Kurt Matyas
Instandhaltungslogistik
Qualität und Produktivität steigern
Inhalt
7
Vorwort zur 8. Auflage
17
1 Logistik
19
1.1 Begriffsabgrenzung, Geschichte
19
1.2 Logistik, heute
20
1.3 Funktionsbereiche der Logistik
21
1.4 Logistik und Instandhaltung
23
1.5 Logistikkosten
27
1.5.1 Gesamtkostendenken in der Logistik
27
1.5.2 Zielkonflikt
28
1.6 Supply Chain Management
29
1.6.1 Traditionelle Supply Chain
30
1.6.2 Integrierte Supply Chain
30
1.6.2.1 Partnerschaftliche, unternehmensübergreifende Kooperation
32
1.6.2.2 Re-Design der Kernprozesse
33
1.6.2.3 IT-System
33
1.6.3 Supply Chain vs. Supply Network
33
1.6.4 Logistik-Prozessentwicklung anhand von Referenzmodellen am Beispiel des SCOR-Modells
34
1.6.4.1 Aufbau des SCOR-Modells
34
1.6.4.2 Prozesstypen im SCOR-Modell
35
1.6.4.3 Prozessebenen
36
1.7 Der Beitrag der Logistik zur Erreichung der Unternehmensziele
39
2 Instandhaltung
43
2.1 Kosten und Nutzen der Instandhaltung
43
2.2 Instandhaltung im Wandel
45
2.3 Ziele der Instandhaltung
48
2.4 Begriffe der Instandhaltung
49
2.4.1 Inspektion
51
2.4.2 Wartung
54
2.4.3 Instandsetzung
55
2.4.4 Verbesserung
56
2.5 Ausfallrate
58
2.5.1 Badewannenkurve
58
2.5.2 Ausfallrate bei komplexen Anlagen
59
2.5.3 Ausfallursachen
61
2.6 Kostenminimierung durch Instandhaltung
64
2.6.1 Bestimmung der optimalen Instandhaltungsintensität
65
2.6.2 Berücksichtigung der Instandhaltungskosten beim Anlagenkauf
65
2.6.3 Ermittlung und Budgetierung des Instandhaltungsaufwands
66
2.6.4 Produktionsausfallkosten
69
2.6.5 Ermittlung der Eigeninstandhaltungskosten mit Hilfe der Prozesskostenrechnung
71
2.6.5.1 Grundlagen der Prozesskostenrechnung
71
2.6.5.2 Vorteile der Prozesskostenrechnung
73
2.6.6 Ermittlung und Darstellung der Instandhaltungsprozesse
74
2.6.6.1 Grundgedanken zur Prozessorientierung
74
2.6.6.2 Merkmale eines Prozesses
74
2.6.6.3 Darstellungsformen von Prozessen
75
2.6.6.4 Vorgangsweise bei der Prozessdefinition
76
2.6.6.5 Ermittlung der Prozesszeiten
77
2.6.6.6 Prozesskosten als Basis für Verbesserungen oder Outsourcingentscheidungen
78
3 Instandhaltungsmanagement
79
3.1 Organisation der Instandhaltung
79
3.1.1 Aufbauorganisation der Instandhaltung
80
3.1.1.1 Linienorganisation
81
3.1.1.2 Stab-Linienorganisation
82
3.1.1.3 Matrix-Organisation
82
3.1.1.4 Kombination der Organisationsformen
83
3.1.2 Prozessorientiertes Instandhaltungsmanagement
84
3.1.2.1 Prozessorientierung und Prozessmanagement
84
3.1.2.2 Prozessorientiertes Anlagen- und Instandhaltungsmanagement
87
3.1.3 Ablauforganisation
87
3.2 Die Organisation der Instandhaltung im Wandel
90
3.3 Zentrale/Dezentrale Instandhaltung
92
3.4 Outsourcing oder Re-Insourcing?
93
3.4.1 Outsourcing in der Instandhaltung
93
3.4.2 Gründe für das Outsourcing von Instandhaltungstätigkeiten
95
3.4.3 Voraussetzungen im eigenen Unternehmen
96
3.4.4 Mögliche Risiken durch das Outsourcing
97
3.4.5 Kriterien für die Auswahl von Dienstleistungsunternehmen
97
3.4.6 Durchführung eines Instandhaltungs-Outsourcingprojekts
99
3.5 Make-or-Buy? Ermittlung der Kerneigenleistungstiefe der Instandhaltung
99
3.5.1 Konzentration auf Kernkompetenzen
99
3.5.2 Verfahrensbeschreibung
101
3.5.2.1 Verfahrensziel
101
3.5.2.2 Erster Schritt: Erfassung der Rahmenbedingungen
102
3.5.2.3 Zweiter Schritt: Erfassung eines unternehmensspezifischen Anforderungsprofils
102
3.5.2.4 Darstellung möglicher Leistungsklassen und Bestimmung der sicheren Fremdleistung
103
3.5.2.5 Dritter Schritt: Bestimmung des Leistungsindex
104
3.5.2.6 Vierter Schritt: Bestimmung des Anlagenindex
106
3.5.2.7 Fünfter Schritt: Bestimmung der Kerneigenleistungstiefe: Einordnung der Einzelleistungen je Anlage und Visualisierung im Portfolio
107
3.5.3 Zusammenfassung und Ausblick
109
3.6 Zusammenarbeit mit Dienstleistern – Instandhaltungsnetzwerke
110
4 Kennzahlen und Controlling in der Instandhaltung
113
4.1 Kennzahlen in der Instandhaltung
113
4.1.1 Nutzen und Gefahren der Kennzahlenanwendung
113
4.1.2 Von Kennzahlen zu Kennzahlensystemen
114
4.1.3 Kategorien von Kennzahlen in der Instandhaltung
115
4.2 Die Balanced Scorecard in der Instandhaltung
119
4.3 Instandhaltungs-Controlling
121
4.3.1 Instandhaltungs-Controlling-System
121
4.3.2 Fehlerquellen
122
4.3.3 Erstellung von Instandhaltungsbudgets
123
4.4 Benchmarking in der Instandhaltung
124
4.4.1 Was ist Benchmarking?
124
4.4.2 Benchmarking-Definitionen
125
4.4.3 Arten des Benchmarking
126
4.4.4 Allgemeine Vorgangsweise beim Benchmarking
128
4.4.5 Benchmarkingprojekt in der Instandhaltung
131
5 Instandhaltungsstrategien
135
5.1 Instandhaltung als „Verteidigungssystem gegen Schäden“
135
5.2 Arten von Instandhaltungsstrategien
136
5.3 Ausfallbehebung
137
5.4 Zeitgesteuerte periodische Instandhaltung
138
5.4.1 Mittlere Zeit zwischen zwei Schäden (Mean Time Between Failures – MTBF)
139
5.4.2 Streuung der Nutzungsdauer
139
5.4.3 Schadensdokumentation
139
5.4.4 Unzureichende statistische Erfahrung
140
5.5 Zustandsorientierte Instandhaltung
140
5.5.1 Condition Monitoring (Zustandsüberwachung)
144
5.5.1.1 Zustandsüberwachung durch den Menschen
144
5.5.1.2 Condition Monitoring mit Sensoren
144
5.5.1.3 Online- und Offline-Überwachung
145
5.5.1.4 Einflussgrößen auf den Anlagenzustand
146
5.5.2 Einführung eines Condition Monitoring-Systems
147
5.5.3 Techniken für die Zustandsüberwachung
148
5.5.3.1 Dynamische Effekte
149
5.5.3.2 Temperatureffekte
149
5.5.3.3 Chemische Effekte
149
5.5.3.4 Physikalische Effekte
149
5.5.3.5 Elektrische Effekte
150
5.5.3.6 Partikeleffekte
150
5.5.4 Ferndiagnose von Werkzeugmaschinen
150
5.5.4.1 Ferndiagnose und Ferninstandhaltung
150
5.5.4.2 Videodiagnose in der Instandhaltung
151
5.6 Vorausschauende Instandhaltung
152
5.7 Instandhaltung 4.0 – „Smart Maintenance“
154
5.7.1 Industrie 4.0
154
5.7.2 Mit „Smart Maintenance“ zur antizipativen Qualitäts- und Instandhaltungsplanung
155
5.7.3 Unterstützung durch Data-Mining
159
5.7.4 Nutzen der „Smart Maintenance“
159
5.8 Welche Strategie ist die Richtige? – Methode der risikoorientierten Strategieauswahl
160
5.8.1 Rahmenbedingungen
160
5.8.2 5-Schritte-Analyse der Anlagen
161
5.8.3 Schritt 1: Vergleich der Anforderungen an die Anlage mit den möglichen Leistungen
163
5.8.4 Schritt 2: Klassifizierung kritischer Anlagen durch Bewertung der Ausfallwirkungen (Wertstromfokus)
164
5.8.5 Schritt 3: Erfassung der Schadensmöglichkeiten an den kritischen Anlagen
166
5.8.6 Schritt 4: Risikobewertung der kritischen Anlagen – Quantifizierung der Ausfallwirkungen durch Berechnung des Risikos mittels der SMEA
167
5.8.6.1 Definition des Begriffs Risiko
168
5.8.6.2 Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit
168
5.8.6.3 Systematisches Durchführen einer Risikoanalyse
169
5.8.6.4 SMEA (Schadensmöglichkeits- und Einflussanalyse) zur risikobasierten Strategieauswahl
172
5.8.7 Schritt 5: Systematische Verringerung des Risikos durch richtige Strategieauswahl
173
5.8.8 Ausblick
174
6 Instandhaltungslogistik
175
6.1 Verknüpfung der Logistik- und Instandhaltungsprozesse
175
6.2 Aufgaben und Ziele der Instandhaltungslogistik
177
6.3 Ersatzteilbewirtschaftung zur Verfügbarkeitssicherung
179
6.3.1 Ersatzteilorganisation als Querschnittsfunktion zwischen Logistik und Instandhaltung
179
6.3.2 Aufgaben und Ziele der Ersatzteilbewirtschaftung
180
6.3.3 Ersatzteil-Management
181
6.3.4 Definition des Ersatzteils
182
6.3.5 Ersatzteilauswahl
182
6.3.6 Vorgangsweise für eine effiziente Ersatzteilbewirtschaftung beim Abnehmer
184
6.3.7 Unternehmensmodelle der Ersatzteillogistik
185
6.3.8 Arten der Ersatzteilbevorratung
185
6.4 Dimensionierung der Ersatzteillager
188
6.4.1 Ersatzteilbedarfsermittlung
188
6.4.2 Instrumente zur Bestandsführung
188
6.4.2.1 ABC-Analyse
189
6.4.2.2 XYZ-Analyse
190
6.4.2.3 Kombination von XYZ-Analyse und ABC-Analyse
191
6.4.3 Komponenten des Lagerbestandes
191
6.4.4 Lagerkennzahlen und -begriffe
193
6.4.5 Lagerdurchlaufdiagramm
193
6.4.6 Gesamtkosten der Lagerhaltung
194
6.4.6.1 Beschaffungskosten
195
6.4.6.2 Lagerkosten
195
6.4.6.3 Fehlmengenkosten
196
6.4.7 Stochastisches Modell – Lagerhaltungsstrategien
196
6.4.7.1 Strategien mit Bestellbestand
197
6.4.7.2 Strategien mit Bestellzyklus
197
7 Lean Maintenance
199
7.1 „Lean Production“ als Zustand
199
7.1.1 Grundlagen
199
7.1.2 Vermeidung von Verschwendung
200
7.2 Wie wird meine Instandhaltung „lean“?
201
7.3 Verschwendung in der Instandhaltung
202
7.3.1 Interpretation der 7 Arten der Verschwendung im Instandhaltungsbereich
203
7.3.1.1 Überproduktion und Blindleistung
203
7.3.1.2 Wartezeiten
203
7.3.1.3 Unnötiger Transport
203
7.3.1.4 Nicht sachgerechter Technologieeinsatz oder nicht sachgerechter Arbeitsprozess
203
7.3.1.5 Bestände
204
7.3.1.6 Unnötige Bewegung
204
7.3.1.7 Mängel
204
7.3.2 „Lean Thinking“ im Instandhaltungsbereich
204
7.4 Standardisierung von Instandhaltungsprozessen
205
7.4.1 Instandhaltung in 8 Schritten
205
7.4.1.1 Auslöser
207
7.4.1.2 AV-Planung
207
7.4.1.3 AV-Durchführung
207
7.4.1.4 Manuelle Durchführung
207
7.4.1.5 Wiederinbetriebnahme
208
7.4.1.6 Funktionscheck
208
7.4.1.7 Freigabe
208
7.4.1.8 Abschluss
208
7.4.2 Vorteile der Standardisierung
210
7.5 Optimierung der Instandhaltungsprozesse durch Wertstromdesign
210
7.5.1 Auswahl des Wertstroms
211
7.5.2 Zeichnung des Ist-Zustandes
212
7.5.3 Vorgehensweise bei der Zeichnung des Soll-Zustandes
218
7.5.4 Umsetzungsprojekte
219
7.6 Vorteile des Wertstromdesigns für Instandhaltungsprozesse
219
8 Total Productive Management (TPM)
221
8.1 Von Total Productive Maintenance zu Total Productive Management
221
8.1.1 Definition und Kennzeichen
221
8.1.2 Geschichte von TPM
222
8.1.3 Der TPM-Award
223
8.2 Erhöhung der Gesamtanlageneffizienz (OEE-Analyse)
224
8.2.1 Die 6 großen Verluste
224
8.2.2 Erkennen von Verlusten – Grafische Aufbereitung der OEE
226
8.2.3 Wie beeinflusst man die OEE positiv?
229
8.3 Säulen und Leitlinien von TPM
232
8.3.1 Säule 1: Beseitigung von Schwerpunktproblemen – Anlagenmanagement
233
8.3.2 Säule 2: Autonome Instandhaltung
234
8.3.3 Säule 3: Geplantes Instandhaltungsprogramm
236
8.3.4 Säule 4: Instandhaltungsprävention
237
8.3.5 Säule 5: Schulung und Training
237
8.4 Einführung und Organisation von TPM
238
8.4.1 Die 4 Phasen der TPM-Einführung
238
8.4.2 TPM auf der Managementseite
240
8.4.3 TPM auf der Maschinenarbeiterseite – die 6 Schritte zu TPM
243
8.4.4 TPM auf der Anlagenseite
248
8.5 Auswirkungen von TPM
250
9 Weitere Methoden zur Erhöhung von Produktivität und Anlagenverfügbarkeit
251
9.1 Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit durch Rüstzeit-Minimierung
251
9.1.1 Grundsätzliche Vorgangsweise beim Rüsten
251
9.1.2 Was ist SMED?
252
9.1.3 Einführung von SMED
253
9.2 Konstruktion und Instandhaltung
257
9.2.1 Die Bedeutung der Konstruktion für die Instandhaltung
257
9.2.2 Instandhaltungsarme Konstruktion
257
9.2.3 Instandhaltungsgerechte Konstruktion
258
9.2.4 Berücksichtigung der Lebenszykluskosten
259
9.2.5 Simultaneous Engineering
262
10 Qualitäts- und Prozessmanagement
263
10.1 Qualitätsmanagement und Instandhaltung
263
10.2 Die prozessorientierte Sichtweise
265
10.3 Der Begriff „Qualität“
266
10.4 Qualitätsmanagement
268
10.4.1 Der prozessorientierte Ansatz
268
10.4.2 Das Prozessmodell der ISO 9001:2015
269
10.5 Bedeutung der IATF 16949:2016 für die Instandhaltung
270
10.6 Prozessmanagement
272
10.6.1 Prozessmanagement-System
272
10.6.2 Prozess-Lifecycle – Lebensweg eines Prozesses
273
10.6.2.1 Prozessaufnahme in die Prozesslandschaft
273
10.6.2.2 Prozessdefinition
274
10.6.2.3 Prozessausführung/-regelung
274
10.6.2.4 Prozessmonitoring
274
10.6.2.5 Prozesse außer Betrieb nehmen
275
10.7 Total Quality Management – TQM
275
10.8 Excellence
278
10.8.1 Begriffsbestimmungen
278
10.8.2 Das EFQM-Modell für Excellence [26]
279
10.8.3 RADAR-Logik
280
10.9 Der Unternehmerische Regelkreis
281
10.10 Resümee
283
11 Abnahme und Qualifikation von Fertigungseinrichtungen
285
11.1 Einleitung
285
11.2 Geometrische Prüfverfahren
286
11.2.1 Geradheit
287
11.2.2 Ebenheit
287
11.2.3 Parallelität und Rechtwinkligkeit von Führungen und Achsen
288
11.2.4 Rundlauf
288
11.2.5 Spezialprüfungen
288
11.3 Prüfverfahren mit Musterwerkstücken
289
11.4 Fähigkeitsuntersuchungen
290
11.4.1 Was bedeuten Maschinenfähigkeit und Prozessfähigkeit?
290
11.4.1.1 Maschinenfähigkeit
291
11.4.1.2 Prozessfähigkeit
291
11.4.1.3 Fähigkeitsindizes
292
11.4.1.4 Vorgangsweise für Fähigkeitsuntersuchungen
293
11.4.2 Gültigkeit und Einflussgrößen der Fähigkeitsuntersuchungen
295
11.4.2.1 Gültigkeit der Untersuchungen
295
11.4.2.2 Randbedingungen
295
11.4.2.3 Messmittelfähigkeit
295
11.4.2.4 Einheitliche Richtlinien
296
11.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Maschinenfähigkeit und der Prozessfähigkeit
296
11.6 Zusammenfassung
297
12 Digitale Transformation in der Instandhaltung
299
12.1 Innovative Trends und Technologien im Bereich Instandhaltungsplanung
299
12.1.1 Überblick zu aktuellen Trends in der Instandhaltung
299
12.1.2 Internet of Things (IoT)
302
12.1.3 Mixed & Virtual Augmented Reality
305
12.1.4 Digital Twin in der Instandhaltung
310
12.1.5 Datengetriebene Instandhaltungsplanung
313
12.1.6 Digitale Geschäftsmodelle und Innovative Servicekonzepte
318
12.2 Knowledge-based Maintenance
321
12.2.1 Charakteristik der Problemlösung in der Instandhaltung: Der Rubik’s Würfel der Instandhaltung
321
12.2.2 Wissensgenerierung aus Big Data: Sind Daten das Öl der Zukunft?
324
12.2.3 Instandhaltung vor dem Hintergrund der Industrie 4.0: Ist die Öl-Gewinnung ausreichend?
327
12.2.4 Wissensbasierte Instandhaltung: Anforderungen an die Instandhaltung der Zukunft
329
12.2.5 Präskriptives Instandhaltungs-Model (PRIMA)
334
12.2.6 Text Mining in der wissensbasierten Instandhaltung
337
12.2.7 Anwendungsbeispiel für Knowledge-based Maintenance in der industriellen Praxis
341
12.2.7.1 Problemstellung und Methodisches Vorgehen
341
12.2.7.2 Anforderungsspezifikation und Definition des Prognoseproblems
342
12.2.7.3 Bereitstellung und Harmonisierung der Daten
343
12.2.7.4 Explorative Daten- und Korrelationsanalyse
344
12.2.7.5 Modellierung und Evaluierung des Prognosemodells
345
12.2.7.6 Überführen der Prognoseergebnisse in die Instandhaltungsplanung
347
12.2.7.7 Tools und Werkzeuge zur Anwendung von maschinellen Lernalgorithmen im Bereich Instandhaltung
348
12.2.8 Zukünftige Herausforderungen der Wissensbasierten Instandhaltung
349
13 Verzeichnisse
351
13.1 Glossar
351
13.2 Abbildungsverzeichnis
352
13.3 Tabellen
358
13.4 Checklisten
358
13.5 Leitfäden
359
13.6 Literaturverzeichnis
360
13.7 Stichwortverzeichnis
367
13.8 Autor
370
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