Technischer Fachwirt Skript für das Fach Betriebstechnik – Instandhaltung (BTI) Rahmenplan Nr. 7 Fertigungs- und Betriebstechnik Unterpunkt 7.3: Planen, Einleiten und Überwachen von frist- und situationsgerechten Instandhaltungsmaßnahmen Referent: Alexander Kunz Stand: 24.04.2018
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Technischer Fachwirt neu - ifb-woerth.de · Stand: 24.04.2018 BTI Referent: Alexander Kunz 6 Definition der Instandhaltung nach DIN 31051 Kombination aller technischen und administrativen
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Technischer
Fachwirt
Skript für das Fach Betriebstechnik – Instandhaltung (BTI)
Rahmenplan Nr. 7 Fertigungs- und Betriebstechnik
Unterpunkt 7.3: Planen, Einleiten und Überwachen von frist- und situationsgerechten Instandhaltungsmaßnahmen
Referent: Alexander Kunz Stand: 24.04.2018
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Auszug aus dem Rahmenplan
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Auszug aus dem Rahmenplan
Folie 16
Folie 22
Folie 27
Folie 29
Folie 32
Folie 35
Folie 38
Folie 42
Folie 45
Folie 46
Folie 48
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Auszug aus dem Rahmenplan
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Auszug aus dem Rahmenplan
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Definition der Instandhaltung nach DIN 31051
Kombination aller technischen und administrativen Maßnahmen sowie
Maßnahmen des Managements während des Lebenszyklus einer
Einheit zur Erhaltung des funktionsfähigen Zustands oder Rückführung in
diesen, damit sie diesen erfüllen kann.
Anmerkung: Siehe auch Definition von …
Verbesserung
Kombination aller technischen und
administrativen Maßnahmen sowie
Maßnahmen des Managements zur
Steigerung der Funktionssicherheit
einer Betrachtungseinheit ohne die von
ihr geforderte Funktion zu ändern.
Änderung / Modifikation
Kombination aller technischen und
administrativen Maßnahmen sowie
Maßnahmen des Managements zur
Änderung der Funktion einer
Betrachtungseinheit.
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Grundlagen und Ziele der Instandhaltung
Unternehmensziel für den
Bereich Instandhaltung
Anforderungsgerechte Anlagen-
verfügbarkeit und Sicherheit
Verringerung der Gesamtkosten aus
Fertigungs-, Instandhaltungs- und
Schadensfolgekosten
Unterzielsystem
Ausreichende Zuverlässigkeit
während Nutzung und Reduzierung
der ausfallbedingten Instand-
haltungs- und Schadensfolgezeit
Planung und Kontrolle der direkten
und der indirekten Instandhaltungs-
und Schadensfolgekosten
Die Instandhaltung ist inzwischen nicht mehr darauf beschränkt zu reparieren, sondern
trägt entscheidend zur Qualität eines Produkts bei. Ebenso sind weitere Ziele und
Handlungsfelder aus der ursprünglichen Instandhaltung entstanden, welche in den
folgenden Folien beschrieben werden.
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Ziele der Instandhaltung
Vorrangiges Ziel der Instandhaltung ist die Erhaltung oder Wiederherstellung der
Funktionsfähigkeit sowie die Gewährleistung der Produktqualität und die Sicherstellung
der Verfügbarkeit von technischen Anlagen und Betriebsmitteln.
Ursache oder Auslöser für einen Schädigungszustand können der Verschleiß sowie die
Alterung durch die Nutzung der technischen Anlagen und Betriebsmittel sein.
Zur Verzögerung von Verschleiß sind daher regelmäßige Maßnahmen erforderlich, um
den wirtschaftlichen und produktiven Nutzen nicht einzuschränken.
Die Instandhaltung verfolgt somit die aus der Unternehmenspolitik abgeleiteten Ziele der
ausreichenden Sicherheit und die bedarfsgerechte, quantitative und qualitative
Verfügbarkeit der Produktionseinrichtungen. Die folgende Abbildung zeigt den
Zusammenhang dieser Anforderungen.
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Ziele der Instandhaltung
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Ziele der Instandhaltung
Auf der Basis einer gut durchdachten Instandhaltung können somit auch
Wettbewerbsvorteile in Kosten, Qualität und Zeit entstehen. Die Kostenvorteile können
sich z.B. durch niedrige Anlagenausfallkosten oder Lebensdauerverlängerung der Anlage
ergeben. Durch kurze Durchlaufzeiten und damit kurze Lieferzeiten entstehen weitere
Wettbewerbsvorteile, woraus sich eine hohe Kundenzufriedenheit und Kundenbindung
folgern lässt.
Um die Instandhaltung zu verbessern und wirtschaftlich zu garantieren, besteht der
Instandhaltungsprozess aus einem Regelkreis, der aus folgenden Teilen besteht:
• IH-Planung
• IH-Durchführung
• IH-Auswertung
• IH-Maßnahmen
Der gesamte Instandhaltungsregelkreis wird in der folgenden Abbildung dargestellt und
beinhaltet auch die Entstehung der Instandhaltungsbedarfe und die
Instandhaltungsstammdaten.
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11
Instandhaltungsregelkreis P
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Entwicklung und Aufgaben der Instandhaltung
Die Instandhaltung als übergeordneter Begriff umfasst alle Tätigkeiten und Vorgänge, die
zur Aufrechterhaltung eines sicheren und störungsfrei arbeitenden Betriebs notwendig
sind. Die Aufgabe der Instandhaltung ist die Feststellung, Hemmung und Beseitigung der
unvorhergesehenen und Nutzungsbedingten Störungen durch Wartungs-, Inspektions-
und Instandsetzungsmaßnahmen.
Die Instandhaltung in einem Unternehmen betrifft nicht nur die Anlagenwirtschaft, sondern
weitere Bereiche wie z.B. den Einkauf oder die Materialwirtschaft. Einen Überblick über
die geplante Instandhaltung (Plant Maintenance) wird auf folgender Abbildung dargestellt.
Im Weiteren wird hauptsächlich auf die Instandhaltung der Anlagen und Systeme
(Anlagenwirtschaft) sowie teilweise auf Bestandteile der anderen Unternehmensbereiche
eingegangen.
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Geplante Instandhaltung (Plant Maintenance)
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Die Entwicklung der Instandhaltung
Die Entwicklung der Instandhaltung beginnt mit dem Betrieb der ersten Fabriken Anfang
des 19. Jahrhunderts, in denen arbeitsteilig in verschiedenen Produktionsbereichen
gearbeitet wurde. Dabei entstand in eigenständiger Form eine Instandhaltung, die für die
Wiederherstellung der maschinellen Anlagen werkseigene Instandhaltungshandwerker
einsetzte. Die Maschinenbediener waren, bedingt durch die mangelnde Qualifikation und
fehlende Ausrüstung, nicht in der Lage, die Maschinen selbst zu reparieren.
In der folgenden Abbildung werden die Entwicklungsstadien der Instandhaltung
dargestellt. Deutlich zu erkennen ist die besonders stark wachsende Bedeutung der
Informationstechnik im letzten Jahrzehnt durch neue Instandhaltungssysteme.
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Entwicklung der Instandhaltung
Industrie 4.0
20XX
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6.3.1 Instandhaltungsstrategien
An die Instandhaltung in technischen Anlagen werden hohe Ansprüche gestellt. Sie muß
bei möglichst geringen Auszeiten gleichzeitig eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit
gewährleisten. Im Ergebnis soll das zu einer Instandhaltungsstrategie führen, die in einem
Optimierungsprozess die genannten Anforderungen miteinander verbindet.
Eine Instandhaltungsstrategie postuliert die Art und Weise, in der Instandhaltungsarten,
- umfänge und Zeitpunkte ihrer Durchführung gewählt werden. Es kommt wesentlich
darauf an, einerseits langfristig absehbare (darunter auch vorgeschriebene) Maßnahmen
vorzunehmen, andererseits aber das in zufälligen Ausfällen resultierende
Abnutzungsgeschehen in einem vertretbaren Umfang zu halten.
Grundsätzlich lassen sich folgende drei Instandhaltungsstrategien unterscheiden, wobei
deren Inhalte sich im wesentlichen auf die Komplexe Inspektion / Diagnose und
Instandsetzung beziehen:
• Vorbeugende Maßnahmen
• Störungsbedingte Maßnahmen
• Zustandsabhängige Maßnahmen
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6.3.1 Instandhaltungsstrategien
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6.3.1 Instandhaltungsstrategien Auswahl der Instandhaltungsstrategie
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6.3.1 Instandhaltungsstrategien Soll – Ist Vergleich
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6.3.1 Instandhaltungsstrategien Auswahl der Instandhaltungsstrategie
MTBF ist die Abkürzung für die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen
(en: Mean operating Time Between Failures) für Einheiten, die
instandgesetzt werden.
Definition nach IEC 60050 (191): Erwartungswert der Verteilung der
Betriebsdauern zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausfällen (en: The
expectation of the operating time between failures)
*
*
*
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6.3.1 Instandhaltungsstrategien Auswahl der Instandhaltungsstrategie
IH
Datenbank
z.B.: SAP
P
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6.3.1.1 Vorbeugende Maßnahmen
Mit der Einführung eines vorbeugenden Instandhaltungskonzeptes werden im Hinblick auf
die Anlagenproduktivität folgende Ziele gesetzt:
• Wenige Maschinenstillstände innerhalb einer Fertigungszeit
• Kurze Instandsetzungszeiten an den Maschinen durch Vorausbeschaffung
auszutauschender Komponenten und Einplanung von Instandhaltungspersonal
• Geringe Auswirkungen von Maschinenstillstandszeiten auf den Fertigungsfluss
Für die Umsetzung dieser Ziele reicht es jedoch nicht aus, lediglich Wartungsaufgaben zu
definieren und durchzuführen, sondern ebenfalls von großer Bedeutung ist eine
reibungslose Ersatzteilversorgung. Dabei sollte das Unternehmen allerdings hohe
Ersatzteilbestände vermeiden und nur jene Bauteile als Ersatzteile lagern, die zur
Erhaltung der erforderlichen Maschinenverfügbarkeit notwendig sind, oder Absprachen mit
dem Anlagenlieferanten über die Vorhaltung von Ersatzteilen treffen. Hierzu sind
Erfahrungswerte wie z. B. die Bestellhäufigkeit bestimmter Teile hilfreich.
Auch Fernwartung bzw. Fernüberwachung kann helfen, Stillstandszeiten zu minimieren.
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6.3.1.1 Vorbeugende Maßnahmen
Für vorbeugende Maßnahmen können zum Beispiel produktionsfreie Zeiten am
Wochenende oder in der Nacht genutzt werden.
Vorbeugende Instandhaltung bedeutet die Sicherung der Funktionsfähigkeit vor eintreten
eines Ausfalls. Das hat die Folge, das Komponenten getauscht werden deren
Abnutzungsvorrat noch nicht erreicht ist.
Da Komponenten in einem gewissen Turnus getauscht werden, spricht man auch von
intervallabhängiger Instandhaltungsstrategie.
Neben allen technischen und organisatorischen Merkmalen müssen auch die
kostenseitigen Aspekte in der Bewertung von vorbeugenden Maßnahmen berücksichtigt
werden.
Dabei gilt der Grundsatz: Je höher der Organisationsgrad der Fertigung, desto wichtiger ist
die technische Verfügbarkeit der Betrachtungseinheit. Beispiele hierfür können sein:
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6.3.1.1 Vorbeugende Maßnahmen
Werkstattfertigung mit manuellem Transportsystem,
Transport über Lager
• Ausfall einer Anlage führt nicht zum Stillstand des
Gesamtsystems, da über Einzelaufträge (Lose)
gesteuert wird. Lose werden erst nach Fertigstellung
transportiert, geplante Übergangszeiten puffern das
Gesamtsystem.
Getaktete Fließfertigung mit automatischem
Transportsystem
• Ausfall einer Ausrüstung führt zum Stillstand der
gesamten Anlage, nachdem die evtl. vorhandenen
Pufferspeicher abgearbeitet sind. Typisch ist dabei der
Transport von einzelnen Komponenten (kein Transport
in Losen)
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6.3.1.1 Vorbeugende Maßnahmen
Bei verdeckten Störungen ist die Anwendung der Zustandsorientierten Instandhaltung
nicht möglich, da verdeckte Störungen durch eine Zustandsüberwachung nicht erkannt
werden. Bei Auswirkungen auf die Sicherheit und Umwelt muss gewährleistet sein, dass
die Ausfallwahrscheinlichkeit durch eine Zustandsüberwachung auf ein erträgliches Maß
gesenkt wird. Das Wesen von vorbeugenden Maßnahmen ist es, Störungen zu
verhindern, bevor sie auftreten. Bei vorbeugenden Maßnahmen ist einerseits zu
entscheiden, ob sie technisch machbar sind und andererseits ob sie sich lohnen.
Grundsätzlich können vier mehr oder weniger kritische Gruppen von Störungsfolgen
unterschieden werden:
• Verdeckte Folgen
• Sicherheits- und umweltrelevante Folgen
• Betriebsabhängige Folgen
• Betriebsunabhängige Folgen
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6.3.1.1 Vorbeugende Maßnahmen
Verdeckte Folgen:
• haben keinen sofort merkbaren Einfluss auf den Funktionsablauf, können aber
schwerwiegende Folgen haben, daher wird ihnen besondere Aufmerksamkeit
gewidmet
Sicherheits- und umweltrelevante Folgen:
• Der Gefahr von Personenschäden wird besonders große Aufmerksamkeit gewidmet
• Überschreitung von Emissionsgrenzwerten
Betriebsabhängige Folgen:
• Warenausstoß
• Produktqualität
• Kundenservice
Betriebsunabhängige Folgen:
• verursachen lediglich Instandsetzungskosten
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6.3.1.2 Störungsbedingte Maßnahmen
Unter störungsbedingten Maßnahmen versteht man auch Ausfallbedingte
Instandhaltung oder auch “Feuerwehrinstandhaltung”.
Innerhalb dieser Maßnahme nehmen wir den Ausfall einer Komponente und damit auch
der Produktionsunfähigkeit einer Anlage in Kauf, um dann schnellstmöglich durch
Austausch oder Instandsetzung die Funktionsfähigkeit wiederherzustellen.
Diese Maßnahme kann bei den Komponenten angewendet werden, für die nur geringe
Daten über das Ausfallverhalten bekannt sind, die wenig zur Gesamtverfügbarkeit der
Anlage beitragen und bei denen eine Beschaffung just in time erfolgen kann, um eine
entsprechende Ersatzteilbevorratung und Reaktionszeiten zu minimieren.
Bei dieser Maßnahme werden die Betrachtungseinheiten ohne nennenswerten Aufwand
für Inspektion und Wartung bis zum Schadensfall betrieben. Sie führt daher oft bis zur
Zerstörung der Betrachtungseinheit, wodurch aber ein maximales Wartungsintervall
ermöglicht wird.
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Abbildung 1
6.3.1.2 Störungsbedingte Maßnahmen
Der Maschinenausfall entzieht sich vollkommen dem Einfluss des Betreibers. Jeder
Stillstand erfolgt unvermutet, womit operative Planungen in der Produktion schwierig
oder sogar unmöglich werden. Bei geplanten Maßnahmen (alle übrigen
Instandhaltungsstrategien beruhen auf geplanten Instandhaltungsaktionen) sollte die
Stillstandszeit wesentlich kürzer sein, wie in Abbildung 1 zu sehen ist.
Das Konzept der störungsbedingten Maßnahmen ist in einem modernen
Industriebetrieb nur in Ausnahmefällen sinnvoll, nämlich dann, wenn die betreffenden
Maschinen entweder redundant vorhanden oder für den Produktionsprozess von
untergeordneter Bedeutung sind.
Anlage
fällt aus Instand- setzung
Eingliederung der
Anlage in den Arbeitsprozess
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6.3.1.2 Störungsbedingte Maßnahmen
Was sind Störungen?
• sie sind ungeplant
• es sind zufällig auftretende Unterbrechungen des Fertigungsablaufs durch Ausfall
von technischen Komponenten, notwendiger (Material-) Versorgung oder
ungewollter organisatorischer Mängel
Vorteil der störungsbedingten Maßnahmen ist das vollständige Ausnutzen der
Leistungseigenschaften (Beispiel: Druckerpatrone wird erst gewechselt wenn sie leer ist,
Leuchtstoffröhre wird erst gewechselt wenn sie kaputt ist).
Nachteil von Störungsbedingten Maßnahmen ist der zufällige Ausfallzeitpunkt und die
daraus folgenden Instandhaltungsmaßnahmen. Diese sind Kosten- und Ablaufseitig für
die Entscheidung der Instandhaltungsstrategie auszuwerten.
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6.3.1.3 Zustandsabhängige Maßnahmen
Bei zustandsabhängigen Maßnahmen liegt der Gedanke zu Grunde, durch
kontinuierliche Verbesserungsprozesse (KVP) eine Steigerung der
Instandhaltungseffizienz zu erzielen. Mittels stetiger Überprüfung und Überwachung des
Anlagenzustandes (Inspektion) ermittelt man den Abnutzungsvorrat von Komponenten
und kann frühzeitig einen Ausfall erkennen. Durch geeignete Maßnahmen der Wartung
und Instandsetzung wird er letztendlich ganz vermieden.
Im Gegensatz zur vorbeugenden Instandhaltung spielen hier die Näherung der
prozessspezifischen Parameter eine wesentliche Rolle.
Bei dieser Maßnahme orientieren sich die Instandhaltungsmaßnahmen möglichst genau
am konkreten Abnutzungsgrad des Instandhaltungsobjekts. Durch geeignete
Überwachungs- und Diagnosesysteme ist es möglich, rechtzeitig über Abweichungen
von der geforderten Leistungsfähigkeit der Anlage informiert zu werden. Dadurch wird
eine Anpassung des Instandhaltungsintervalls an den Nutzungsvorrat erreicht.
Die zustandsabhängigen Maßnahmen sollen so erfolgen, dass sie einerseits das
Eintreten einer Störung vermeiden, andererseits aber auch das Produktionsvermögen
der Anlage bis nahe der Grenzwerte auslasten.
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6.3.1.3 Zustandsabhängige Maßnahmen
Argumente für die zustandsorientierte Instandhaltung sind:
• Kosten
• Risiko, bei vorbeugenden Maßnahmen Defekte zu verursachen
• Diagnose eingetretener Schäden und Verminderung von Folgeschäden
In der Regel geht Störungen vor ihrem Eintritt eine gewisse Warnung voraus, die als
potenzielle Störung bezeichnet wird. Das Intervall zwischen dem Erkennen und dem
Eintritt der Störung kann von wenigen Millisekunden bis zu mehreren Jahren betragen.
Die zustandsbedingten Maßnahmen werden gesetzt, um festzustellen, wann
potenzielle Funktionsstörungen auftreten, sodass Gegenmaßnahmen eingeleitet werden
können, bevor aus der potenziellen eine tatsächliche Störung wird. Danach werden
üblicherweise zustandserhaltende Maßnahmen eingeleitet, die dafür sorgen, dass die
Anlage ihre planmäßige Leistung beibehält. Dazu gehören alle Typen von
vorausplanender Wartung, zustandsbezogener Wartung und Zustandsüberwachung.
P
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6.3.2 Wartung
Definition der Wartung laut DIN 31051:
Maßnahmen zur Verzögerung des Abbaus des vorhandenen
Abnutzungsvorrates (der Betrachtungseinheit *)
Die Wartung wird im Allgemeinen in regelmäßigen Abständen und häufig von
ausgebildetem Fachpersonal durchgeführt. So kann eine möglichst lange Lebensdauer
und ein geringer Verschleiß der gewarteten Objekte gewährleistet werden. Fachgerechte
Wartung ist oft auch Bestandteil der Gewährleistung.