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Lebenszyklusmanagement für die Instandhaltung

Lebenszyklusmanagement für die Instandhaltung

In der Wertschöpfungskette von Investitionsgütern kommt der Instandhaltung eine wachsende Bedeutung zu. Ausgewählte Produkte oder Anlagen werden trotz geringer Gewinnspannen abgegeben, um Zugang zum lukrativen Service-Markt zu erhalten. Um auf diesem Markt erfolgreich agieren zu können, leisten IT-Systeme zum Lebenszyklusmanagement einen Beitrag, indem sie notwendige Produktdaten verfügbar machen.

Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik Berlin (IPK) schätzen Instandhalter die mit Softwareeinsatz zu realisierende Zeitersparnis, Prozesstransparenz und Kostenreduktion. Die Untersuchung ‚Markt- und Trendstudie 2011 – Maintenance, Repair and Overhaul‘ von Eckart Uhlmann, Markus Röhner, Jeanette Behrendt und Bart van Duikeren ist im Jahr 2011 in Berlin erscheinen. Bild: Contact Software

Bei immer mehr Unternehmen wird heute ein Großteil der Wertschöpfung durch Dienstleistungen entlang des Lebenszyklus von Investitionsgütern realisiert. Verstärkt wird dieser Trend unter anderem durch sinkende Neuinvestitionen, wodurch viele alte Anlagen zunehmend länger laufen müssen. Dies lässt die Nachfrage nach Dienstleistungen im Bereich Instandhaltung weiter steigen. Instandhaltung, auch als ‚Maintenance, Repair and Overhaul‘ (MRO) bezeichnet, ist die Grundlage, um Systeme langfristig verfügbar, effizient und sicher zu betreiben. Damit sich Investitionen in Maschinen und Anlagen, in Transport-Systeme und Produktionseinrichtungen wirtschaftlich darstellen, ist der Betrieb innerhalb der spezifizierten Grenzen und mit maximaler Verfügbarkeit der Systeme gefordert. Die geforderte Qualität muss in Produktion, Dienstleistung und den Fertigungsprozessen allgemein eingehalten werden. Die Bedeutung von IT-Systemen für das Daten- und Prozessmanagement in der Instandhaltung wächst somit insbesondere in Bezug auf Engineering-Prozesse.

Anders als häufig im Bereich der Konsumgüter kann eine komplexe Anlage nicht einfach ausgetauscht werden, wenn sie die Spezifikation kurzfristig aufgrund von Verschleiß oder unfallbedingten Schäden verlässt. In Flugzeugen beispielsweise sind viele Komponenten nicht betriebs-, sondern zeitfest ausgelegt. Lebensdauerbegrenzungen oder ‚Life Limits‘ legen fest, nach wie vielen Belastungszyklen oder Betriebsstunden eine Instandhaltungsmaßnahme folgen muss. Somit wird die Instandhaltung zu einem unverzichtbaren Prozessbestandteil im Betrieb von Investitionsgütern, der mit unterschiedlichen Aktivitäten konstruktiv bedingte Einschränkungen von Produkten kompensiert. Das betrifft zum Beispiel die Anforderung zur Gewichtseinsparung im Flugzeug- und Fahrzeugbau zur Reduktion von Treibstoffbedarfen auf Kosten der Lebensdauer. Sollen Instandhaltungsanforderungen und Kostenziele aus dem Produktlebenszyklus insgesamt erfasst werden, können Kostenaufstellungen wie ‚Service Cost‘, ‚Life Cycle Cost‘ und ‚Total Cost of Ownership‘ (LCC, TCO) einbezogen werden. Entsprechende Informationen lassen sich anschließend IT-gestützt zu weiteren Maßnahmen wie Einsparung von Treibstoffen, Reduktion und Vermeidung schädlicher Chemikalien in Beziehung setzen. Eine entsprechend ausgelegte Instandhaltung kann somit ein Mittel zur Senkung der Betriebskosten und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten.

Reparaturen individualisieren baugleiche Investitionsgüter

Die Instandhaltung von Investitionsgütern umfasst laut DIN 31051 die Inspektion, Wartung, Instandsetzung und Verbesserung – üblicherweise Modernisierung – technischer Systeme. Dies kann in unterschiedlichen internen oder externen Instandhaltungsaufträgen geschehen. Von Ersatzteildiensten bis hin zu komplexen Überholungsprojekten finden sich im industriellen Umfeld diverse Instandhaltungsvorgänge. Neben zeit-, betriebs- und zustandsbedingten Instandhaltungsintervallen kommt es immer wieder auch zu ungeplanten Vorfällen. Diese ergeben sich zum Beispiel aus Unfällen oder Systembetrieb außerhalb gewünschter Bedingungen, wie Schwankungen in der Treibstoffqualität einer stationären Turbine. Eine große Herausforderung besteht in der hohen Varianz der Investitionsgüter, da hier so gut wie keine Anlage der anderen baugleich entspricht. Selbst bei gleicher Planung entstehen zum Beispiel bei Dampfturbinen oft im Aufbau Abweichungen von der Konstruktion durch erste Anpassungen im Feld.

Diese Änderungen werden durch ‚Redlining‘ in Zeichnungen festgehalten und so für spätere Instandhaltungsmaßnahmen dokumentiert. Auch baugleiche Flugzeugturbinen unterscheiden sich im Detail durch individuelle Reparaturen. Umlaufbestände von Ersatzteilen führen in der Luftfahrt und auch in der Bahntechnik häufig dazu, dass eine Komponente in ihrem Lebenszyklus in verschiedenen Systemen eingesetzt wird. Zudem können Systeme im Lebenszyklus durch Rekonfiguration an neue Kundenanforderungen oder Betriebsbedingungen angepasst worden sein. Somit stellt die Verfolgung von Bauzuständen und der Konfigurationsverwaltung im Sinne des As-Built Managements eine zentrale Herausforderung dar, damit Instandhaltungsmaßnahmen effizient geplant und durchgeführt werden können.



Bild 3: Autor: Dr. Patrick Müller, Produktmanager PLM, Contact Software

Komplexe Anforderungen in Re-Engineering-Prozessen

Im Rahmen von Überholungs- oder Modernisierungsprojekten werden häufig umfassende konstruktive Änderungen vorgenommen. So lassen sich beispielsweise Schaufeln von Dampfturbinen nachträglich an neue Technologien und Design-Prinzipien anpassen, um höhere Leistungsgrade zu erzielen. Oft wird dabei das Design eines Schaufelfußes beibehalten, um nicht die kostenintensive Welle einer Turbine – also die Schnittstelle zur Schaufel – ändern zu müssen, während das Schaufelblatt neu konstruiert wird. Dieses Vorgehen wird üblicherweise als Re-Engineering bezeichnet. Dabei werden Prozesse, Methoden und Werkzeuge aus der Neuentwicklung eingesetzt. Das betrifft auch die Erzeugung der neuen Produktdaten wie CAD-Modelle, Zeichnungen oder Stücklisten, um modernisierte Ersatzteile für die Instandhaltung herstellen zu können. In der Luftfahrt werden zum Beispiel Flugzeugkabinen häufig gemäß spezieller Kundenanforderungen umgebaut, wenn das Flugzeug an einen neuen Betreiber übergeben wird. Dies können einzigartige Kabinenkonfigurationen sein, wobei neue Zulassungen und Instandhaltungspläne erforderlich werden. Entsprechend wird eine große Informationsdichte aus unterschiedlichen Quellen benötigt, um die anliegenden Prozesse zielgerichtet zu gestalten.

Informationsmanagement als zeitkritischer Faktor

Neben Produktion und Entwicklung kann damit auch die Instandhaltung vom Einsatz geeigneter Informationstechnik profitieren. Systeme für das Produktlebenszyklus- und Produktdatenmanagement (PLM/PDM) liefern Anwendungsfunktionen, die auch in der Instandhaltung Unterstützung beim Erstellen von Beschreibungen, Handbüchern, Ersatzteillisten und Dokumentationen leisten können. Der Untersuchung ‚Markt und Trendstudie 2011: Maintenance, Repair and Overhaul‘ des Fraunhofer Institut für Prooduktionsanlagen und Produktionstechnik (IPK) zufolge schätzen viele Instandhalter den Softwareeinsatz vor allem aufgrund der eingesparten Zeit, einer verbesserten Übersichtlichkeit auf die betroffenen Prozesse sowie der realisierten Kostenreduktion.

Viele Systeme weisen in der Praxis jedoch Schwachstellen auf, die sich in Überschneidungen der eingesetzten Softwarelösungen zeigen, in redundanter Datenhaltung, mangelnder Vernetzung und veralteten Datenbeständen. Die Herausforderung besteht darin, durch ein integriertes Informations- und Konfigurationsmanagement die ‚As-Built‘-Bauzustände für die Planung der Instandhaltungsmaßnahmen, Teamzuweisung, Maschinenbelegung und Dokumentenbereitstellung vorzuhalten. Die Verfügbarkeit von geometrischen Modellen, Zeichnungen und Stücklisten stellt zudem eine wichtige Basis für Re-Engineering-Projekte sowie die Reduktion von Such- und Inspektionsaufwänden dar.

Lebenslange Unterstützung für Produkte

Ein Teil der Bauzustandsverwaltung ist das revisionssichere Verwahren von Engineering-Daten und Dokumenten. Um den langfristigen Betrieb aufrechtzuerhalten, gilt es zudem Änderungs- und Freigabeprozesse sowie das Projektmanagement sinnvoll in die IT-Systeme zu integrieren. Dieser Ansatz wird im Rahmen von PLM-Konzepten verfolgt, welche technisch in der Regel durch ein IT-basiertes Produktdatenmanagement unterstützt werden. PDM-Systeme unterstützen als Enterprise-Anwendungen für Daten- und Prozessmanagement in der Produktentwicklung auch die Verwaltung von CAD-Modellen, Zeichnungen und Stücklisten sowie Funktionen für Workflow- und Projektmanagement. Auf diese Weise kann die Software als Informations-Backbone für übergeordnete PLM-Prozesse dienen. Mit dem Ziel, nach Möglichkeit alle relevanten Daten aus dem Produktlebenszyklus zusammenzuführen, besteht PLM als integrierter Management-Ansatz aus konsistenten Prozessen, Methoden, Modellen und IT-Werkzeugen zur Verwaltung von Produktinformationen, Prozessen und Applikationen im gesamten Produktlebenszyklus.

Darin fließen sowohl Informationen aus dem Anwenderunternehmen als auch Daten aus Kooperationen zwischen OEM, Zulieferern, Kunden und Partnern zusammen. Der PLM-Prozess integriert dabei Produktlebensphasen von der Marktanalyse über die Produktentstehung bis zu Betrieb, Service und der Ablösung des Produkts. Während der Fokus bislang auf der Produktentstehung lag, decken aktuelle Systeme den Produktlebenszyklus immer gleichmäßiger ab. Angesichts ausgeprägterer Produktindividualisierung und der Ausweitung des Instandhaltungsgeschäfts im Bereich Modernisierung und Re-Engineering gewinnen PLM-Systeme auf dem Feld Instandhaltung zunmehmend an Bedeutung.

Mehrwert in den Produktdaten steigern

Instandhaltungsdienstleistungen nehmen heute bei vielen Unternehmen einen wesentlichen Platz im Service-Geschäft ein, zumal die Margen vergleichsweise hoch sind. Einige Produkte werden im Neugeschäft nahezu ohne Gewinne abgegeben, aber als Zugang zum lukrativen Service-Markt genutzt. Hier sind Geschäftsmodelle gefordert, bei denen nicht ein Produkt, sondern eine Funktion, Verfügbarkeit, ein definiertes Produktionsergebnis oder gegebenenfalls eine Fähigkeit verkauft wird. Tritt ein Unternehmen als Systemanbieter auf, so ist es zwingend auf effiziente Engineering-Dienstleistungen und IT-Support angewiesen. Der IT-gestützte PDM/PLM-Ansatz ist – in Verbindung mit Konfigurations- und Projektmanagement – ein vielversprechender Baustein, um Instandhaltung als Geschäftsfeld erschließen zu können.