Vorbeugende Instandhaltung - Zeitabhängig

Dieser Abschnitt beschreibt frühe Untersuchungen, in denen die zeitabhängige vorbeugende Instandhaltung analysiert wurde. Verglichen mit dem zweiten grundlegenden Ansatz, der zustandsabhängigen vorbeugenden Instandhaltung, ist diese Strategie aus analytischer Sicht relativ einfach: Nach einem konstanten Zeitintervall wird ein Bauelement gewartet oder instandgesetzt, unabhängig von seiner Abnutzung zu diesem Zeitpunkt. Deshalb kann diese Strategie mit nur einem Parameter, dem Instandhaltungsintervall, beschrieben werden.

Die zeitabhängige vorbeugende Instandhaltung wird gerne von spezialisierten Instandhaltungsabteilungen praktiziert, da sich alle vorbeugenden Maßnahmen im voraus planen lassen. Ein klassisches Beispiel ist der Ölwechsel nach einer bestimmten Maschinenlaufzeit. Die Anforderung dieser Strategie besteht in der Festlegung eines angemessenen Intervalls, da sowohl eine zu seltene als auch eine zu häufige Ausführung der vorbeugenden Maßnahmen ungünstig sind. Aber im allgemeinen gibt es zu diesem Optimierungsproblem keine analytische Lösung. In der Praxis muß es erfahrungsgeleitet gelöst werden, indem man Wissen über die Ausfallcharakteristika der Anlagen erwirbt.

In unseren Experimenten hatten die Probanden die Aufgabe, ein simuliertes Fertigungssystem instandzuhalten. In den Experimenten zur zeitabhängigen Strategie konnten sie den Filter nach einer gewissen Produktionszeit reinigen, hatten aber keine Möglichkeit, zwischenzeitlich seine Verschmutzung zu inspizieren.

Bildschirmdarstellung eines simulierten Fertigungssystems.

Die Probanden hatten die Aufgabe, durch geschickte Vorbeugung eine möglichst hohe Verfügbarkeit der Maschinen zu erzielen. Ihnen war dabei der Produktionszeitverlust bei einer Reinigung und einem Ausfall, der beim Verstopfen des Filters auftrat, bekannt. Sie hatten aber zunächst keine Informationen über den Zusammenhang zwischen der Produktionszeit und der Wahrscheinlichkeit eines Schadens. Das Ausfallverhalten der Maschinen lernen sie also erst während der Aufgabenbearbeitung kennen.

Um ihren Erfolg bei der Lösung dieser Aufgabe einschätzen zu können, wurde mit einem mathematischen Verfahren der Zusammenhang zwischen den möglichen Reinigungsintervallen und den damit erzielten Verfügbarkeiten bestimmt. Mit zunehmendem Intervall stieg zunächst die erwartete Verfügbarkeit an, erreichte ein Maximum und konvergierte schließlich gegen eine Asymptote. Bei der in der Abbildung dargestellten Funktion lag das Maximum bei einem Intervall von 14 s, das eine Verfügbarkeit von 68% erzielte. Die optimale Strategie bestand also in einer beständigen vorbeugenden Instandsetzung jeder Maschine nach 14 s Produktionszeit.

In den bisher durchgeführten Experimenten waren, selbst bei einer so einfachen und übersichtlichen Aufgabenstellung, nur etwa die Hälfte der Probanden in der Lage, sich dem optimalen Intervall anzunähern. Die beiden Abbildungen illustriert dieses Ergebnis am Beispiel zweier Probanden, von denen sich die eine dem optimalen Intervall annäherte, die andere jedoch nicht. Die erfolgreiche Proband führte zu Beginn im Mittel nach ungefähr 28 Sekunden vorbeugende Instandsetzungen durch, was zu einer beträchtlichen Anzahl von Schäden führte. Daraufhin verringerte sie kontinuierlich das Intervall bis auf einen Wert von etwa 15 Sekunden, womit sich gleichzeitig auch die Häufigkeit der Schäden verringerte. Am Ende des Experiments hielt sie dieses Intervall, das eine Sekunde über dem realen Optimum lag, relativ konsequent ein. Bei der Proband ohne Annäherung an das Optimum stabilisierte sich das Verhalten im Laufe des Experiments nicht, sie entwickelte also keine Strategie, die Maschinen nach einem bestimmten Zeitraum vorbeugend instandzusetzen.

Der relativ hohe Anteil von Probanden ohne Annäherung an das Optimum deutet darauf hin, dass die erfahrungsgeleitete Optimierung von Instandhaltungsstrategien nicht trivial ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Aufgabe in den Experimenten wesentlich einfacher war als unter realen Bedingungen. Deshalb können die Ergebnisse den tatsächlichen Umfang des Unterstützungsbedarfs nur andeuten, in der Praxis dürfte er deutlich höher ausfallen.

Die zweite Schlussfolgerung knüpft daran an, dass sich die erfolgreichen Probanden bei der Optimierung ihrer Strategie konsequenter an den Schadensfällen orientierten als diejenigen ohne Annäherung an das Optimum. Bei der erfahrungsgeleiteten Optimierung von Instandhaltungsstrategien müssen also aus den Schadensfällen angemessene Schlussfolgerung für die Gestaltung der vorbeugenden Maßnahmen gezogen werden.

Das Ergebnis ist beispielsweise für das derzeit populärste Dezentralisierungskonzept relevant, nach dem die Maschinenführer einfachere Inspektions- und Wartungsaufgaben ausführen, Schäden aber weiterhin von spezialisiertem Personal behoben werden. Wenn diese fachlich durchaus gerechtfertigte Aufgabenteilung dazu führt, dass die Maschinenführer keine oder nur unzureichende Informationen über die Ursache der Schäden erhalten, kann man von ihnen allerdings keine sinnvollen strategischen Entscheidungen zur Gestaltung ihrer vorbeugenden Maßnahmen erwarten. Eine Lösung des Problems könnte darin bestehen, dass die vorbeugende und die schadensbehebende Instandhaltung mit einem computergestützten Dokumentations- und Rückmeldungssystem aufgezeichnet werden, das allen beteiligten Mitarbeitern zugänglich ist. Eine mögliche Realisierung dieses Konzepts ist unser industrielles Anwendungsprogramm BOF.

Gude, D., Psaralidis, E., Stiegler, A. und Seeber, A. (1996). Erfahrungsgeleitete Optimierung von Instandhaltungsstrategien im Simulationsexperiment. In D. Gude, A. Seeber und B. Zimolong (Hrsg.), Maschinenführer in der flexiblen Fertigung (S. 31-49). Düsseldorf: VDI-Verlag.

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