Optimierung des Arbeitssystems „mo-

tormanuelle Waldarbeit“ (1997) Heft 16: Entwicklung einer Software zur Gestaltung soziotechnischer Systeme in

der Serienmontage (1998) Heft 17: INVAS Innovationsfähigkeit im Bereich Montage bei veränderten Al-

tersstrukturen (Dokumentation 1. Chemnitzer Workshop) (1998) Heft 18: INVAS Innovationsfähigkeit im Bereich Montage bei veränderten Al-

tersstrukturen (Dokumentation 2. Chemnitzer Workshop) (1998)

Heft 19: Entwicklung und Nachweisführung einer Methodik zur Einführung und Stabilisierung von veränderten Prozessen in der Produktentwicklung (1999)

Heft 20: Transaktionskostenbasierte Modellierung und Simulation von Personal-ressourcen in virtuellen Unternehmen (1999)

Heft 21: Arbeitswissenschaftliche Untersuchungen zu ausgewählten Varianten der Computernutzungsart und –form am Beispiel der Werkstattlayoutp-lanung (1999)

Heft 22: Untersuchung zu den Wirkmechanismen bei Implementierung teilauto-nomer Gruppenarbeit in der Produktion unter Berücksichtigung von ar-beits-, sozialpsychologischen und ökonomischen Kenngrößen (1999)

Heft 23: Verfahren zur simulationsgestützten Regelung der Kanban-Steuerung bei dynamischen Bedarfen (2000)

Heft 24: Simulationsbasierte Dimensionierung von Produktionssystemen mit de-finiertem Potential an Leistungsflexibilität (2000)

Heft 25: Layoutplanung betrieblicher Funktionseinheiten –Leitfaden- (2000) Heft 26: Kompetenzzellenbasierte regionale Produktionsnetze (2000) Heft 27: Gestaltung des arbeitsteiligen Prozesses zwischen zentraler Arbeits-

planung und Werkstattpersonal (2000) Heft 28: Arbeitswissenschaftliche Gestaltung und Nachweisführung eines integ-

rierten Managementsystems in kleinen und mittleren Unternehmen (2000) Heft 29: Untersuchungen zur Flexibilisierung der Arbeitszeit einer auftragsbezo-

genen Fertigung am Beispiel einer Maschinenfabrik (2000) Heft 30: Methodik einer integrativen partizipativen Softwareentwicklung darges-

tellt am Beispiel eines Softwarewerkzeuges zur werkstattnahen Arbeits-planung und Fertigungssteuerung (2001)

Heft 31: Organisationsentwicklung teilautomatisierter Montagesysteme durch soziotechnische Analyse, Gestaltung und Bewertung sowie iterative Umsetzung entlang der Prozesskette (2001)

Heft 32: Optimierung bestehender teilautomatisierter Montagesysteme unter be-sonderer Berücksichtigung soziotechnischer Analyse- und Gestal-tungsmaßnahmen (2001)

Heft 33: Beitrag zur Effizienzsteigerung während Produktionsanläufen in der Au-tomobilindustrie (2001)

Heft 34: Entwicklung einer Methodik zur Unterstützung der sozioökonomischen Balance in Werkstätten für Behinderte (2002)

Heft 35: Integrative modulare Produktionssystemplanung (2003) Heft 36: Modellierung und Simulation von Tätigkeitsstrukturen in der Teileferti-

gung des Maschinenbaues (2003) Heft 37: Integrierter Umweltschutz bei der Produktionsstättenplanung (2003) Heft 38: Integration der Transpondertechnologie zur Erhöhung der Leistungsfä-

higkeit der operativen Produktionssteuerung (2004) Heft 39: Untersuchung zur Übertragbarkeit der Kompetenzzellenbasierten Ver-

netzungstheorie auf die variantenreiche Serienproduktion (2004) Heft 40: Bedienbarkeit von Fertigungseinrichtungen (2005)

Heft 41: Methode zur Revitalisierung, Modernisierung und Umnutzung von In-dustriebrachen (2005)

Heft 42: Entwicklung einer Methodik zur Gestaltung von flexiblen Arbeitszeitsys-temen (2005)

Heft 43: Entwicklung einer Methode für die Planung von Projekten unter Anwen-dung des kompetenzzellenbasierten Vernetzungsansatzes (2005)

Heft 44: Simulationsintegrierte Grobplanung von Montagesystemen für die Se-rienmontage am Beispiel der Automobilzulieferindustrie (2005)

Heft 45: Theoretische Grundlagen der bausteinbasierten, technischen Gestal-tung wandlungsfähiger Fabrikstrukturen nach dem PLUG+PRODUCE Prinzip (2005)

Heft 46: Methode zur Gestaltung von Flexibilitätsstufenbasierten Fabrikplattfor-men (2005)

Heft 47: Gestaltung und Evaluation eines Mitarbeiter-Management-Informations-Systems in der Montage eines Automobilwerkes (2005)

Heft 48: Erfolgsfaktoren unternehmensübergreifender Kooperation am Beispiel der mittelständischen Automobilzulieferindustrie in Sachsen (2005)

Heft 49: Heuristik zur Gestaltung ganzheitlicher Anreizsysteme aus soziotechni-scher Sicht (2005)

Heft 50: Methodik zur Struktur- und Layoutplanung wandlungsfähiger Produkti-onssysteme (2005)

Heft 51: Entwicklung der Zeitdaten-Backend-Methode für die mathematische Verarbeitung betrieblicher Prozessdaten zu Planzeiten (2005)

Heft 52: Gestaltungslösung für die Dienstleistungsfabrik Montage (2006)

Heft 53: Entwicklung und Evaluation eines Beurteilungsverfahrens für handge-haltene, motorisch angetriebene Schlagwerkzeuge (2006)

Heft 54: Optimierung der technischen Unternehmensführung mittels gewichteter Kennzahlen für KMU der Lackindustrie (2006)

Heft 55: Anwendung des Systems Engineering zur Verbesserung des Betriebes von planetaren Missionen (2006)

Heft 56: Methode zur Entwicklung und kontinuierlichen Verbesserung des An-laufmanagements komplexer Montagesysteme (2007)

Heft 57: Beitrag zur organisationsorganisatorischen Gestaltung in Niedriglohn-ländern dargelegt am Fallbeispiel einer Elektronikproduktion in China (2007)

Heft 58: Entwicklung von standardisierten Prozessbausteinen für seilunterstützte Rettungs- und Bergeprozesse (2007)

Heft 59: Modellierung, Planung und Gestaltung der Logistikstrukturen kompe-tenzzellenbasierter Netze (2007)

Heft 60: Produktions- und Prozessoptimierung mit Hilfe von Kennzahlensyste-men (2007)

Heft 61: Methode der logistischen Werkstruktur-Überplanung für Anlagen zur Herstellung von Fließgütern (2007)

Heft 62: Theoretische und empirische Beiträge zur Fabrikplanung unter dem As-pekt des demografischen Wandels (2007)

Heft 63: Kaizenorientierte Ablauforganisation am Beispiel schlanker Montage-systeme (2008)

Heft 64: Methodische Ansätze zur Verbesserung der Integration des Service in den Produktlebenszyklus von Automobilen (2008)

Heft 65: Beitrag zur Verbesserung des Sicherheitsstandards bei seilunterstütz-ten Arbeitsverfahren im internationalen Vergleich (2008)

Heft 66: Methodik zur prozessorientierten Restrukturierung von Arbeitssystemen – Methodik „proReAS“ (2008)

Heft 67: Ergonomische Gestaltung multimedialer Arbeitsmittel (2008) Heft 68: Mehrkriterielle Adaption multimedialer Prozessbeschreibungen für den

Fabrikbetrieb mittels wissensbasierter Planungssysteme (2008)

Heft 69: Entwicklung von Methoden zur ganzheitlichen integrierten Planung wandlungsfähiger Fabriken unter Nutzung der Digitalen Fabrik (2008)

Heft 70: Modulares Planungskonzept für Logistikstrukturen und Produktionsstät-ten kompetenzzellenbasierter Netze (2008)

Heft 71: Methoden und Werkzeuge zur Gestaltung energieeffizienter Fabriken (2009)

Heft 72: Methodik zur Vernetzung geographisch verteilter Forschungs- und Ent-wicklungszentren (2009)

Heft 73: Kooperationskultur projektbezogener Unternehmenskooperationen – Ein Beitrag zur Entwicklung eines Gestaltungsansatzes (2009)

S-Heft 1: Zur Entwicklung einer führungsorientierten Kosten- und Leistungsrech-

nung mit dem Schwerpunkt der Marktsegmentierung für klein- und mit-telständische Unternehmen (1997)

S-Heft 2: Verbundprojekt: Robuste Produktionsprozesse - Teilvorhaben: For-schung und Transfer (1998)

S-Heft 3: Gesundheitsfördernde Interventionen zur Senkung von Fehlzeiten in Unternehmen – ein integrativer gesundheitswissenschaftlicher Ansatz von Betriebswirtschaft, Arbeits- und Sozialwissenschaften (2000)

S-Heft 4: Vernetzt planen und produzieren – VPP2001 (Tagungsband) (2001) S-Heft 5: Kompetenznetze der Produktion und mobile Produktionsstätten –

TBI’02 (Tagungsband) (2002)

S-Heft 6: Stadtumbau und Revitalisierung – Besondere Probleme der Industrie-, Gewerbe- und Infrastrukturbrachen (Tagungsband) (2002)

S-Heft 7: Vernetzt planen und produzieren – VPP2003 (Tagungsband) (2003) S-Heft 8: Vernetzt planen und produzieren – VPP2004 (Tagungsband) (2004) S-Heft 9: Strukturwandel in Wirtschaftsstandorten (Tagungsband) (2004)

S-Heft 10: Zukunftsweisende Konzepte für Produktions- und Logistiksysteme (Begleitband) (2005)

S-Heft 11: Strategien für ganzheitliche Produktion in Clustern und Netzen – TBI’05 (Tagungsband) (2005)

S-Heft 12: Vernetzt planen und produzieren – VPP2006 (Tagungsband) (2006)

S-Heft 13: Vernetzt planen und produzieren – VPP2007 (Tagungsband) (2007)

S-Heft 14: Wandlungsfähige Produktionssysteme – TBI‘08 (Tagungsband) (2008)

Bestellung (Preis pro Heft 10,-- EUR) über: Dipl.-Ing. G. Kobylka TU Chemnitz Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme 09107 Chemnitz

UND FABRIKSYSTEME Wissenschaftliche Schriftenreihe · DMAIC Define-Measure-Analyse-Improve-Control:...

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