Harald Apel
Instandhaltungs- und Servicemanagement
Systeme mit Industrie 4.0
Vorwort
6
Inhalt
8
1 Instandhaltungs- und Servicemanagement – Überblick
18
1.1 Zuverlässiges Anlagen- und Betriebsmittelmanagement
18
1.2 Funktionsbeeinträchtigungen von technischen Systemen
22
1.3 Konsequenzen und Anforderungen
27
1.4 Differenzierende Einflussfaktoren und Wirkungen auf die Leistungserbringung
29
1.5 Bezugsbasis und Ziele des Service
35
1.6 Abgrenzung und Ziele der Instandhaltung
38
1.7 Kontrollfragen
42
1.8 Literatur
42
2 Instandhaltungs- und Serviceprozesse
44
2.1 Geschäftsprozesse
44
2.2 Aufgaben des technischen Service
46
2.2.1 Serviceleistungen für technische Systeme
46
2.2.2 Produktbegleitender Service
48
2.2.3 Produktunabhängiger Service
49
2.2.4 Typische Aufgaben des technischen Service
49
2.3 Aufgaben der Instandhaltung
50
2.3.1 Instandhaltungsarten und Grundformen
50
2.3.2 Inspektion
52
2.3.3 Wartung
56
2.3.4 Instandsetzung
60
2.3.5 Verbesserung
62
2.4 Die unterschiedlichen Sichten auf das Instandhaltungsobjekt
63
2.5 Instandhaltungsmanagement im Servicesystem
65
2.6 Kontrollfragen
67
2.7 Literatur
68
3 Funktionsstruktur technischer Systeme
70
3.1 Anwendungen technischer Systeme in Produktion und Konsumtion
70
3.2 Funktionsstruktur technischer Systeme mit Produktfunktionen
71
3.3 Funktionsstruktur der Informationssysteme im technischen System
73
3.4 Funktionsstruktur technischer Systeme mit Servicefunktionen
75
3.5 Funktionsstruktur technischer Systeme mit Produktionsfunktionen
78
3.6 Beeinträchtigungen der Funktionalitäten technischer Systeme
80
3.7 Funktionelle Einflüsse und Wirkzusammenhänge im technischen System
82
3.7.1 Funktionale Zusammenhänge
82
3.7.2 Zuverlässigkeit der technischen Komponenten
83
3.7.3 Rolle des Menschen
84
3.7.4 Organisation
84
3.7.5 Informationssystem
84
3.7.6 Rolle des Servicesystems – Sekundäre Ebene
85
3.8 Kontrollfragen
86
3.9 Literatur
86
4 Funktionserfüllung und Ausfallverhaltenen
87
4.1 Funktionserfüllung im System-Lebenszyklus und Konsequenzen
87
4.2 Zustandsarten eines technischen Systems
90
4.2.1 Zustände der Funktionserfüllung eines technischen Systems
90
4.2.2 Rahmenbedingungen der Funktionsfähigkeit des technischen Systems
92
4.2.3 Der Zuverlässigkeitsbegriff
94
4.3 Verfügbarkeit technischer Systeme
95
4.3.1 Einflussfaktoren und Bestimmung der Verfügbarkeit
95
4.3.2 Zuverlässigkeitsmanagement und Ausfallverhalten technischer Systeme
101
4.3.3 Sicherheit als security und safety
106
4.3.4 Instandhaltbarkeit
107
4.3.5 Instandhaltungsvermögen
110
4.3.6 Verfügbarkeit von Informationssystemen
111
4.4 Kontrollfragen
114
4.5 Literatur
114
5 Gebrauchsminderungen
117
5.1 Belastung
117
5.2 Ereignisse und Zustände der Einheiten
120
5.2.1 Abbau von Gebrauchseigenschaften und Ausfall
120
5.2.2 Fehler im technischen System und Fehlerarten
122
5.2.3 Störungskausalitäten
124
5.2.4 Funktionen des technischen Systems und ihre Zustandsarten aus zeitlicher Sicht
125
5.2.5 Schädigungen
126
5.3 System- und Komponentenausfälle in der Wechselwirkung
128
5.3.1 Ausfälle der Einheit
128
5.3.2 Abnutzungen von Komponenten und ihre Wirkung
130
5.3.3 Belastungen durch Betriebsbedingungen
131
5.3.4 Funktionsbeeinträchtigende Wirkungen auf die Zuverlässigkeit des technischen Systems
137
5.4 Prozess der Abnutzung und seine Wirkungen
139
5.4.1 Gebrauchsmindernde Prozesse und Wirkungen von Schädigungen
139
5.4.2 Mechanische Belastungen
140
5.4.3 Tribologische Belastungen
141
5.4.4 Chemische/elektrochemische Belastungen
142
5.4.5 Thermische Belastung
143
5.4.6 Elektrische Belastung
144
5.4.7 Elektromagnetische Belastung
145
5.4.8 Hydrostatische/hydro- und aerodynamische Belastung
146
5.4.9 Informationsverarbeitungs-Belastung
147
5.4.10 Alterung
149
5.5 Modelle des Ausfallverhaltens und Simulation
150
5.5.1 Ausfallrate und Lebensverhalten technischer Systeme
150
5.5.2 Zeitlicher Verlauf von Ausfallverhalten und Ursachen
152
5.5.3 Abhängigkeiten der Teilkomponenten
153
5.5.4 Werkzeuge (der Simulation) zur Modellierung des Ausfallverhaltens
155
5.6 Zusammenfassung
157
5.7 Kontrollfragen
157
5.8 Literatur
158
6 Beeinflussung der Funktionserfüllung technischer Systeme
160
6.1 Beeinflussende Wirkungen in den Prozessphasen
160
6.2 Einflüsse auf die Primärfunktion
162
6.3 Einflüsse auf die Sekundärleistung
164
6.4 Besondere Wirkungen der Informationsbereitstellung
167
6.5 Planung von Betrieb und Nutzung technischer Systeme – Pre?-?Orientierung
168
6.6 Nutzung technischer Systeme – Rolle von Prävention und Reaktion
169
6.6.1 Gebrauchswertverhalten
169
6.6.2 Alternativen der Vermeidung und Beseitigung
171
6.6.3 Rolle von Prävention und Reaktion
173
6.7 Schlussfolgerungen aus dem Ausfallverhalten – Postorientierung
174
6.8 Konsequenzen der Erhaltung und Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Systems
175
6.9 Methodenwissen – Technische Gestaltung und Dimensionierung
180
6.9.1 Redundanz
180
6.9.2 Derating
182
6.9.3 Qualifizierungstests
182
6.9.4 Normierungen und Standards
183
6.10 Methodenwissen – Mitarbeitereinbeziehung
183
6.10.1 Shopfloormanagement
183
6.10.2 Rüstzeitoptimierung mit SMED
185
6.10.3 Arbeitsplatzgestaltung mit 5S
185
6.11 Methodenwissen – Organisatorische Einbindung
186
6.11.1 Architekturkonzept der IT-Einbindung
187
6.11.2 Prinzipien der Verfügbarkeit
187
6.11.3 Overall Equipment Effectiveness (OEE)
188
6.11.4 Capability Maturity Model Integration (CMMI)
189
6.11.5 Strukturelle und vertragliche Einbindung der Service-Dienstleister
193
6.11.6 Lagerhaltungsstrategien für Ersatzteile und übrige Ressourcen
195
6.12 Kontrollfragen
196
6.13 Literatur
196
7 Das technische System im IuS-Management
199
7.1 Einsatz technischer Systeme
199
7.1.1 Typische Einsatzcharakteristiken und Rahmenbedingungen
199
7.1.2 Systemaufbau
199
7.2 Pre-Prozesse der Gestaltung und Auswahl des technischen Systems
200
7.2.1 Entscheidungssituation
200
7.2.2 Identifizierung und Klassifizierung der TS
201
7.2.3 Vorgabedaten der Konstruktion und Projektierung
202
7.2.4 Bedarfsplanung
204
7.2.5 Beachtung der Instandhaltbarkeit
204
7.2.6 Auswahl der Dienstleistungen aus Sicht der Serviceabsicherung
205
7.2.7 Obsoleszenzmanagement
206
7.2.8 Stammdaten-Erfassung
207
7.2.9 Konfiguration der Instandhaltungs- und Servicetechnik
207
7.3 Nutzung und Betrieb des technischen Systems
208
7.3.1 Präventive Prozesse
208
7.3.2 Aufgaben der TS in der Nutzung
209
7.3.3 IuS-Technik in Diagnose und Wartung
211
7.3.4 Aufarbeitung und Nachbau in IuS-Werkstätten
214
7.4 Post-Prozesse
216
7.4.1 Nutzung des Controllings
216
7.4.2 Übersicht der genutzten Prozesskennzahlen
217
7.4.3 Entsorgung
218
7.5 Zusammenfassung
219
7.6 Kontrollfragen
220
7.7 Literatur
220
8 Instandhaltungs- und Serviceorganisation
222
8.1 Aufbau- und Ablauforganisation
222
8.1.1 Grundlagen der Organisation
222
8.1.2 Technische und informationstechnische Rahmenbedingungen
223
8.1.3 Aufbauorganisation
224
8.1.4 Gestaltung der räumlichen und baulichen Struktur
226
8.1.5 Prozessmanagement in der Ablauforganisation
228
8.1.6 Qualitätsmanagement
229
8.1.7 Besonderheiten der mobilen Instandhaltung
231
8.2 Pre-Prozesse der Auswahl der Organisationsstruktur
234
8.2.1 Entscheidungssituation
234
8.2.2 Identifizierung und Klassifizierung der Prozesse
235
8.2.3 Fremdvergabe von Instandhaltungs- und Serviceleistungen
236
8.2.4 Entscheidung zur Aufbau- und Ablaufstruktur
238
8.2.5 technische und administrative Vorbereitung
239
8.2.6 Gefährdungsbeurteilungen und Aspekte der Arbeitssicherheit
240
8.3 Ablaufprozesse in Funktions- und Servicebereichen
240
8.3.1 präventive Prozesse
240
8.3.2 Nutzung und reaktive Prozesse
244
8.4 Post-Prozesse der Aufbau- und Ablauforganisation und Auswertung
251
8.4.1 Nutzung des Controllings
251
8.4.2 Planung und Kontrolle der Prozessleistung
252
8.4.3 technische, organisations- und informationstechnische Konsequenzen
254
8.5 Zusammenfassung mit Bewertungsgrößen/Kennziffern
254
8.6 Kontrollfragen
255
8.7 Literatur
256
9 Ressourcen im IuS-Management
258
9.1 Einsatz von Ersatzteilen und Tools
258
9.1.1 Rolle von Ersatzteilen und Tools der Ersatzteilwirtschaft
258
9.1.2 Arten von Ersatzteilen
260
9.1.3 Strukturierung und Charakterisierung von Ressourcen
261
9.1.4 Ziele des Ersatzteil- und Toolmanagements
263
9.1.5 Anforderungen aus Sicht der Hersteller
266
9.1.6 Anforderungen aus Sicht der Betreiber
269
9.1.7 Aufgaben und Besonderheiten des Ersatzteilmanagements
270
9.1.8 Werkzeugmanagement und Management sonstiger Arbeitsmittel
272
9.2 Pre-Prozesse des Komplettierungssystems
273
9.2.1 Präventive technische Auslegung der Ersatzteilstruktur
273
9.2.2 Disposition - Planung der Versorgung
277
9.2.3 Aufgaben der Logistik und Materialwirtschaft
282
9.2.4 Zusammenarbeit mit Serviceunternehmen und Dienstleistern
287
9.2.5 Planung von Nachserienversorgungsstrategien
288
9.3 Prozesse der Bereitstellung von Ersatzteilen
290
9.3.1 Präventive Prozesse
290
9.3.2 „Background“-Absicherung
295
9.3.3 Bereitstellung und reaktive Prozesse
297
9.4 Post-Prozesse des Umgangs mit Ressourcen
300
9.4.1 Nutzung des Controllings
300
9.4.2 Auswertung der Lagerbestandsführung
301
9.4.3 Planung und Kontrolle der Prozessleistung
302
9.4.4 Technisch-organisatorischer Abschluss der Prozesse des Ersatzteilmanagements
303
9.4.5 Entsorgung von Altteilen nach Austausch im Rahmen der betrieblichen Abfallwirtschaft
303
9.5 Zusammenfassung
305
9.6 Kontrollfragen
306
9.7 Literatur
306
10 Personaleinsatz im IuS-Management
308
10.1 Planung, Qualifizierung und Einsatz von Mitarbeitern/Akteuren
308
10.1.1 Mitarbeitereinbeziehung
308
10.1.2 Rahmenbedingungen und beteiligte Akteure
310
10.1.3 Einbindung der Mitarbeiter in Prozessstrukturen
311
10.2 Pre-Prozesse der Mitarbeiterrekrutierung
312
10.2.1 Profildefinition
312
10.2.2 Bedarfsplanung und -beschaffung
314
10.2.3 Ausbildung und Qualifikation
316
10.3 Mitarbeitereinsatz und seine operative Planung
316
10.3.1 Präventive Prozesse
316
10.3.2 Mitarbeiteraufgaben im Einsatz
319
10.3.3 Mitarbeiteraufgaben bei reaktiven Prozessen
321
10.3.4 Begleitende Prozesse während der Leistungserbringung
322
10.4 Post-Prozesse des Mitarbeitereinsatzes
324
10.4.1 Nutzung des Controllings
324
10.4.2 Planung und Kontrolle der Prozessleistung
325
10.5 Zusammenfassung
326
10.6 Kontrollfragen
327
10.7 Literatur
328
11 Informationssystem im IuS-Management in der primären Ebene der Funktionserbringung
329
11.1 Informationsmanagement zu Produktionssystemen, Produkten und Serviceprozessen
329
11.1.1 Das Informationssystem
329
11.1.2 Informationsprozesse der primären Ebene
331
11.2 Pre-Prozesse des Informationsmanagements
334
11.2.1 Wissensbereitstellung durch Aus- und Weiterbildung
334
11.2.2 Vorgabedaten der Konstruktion, Regeln und Erfassung
335
11.2.3 Informations- und Steuerungssysteme der Anlagen und Produkte
337
11.2.4 Ablauforganisatorische Einbindung des Informationssystems
338
11.3 Prozesse der Informationsnutzung und -verarbeitung in Produktionssystemen, Produkten und Serviceprozessen
340
11.3.1 Präventive Prozesse
340
11.3.2 Nutzung und reaktive Prozesse
343
11.4 Post-Prozesse und deren Auswertung
345
11.4.1 Qualitätssicherung
345
11.4.2 Monitoring
345
11.4.3 Informationsaufnahme und -bearbeitung
346
11.4.4 Informationsauswertung
346
11.4.5 Dokumentierte Informationen
347
11.5 Zusammenfassung
350
11.6 Kontrollfragen
350
11.7 Literatur
351
12 Informationssystem im IuS-Management der Serviceprozesse
352
12.1 Informationsmanagement in Servicesystemen
352
12.1.1 Leistungskategorien des Servicesystems in der sekundären Ebene der Funktionserbringung
352
12.1.2 Struktur und Inhalte des Servicesystems
354
12.1.3 Instandhaltungsplanungs- und -steuerungssysteme (IPS)
357
12.1.4 Kunden Service Center – Support-Systeme
358
12.2 Pre-Prozesse der Gestaltung und Informationsversorgung des Servicesystems
360
12.2.1 Wissensvermittlung und Qualifizierung – Zuordnung von Verantwortlichkeiten
360
12.2.2 Sondierung des Informationsbedarfs der Konfiguration der Servicetechnik
360
12.2.3 Informations- und Steuerungssysteme zur Servicetechnik
361
12.2.4 Die ablauforganisatorische Einbindung des Servicesystems
363
12.3 Ablaufprozesse und Informationsnutzung und -verarbeitung im Servicesystem
364
12.3.1 Präventive Prozesse
364
12.3.2 Nutzung und reaktive Prozesse
367
12.4 Post-Prozesse der Informationsnutzung und -verarbeitung und Auswertung
368
12.4.1 Qualitätssicherung
368
12.4.2 Monitoring
369
12.4.3 Informationsaufnahme und -bearbeitung
370
12.4.4 Informationsauswertung
370
12.4.5 Dokumentierte Informationen
371
12.5 Zusammenfassung
374
12.6 Kontrollfragen
374
12.7 Literatur
375
13 Serviceprozesse der Funktionserbringung – Informationstechnische Systeme (IT-Systeme)
376
13.1 Informationstechnische Systeme
376
13.1.1 IT-Dienstleistungen
376
13.1.2 IT-Grundstrukturen
381
13.1.3 Hardwarekomponenten
384
13.1.4 Softwarekomponenten
386
13.1.5 Verteilte Systeme – Netzwerke
387
13.1.6 Das Internet der Dinge (IoT)
387
13.1.7 Informationssicherheit und IT-Risiken
388
13.2 Pre-Prozesse des Aufbaus der IT-Struktur und ihre Einflussnahme auf die Serviceleistung
392
13.2.1 Strategische Planung
392
13.2.2 Vorgabedaten des Anforderungsbedarfs – Requirements Management
393
13.2.3 Konfiguration von IT-Systemen und Netzstrukturen – Design
396
13.2.4 Auswahl und Integration von Software
397
13.3 Prozesse der Nutzung von IT-Strukturen
400
13.3.1 Präventive Prozesse
400
13.3.2 Nutzung
401
13.3.3 Reaktive Prozesse und Eskalationsmanagement
403
13.3.4 IT-Asset-Management
404
13.4 Post-Prozesse der IT-Nutzung und -verarbeitung
404
13.4.1 Nutzung des Controllings
404
13.4.2 Planung und Kontrolle der Prozessleistung
405
13.4.3 Hardwareentsorgung und Datensicherung
406
13.5 Zusammenfassung mit Bewertungsgrößen/Kennziffern
407
13.6 Kontrollfragen
407
13.7 Literatur
408
14 Strategien des Instandhaltungs- und Servicemanagements
410
14.1 Instandhaltungsstrategien
410
14.1.1 Strategievarianten nach DIN EN 13306
410
14.1.2 Gestaltungsspielraum für Strategievarianten
412
14.2 Instandhaltung nach Ausfall oder korrektive Instandhaltung
414
14.3 Präventive Instandhaltung – vorausbestimmende Instandhaltung
415
14.4 Präventive Instandhaltung – zustandsorientierte Instandhaltung
417
14.4.1 Prinzip
417
14.4.2 Risikobasierte Instandhaltung (RBI)
420
14.4.3 Predictive Maintenance
421
14.4.4 Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung
423
14.5 Selbstregelnde Instandhaltung
424
14.6 Vor- und Nachteile der Instandhaltungsstrategien
424
14.7 Auswahl der Instandhaltungsstrategie
426
14.8 Zusammenfassung
429
14.9 Kontrollfragen
429
14.10 Literatur
430
15 Instandhaltungs- und Servicemanagement im Verbesserungsprozess
432
15.1 Projektmanagement
432
15.1.1 Einsatzrahmen und Ansprüche der Instandhaltungs- und Serviceorganisation
432
15.1.2 Ziele des Projektmanagements
433
15.1.3 Methodik
434
15.1.4 Führungsaufgaben im institutionellen Projektmanagement
436
15.1.5 Projektphasen des funktionellen PM
439
15.1.6 Management von Servicesystemleistungen
442
15.1.7 Störungsmanagement
446
15.2 Risikomanagement
449
15.2.1 Einsatzrahmen
449
15.2.2 Ziele
450
15.2.3 Methodik
452
15.2.4 Risikomanagement in der Instandhaltung
455
15.2.5 FMEA in der Instandhaltung
459
15.3 Wissens- und Verbesserungsmanagement
461
15.3.1 Bedarf an Wissen
461
15.3.2 Ziele und Aufgaben des Wissensmanagements
462
15.3.3 Applikationen des Wissensmanagements
463
15.3.4 Virtuelle Modellierung
466
15.3.5 Potenzialanalyse
467
15.3.6 SWOT-Analyse
469
15.3.7 Kontinuierliche Verbesserungsprozesse KVP
470
15.3.8 Benchmarking
472
15.4 Total Productive Maintenance TPM
473
15.4.1 Einordnung des TPM
473
15.4.2 Ziele und Aufgaben des TPM
474
15.4.3 Einführung des TPM
476
15.4.4 Management und Managementsysteme des TPM
477
15.4.5 Arbeit mit TPM
478
15.5 Kontollfragen
480
15.6 Literatur
480
16 Instandhaltungsplanungs- und Steuerungssysteme (IPS)
484
16.1 Struktur und Funktionalität von IPS-Systemen
484
16.1.1 Aufgaben
484
16.1.2 Strukturbausteine eines IPS und Funktionen
485
16.1.3 Schnittstellen der IPS-Systeme zu anderen Applikationen
489
16.2 Pre-Prozesse – Auswahl und Implementierung von IPS-Systemen
493
16.2.1 Ziele des Einsatzes
493
16.2.2 Systematische Auswahl eines IPS
494
16.2.3 Implementierung
496
16.3 Ablaufprozesse in der Nutzung von IPS-Systemen
498
16.3.1 Präventive Prozesse
498
16.3.2 Nutzung von IPS-Systemen
501
16.4 Post-Prozesse
506
16.5 Zusammenfassung und Ausblick
508
16.6 Kontrollfragen
509
16.7 Literatur
509
17 Kostenrechnung und Controlling
511
17.1 Besondere betriebswirtschaftliche Situation des Arbeitsgebietes
511
17.1.1 Kostenseitiger Rahmen – Grundkonflikt
511
17.1.2 Aufgaben des Controllings
512
17.1.3 Kostenstrukturen in Instandhaltung und Service
513
17.2 Controlling
516
17.2.1 Investitionsplanung und -entscheidung
516
17.2.2 Budgetplanung
517
17.2.3 Beanspruchung von Serviceleistungen
517
17.2.4 Controlling-Instrumente - Übersicht
518
17.2.5 Kostenwirksamkeitsanalyse
519
17.2.6 BSC Balanced Scorecard
519
17.2.7 Umsetzung einer OEE
522
17.2.8 Regelkreis des Controllings
522
17.2.9 IT-Controlling
523
17.3 Das WAVE-Modell des Controllings und die Nutzung von Kennzahlen
524
17.3.1 Stufen und Zielvorgaben der Instandhaltungs- und Servicefunktion
524
17.3.2 Validierung und Korrekturzyklus
525
17.3.3 Informationsbereitstellung und Dokumentation
526
17.3.4 Informationsaufbereitung/Monitoring
527
17.3.5 Planung und Kontrolle der Prozessleistung
528
17.3.6 Steuerung/Korrektur
530
17.4 Zusammenfassung
530
17.5 Kontrollfragen
531
17.6 Literatur
531
18 Rechtliche Aspekte zu IuS-Leistungen
533
18.1 Rechtsstrukturen
533
18.1.1 Der rechtliche Rahmen – Überblick
533
18.1.2 Wirkfelder der Prozesse von IuS rund um das technische System und daraus abgeleitete Rechtsstrukturen
534
18.1.3 Wirkende Rechtsformen
536
18.2 Pre-Prozesse der Rechtspflegeauswahl und ihre Einflussnahme auf die Funktionserfüllung
539
18.2.1 Beachtung rechtlicher Rahmenbedingungen in der Pre-Phase
539
18.2.2 Vertragliche Vereinbarungen
542
18.2.3 Gestaltung des arbeitsrechtlichen Verhältnisses
544
18.2.4 IT-Rechtsgrundlagen
544
18.3 Ablaufprozesse in Funktions- und Servicebereichen aus rechtlicher Sicht
546
18.3.1 Präventive Prozesse
546
18.3.2 Nutzung und reaktive Prozesse – rechtliche Schadenswirkungen
548
18.4 Post-Prozesse
552
18.5 Zusammenfassung
554
18.6 Kontrollfragen
554
18.7 Literatur
555
Index
556
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