Ausfallrisiko bestimmt die beste Instandhaltungsstrategie

In den meisten Unternehmen hat sich inzwischen herumgesprochen, dass die Instandhaltung ein bedeutender Wertschöpfungsfaktor ist und sogar hilft, Kosten zu sparen, und so maßgeblich zum Geschäftserfolg beiträgt. Denn die Beherrschung zunehmend vernetzter, hochkomplexer und weitgehend automatisierter Prozesse erfordert eine ebenso ausgerichtete, hochqualifizierte Instandhaltung und das dazu erforderliche Personal und Management.

Als Antwort auf diese Anforderungen zeichnet sich ein Paradigmenwechsel ab. Dieser ist geprägt durch eine hohe Bedeutungszunahme der Instandhaltung, neue Konzepte und Strategien sowie neue Formen der Zusammenarbeit.

Eine rein reaktive Instandhaltung kann in einem hochkomplexen Produktionsumfeld nicht mehr bestehen. Produzierende Unternehmen setzen verstärkt auf zustandsabhängige Instandhaltung. Damit geht eine zunehmende Verbreitung von Condition-Monitoring-Systemen einher, die eine Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und -erfassung ermöglichen. Beispielhaft dafür sind die Schwingungsüberwachung, Thermografie-, Drehmoment-, Lage-, Schmierstoff- und Ultraschallüberwachung sowie Stromaufnahme- und Druckluftverbrauchsmessung.

Oft ist es notwendig, verschiedene Methoden anzuwenden, um zu einer realistischen Aussage über den Zustand eines Objektes und zu einer guten Prognose über den zu erwartenden Abnutzungsverlauf zu kommen. Hauptgründe für den zunehmenden Einsatz von Condition-Monitoring-Systemen sind, dass es mittlerweile auch preisgünstige Systeme ab etwa 300 Euro gibt, der Nutzen unbestritten und nachweisbar ist und die Anlagenhersteller beginnen, entsprechende Systeme in die Anlagen zu integrieren.

Verunreinigung des Kühlschmierstoffes vermindert Schmier- und Kühleigenschaften

Eine Möglichkeit zur Zustandsanalyse von Maschinenteilen ist die Ölüberwachung. Schadensbegleitend tritt immer eine Verunreinigung des Kühlschmierstoffes durch chemische Veränderungen und Schwebteile auf. Diese Unreinheiten wirken sich negativ auf die Schmier- und Kühleigenschaften aus und führen zu weiterem Verschleiß (Bild 1). Mittels einer frühzeitigen Reaktion auf diese Warnsignale lässt sich eine Kostenreduzierung aufgrund einer längeren Lebensdauer des Öles und der Bauteile erzielen.

Ein weiteres Beispiel für den praktischen Einsatz von Überwachungssystemen liefert die Schwingungsmesstechnik. Unwuchten auf drehenden Wellen sowie Lagern, in Kolben oder auf Linearführungen rufen Schwingungen hervor. Bei korrekter Funktion aller Bauteile sind diese Schwingungen zyklisch konstant. Durch beispielsweise Abrieb, Ablagerungen oder unzureichende Schmierung ändern sich Frequenz und/oder Amplitude (Ausschlag).

Diese Eigenschaften nutzt die Schwingungsmesstechnik. Im Maschinenbau werden über Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessungen verschiedenste Geräte wie Motoren, Lager, Pumpen, Turbinen und Kompressoren teilweise berührungslos überwacht (Bild 2). Unter Berücksichtigung der gewonnenen Daten können Instandhaltungsstrategien angepasst werden. Anschaffungspreise von unter 1000 Euro pro Messstelle amortisieren sich erfahrungsgemäß innerhalb von drei Monaten – aufgrund einer deutlichen Erhöhung der Produktivität sowie einer Senkung der Instandhaltungskosten.

RFID bietet beachtliche Potenziale

Erhebliche Potenziale werden auch der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification, Funkerkennung) zugeschrieben (Bild 3). Durch die Erfassung und Speicherung von Daten und Informationen direkt am Objekt wird es möglich, die Instandhaltung wesentlich effizienter und mobiler zu gestalten. Die papierlose Durchführung der Instandhaltung bei gleichzeitig steigender Verfügbarkeit der Daten, Nachweisfähigkeit und Rückverfolgbarkeit der Prozesse eröffnen neue Möglichkeiten in Hinblick auf Anlagenverfügbarkeit, Betriebsergebnis, Arbeitssicherheit, Arbeitsplatzsicherung und internationale Wettbewerbsfähigkeit.

Die Thermografie dient der berührungslosen Bestimmung von Temperaturen zwischen -60 ° C und 3000 °C sowie deren Visualisierung. Sie nutzt die durch Wärme emittierte Infrarot-Strahlung (IR), transformiert diese in einen für den Menschen sichtbaren Bereich und errechnet Falschfarbenwärmebilder oder -filme. Heute werden mit Hilfe der Temperaturvisualisierung Qualitätsprüfungen durchgeführt und Fertigungsprozesse überwacht.

Zudem ist mit stationären oder portablen Messgeräten eine Oberflächendiagnose an im Betrieb befindlichen Maschinen möglich (Bild 4). Auf diese Weise können nicht sichtbare Probleme eindeutig entdeckt werden. Auf den Falschfarbenbildern erscheinen Fehler andersfarbig als ihre Umgebung. Potenzielle Folgeschäden an Maschinenteilen durch defekte Lager, Getriebe oder Gelenke können mittels dieser Technik vermieden werden.

Instandhaltungsstrategie wird risikobasiert gewählt

Welche Methoden und Strategien zum Einsatz kommen, wird zunehmend risikobasiert festgelegt. Dabei wird das Risiko eines Ausfalls für den Geschäftserfolg bewertet, indem die potenzielle Häufigkeit eines Ausfalls und seine Auswirkungen untersucht werden. Als logische Konsequenz steigen auch die Ansprüche an das Instandhaltungspersonal.

Instandhalter sind heute hochqualifizierte Spezialisten, die über ein umfangreiches und interdisziplinäres technisches Fachwissen verfügen müssen – welches ständig aktualisiert werden muss. Nur hochqualifiziertes Personal kann die komplexen Aufgaben der modernen Instandhaltung meistern und damit eine hohe Verfügbarkeit garantieren.

Das Instandhaltungsmanagement der Zukunft erfolgt IT-unterstützt und nutzt modernste Technologien, wie beispielsweise Telediagnose, Expertensysteme, Grafische Informationssysteme (GIS), mobile Systeme auf Basis von RFID und Wissensmanagement-Tools, und hat beispielsweise Zugriff auf Web-Kataloge für die Beschaffung von Ersatzteilen. Durch den Einsatz dieser Systeme können Prozesse automatisiert, beschleunigt und im globalen Verbund online vernetzt werden.

Wissensplattformen für die Instandhaltung

Instandhaltung wird immer wissensintensiver. Für ein Unternehmen ist es daher unabdingbar, das Wissen und die Erfahrungen der Mitarbeiter soweit wie möglich zu erhalten und am jeweiligen Bedarfsort den Berdarfsträgern zur Verfügung zu stellen. Ein möglicher Ansatz ist, das dokumentierbare Wissen auf einer so genannten Wissensplattform zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren übernimmt diese Plattform die Rolle eines Kommunikationsförderers, indem sie auch Informationen darüber bereitstellt, wer im Unternehmen Ansprechpartner für spezifische Themen- und Wissensgebiete ist. Zudem stehen Netzwerke wie das FVI zum Informations- und Erfahrungsaustausch bereit.

Eine moderne Instandhaltung muss sich an den Produktionsengpässen orientieren, um einen möglichst großen wirtschaftlichen Nutzen für das Unternehmen zu erreichen. Die Forderung nach höherer Anlagenverfügbarkeit bei gleichzeitiger Forderung nach Einsparungen in der Instandhaltung führt allerdings zu einem Konflikt.

Wenn eine Engpassanlage ausfällt, werden die folgenden Produktionsprozesse maßgeblich beeinflusst, was stets mit hohen Folgekosten verbunden ist. Hier bietet das Konzept einer vorausschauenden Instandhaltung, auch als Predictive Maintenance bezeichnet, einen Lösungsansatz. Ziel dieses Konzeptes ist, verschleißbedingte Schäden an Bauteilen mit Hilfe von geeigneter Messtechnik während der Produktion zu erfassen, durch periodische Beobachtungen zu dokumentieren und mit Unterstützung moderner Informationstechnik Aussagen über die Restlebensdauer eines Bauteils zu machen.

Kostenaspekte dürfen nicht vernachlässigt werden

Die Strategie darf allerdings kein Selbstzweck sein. Sie hat sich den Anforderungen der Produktion anzupassen. Die Verfügbarkeit muss nicht maximal sein — sie muss bedarfsgerecht sein. Das bedeutet, dass immer da, wo eine kostengünstigere Instandhaltungsstrategie sinnvoll und möglich ist (wie beispielsweise eine reaktive Strategie oder auch eine vorbeugende Strategie), diese eingesetzt wird. Diese Botschaft ist allerdings noch längst nicht bei allen Unternehmen angekommen.

Außerdem werden die Instandhalter noch hauptsächlich für Feuerwehreinsätze belohnt. Die schnelle Beseitigung von Ausfällen ist noch immer wichtiger als die Vermeidung und Beseitigung von Fehlern. Wer als Retter der Produktion belohnt wird, hat oft wenig Motivation, vermeidend aktiv zu werden. Denn dann wird seine Leistung nicht wahrgenommen. Hier muss die Geschäftsführung umdenken und damit die Kultur und den Stellenwert der Instandhalter im Unternehmen radikal verändern.

Dipl.-Ing. Harald Neuhaus ist Vorsitzender des FVI Forum Vision Instandhaltung in 44227 Dortmund und Leiter Zentrale Anlagentechnik bei Aluminium Norf in 41468 Neuss, harald.neuhaus@alunorf.de.