Bewertung der Instandhaltung von Fertigungssystemen in der technischen Investitionsplanung PDF
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6OJITJ=BmUJ Forschung und Praxis Band 90 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (lPA), Stuttgart, Frau nhofer-I nstitut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart, und Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart Herausgeber: H J. Warnecke und H-J. Bullinger Hagen U. Uetz Bewertung der Instandhaltung von Fertigungssystemen in der technischen Investitionsplanung Mit 38 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1986 Dipl.-Ing. Hagen U. Uetz Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Dr.-Ing. H. J. Warnecke o. Professor an der Universitat Stuttgart Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (lPA), Stuttgart Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger o. Professor an der Universitat Stuttgart Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart 093 ISBN-13: 978-3-540-16166-0 e-ISBN-13: 978-3-642-82693-1 001: 10.1007/978-3-642-82693-1 Das Werk ist urheberrechtlich geschOtzt. Die dadurch begrundeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ahnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwendung, vorbehalten. Die VergOtungsanspruche des § 54, Abs. 2 UrhG werden durch die "Verwertungsgesellschaft Wort", MOnchen, wahrgenommen. © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1986. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besonde~e Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOrtten. Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim 2362/3020-543210 Geleitwort der Herausgeber Futuristische BUder werden ~ute ent\\Urfen: o Robot.er bauen Robot.er, o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in SeklIDden urn die ganze W=lt. Von der "nenschenleeren Fabrik" wird da gesprochen IIDd van "papierlo sen Btiro". WOrtlich gencmtEl1 muB man beides als utopie bezeichnen, aber der EntwickllIDgstrend geht sicher zur "automatischen FertiglIDg" IIDd zurn "rechnerlIDterstlitzten Bliro". ForschlIDg bedarf der Perspektive, ForschlIDg ben6tigt aber auch die RilckkoppllIDg zur Praxis - insbeson dere im Bereich der Produktionstechnik IIDd der Arbeitswissenschaft. FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schllis selstelllIDg. MechanisierlIDg IIDd AutanatisierlIDg haben es lIDS in den letzten Jahren erlaubt, die Produktivitilt IIDserer Wirtschaft standig zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die LeistungssteigerlIDg einzelner Maschinen IIDd Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB wir das Zusannenspiel der verschiedenen Untemehrrensbereiche starker beachten mlissen. In der FertiglIDg selbst konzipieren wir flexible Fer tiglIDgssysteme, die viele verkettete Einzelmaschinen beinhalten. Dort, \\U es Produkt IIDd Produktionsprogranm zulassen, denken wir intensiv tiber die VerknlipflIDg von Konstruktion, ArbeitsvorbereitlIDg, FertiglIDg IIDd Qualitatskontrolle nacho RechnerlIDterstiitzte Informationssysteme helfen dabei IIDd sollen zum CIM (Ccrcputer Integrated Manufacturing) flihren und CAD (Catputer Aided Design) und CAM (Conputer Aided Manu facturing) vereinen. Auch die Btiroarbeit wird neu durchdacht IIDd mit Hilfe vemetzter COmputersysteme teilweise autamatisiert IIDd mit den anderen Untemehirensfunktionen verblIDden. Information ist zu einem Produktionsfaktor ge\\Urden, IIDd die Art IIDd Weise, wie man damit urrgeht, wird mit tiber den Untemehrrenserfolg entscheiden. Der Erfolg in IIDseren Untemehrren hangt auch in der ZuklIDft entschei dend von den dort arbeitenden Menschen abo RationalisierlIDg und Auto matisierlIDg mlissen deshalb im Zusarmenhang mit Fragen der Arbeitsgestal tlIDg betrieben werden, IIDter Beri.icksichtiglIDg der Bedlirfnisse der Mit arbeiter IIDd unter BeachtlIDg der erforderlichen Qualifikationen. Inve stitionen in Maschinen IIDd Anlagen miissen deshalb in der Produktion wie im Btiro durch Investitionen in die Qualifikation der Mitarbeiter be gleitet werden. Bereits im PlanlIDgsstadiurn mlissen Technik, Organisation IIDd Soziales integrativ betrachtet IIDd mit gleichrangigen GestaltlIDgs zielen belegt werden. Von wissenschaftlicher Seite ruB dieses Bemiihen durch die EntwickllIDg von Methoden IIDd Vorgehensweisen zur systematischen Analyse IIDd Ver besserlIDg des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder lichen DienstleistlIDgsfunktionen IIDterstlitzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusarmenarbeit mit anderen Disziplinen, z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften IIDd der Arbeitswis senschaft, Li::islIDgen zu erarbeiten, die den veranderten RandbedinglIDgen RechnlIDg tragen. Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei tlIDg im Betrieb erinnert, der von der AngebotserstelllIDg tiber Konstruk tion IIDd ArbeitsvorbereitlIDg, bis hin zur FertiglIDgssteuerlIDg IIDd Quali tatskontrolle reicht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus- wahl lIDd den Einsatz von FClrdennitteln sowie Anordmmg lIDd Ausstattung von Lagem. GroBe Aufmerksarnkeit wird in nachster Zukunft au:::h der ~iteren Autanatisienmg cler Handhabung von Werkstiicken und Werkzeu gen sowie der M:mtage von Produkten gescl'E1kt ~den. Von der ForschlIDg muB in diesem Zusamrenhang ein Beitrag ZUIll Einsatz fortschrittlicrer intelligenter Cc:xrputersysterre erfolgen. PlanlIDgs prozesse mtissen durch Softwaresysterre lIDterSttitzt lIDd Arbeitsbedingtm gen wissenschaftlich analysiert lIDd neu gestaltet ~rden. Die von den Herausgebem geleiteten Institute, das - Institut ftir Industrielle Fertigtmg lIDd Fabrikbetrieb cler Universitat Stuttgart (IFF), - Fraunhofer-Institut ftir Produktioostechnik und Autanatisierung (IPA), - Fraunhofer-Institut ftir Arbeitswirtschaft lIDd Organisation (IAO) arbeiten in gnmdlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die AUSStattlIDg cler Ial:x>rs lIDd die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen geftihrt, die ftir die Praxis von groBem Wert varen. Zur Umsetzung geWJrulener Erkenntnisse wird die Schriften reihe "IPA-IAO - ForschlIDg und Praxis" rerausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine Ubersicht tiber bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben. Dem Verfasser sei ftir die geleistete Arbeit gedankt, clem Springer Verlag ftir die Aufnahne dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa lette und cler Druckerei ftir saubere und ztigige Ausftihrtmg. MOge das Buch von cler Fachwelt gut aufgenomrren ~den. H. J. Wamecke • H. -J. Bullinger Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. H.-J. Warnecke danke ich fUr die wohl wollende Forderung und UnterstUtzung der Arbeit. Mein Dank richtet sich zudem an Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Lechner, der wertvolle Anregungen und Erganzungen zur Ar beit gab. Auch allen Mitarbeitern des lnstituts, die mich bei der Er stellung der Arbeit unterstUtzten, danke ich. Dies gilt insbe sondere fUr Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer sowie Herrn Horter. FUr die wertvollen wissenschaftlichen Anregungen und die fun dierte UnterstUtzung der Arbeit darf ich zudem Herrn Dipl. lng. W.H. Grobler meinen Dank aussprechen. Stuttgart, August 1985 Hagen Uetz I N HAL T Seite 0.1 Schrifttum 13 0.2 Abkurzungsverzeichnis 20 Einleitung 24 1.1 Vorbemerkungen 24 1.2 Stand der Technik 26 1. 2.1 Instandhaltung in der technischen 26 Investitionsplanung 1. 2.2 Grundlagen der Bewertung der Instandhaltung 27 in der technischen Investitionsplanung 1. 2.3 Spezielle Bewertungsverfahren der Instand 28 haltung 1 .3 Aufgabenstellung und Zielsetzung 28 2 Grundlagen der Instandhaltung 31 2.1 Begriffe der Instandhaltung und angren 31 zenden Gebiete 2 • 1 • 1 Instandhaltungsanlasse 32 2.1.2 Instandsetzbare und nicht instandsetzbare 34 Systeme 2.1 .3 Instandhaltungsdauern 35 2.2 Aggregierte Kennwerte der Instandhaltung 36 in der Fertigungstechnik 3 Anforderungen an ein Verfahren zur Bewertung 38 der Instandhaltung in der technischen Investitionsplanung 3.1 Instandhaltungsaspekte in der technischen 38 Investitionsplanung 3.2 EinfluBparameter der Instandhaltung und 40 deren Berucksichtigung im Verfahren 3.3 Istzustandsanalyse in Fertigungsbetrieben 41 3.4 Anforderungsprofil 43 - 10 - Seite 4 Modellentwicklung 46 4.1 Allgemeines Modell 46 4.1 .1 Grundlagen der allgemeinen Modellbildung 46 4.1. 2 Auswahl der Modellart 47 4.1.3 Betrachtungsart der betrieblichen Instand 48 haltung im Modell 4.1.4 Auswahl der Modellstruktur 49 4.2 Spezielles Modell 51 4.2.1 Vorgehen zum Erstellen eines speziellen Modells 51 4.2.2 Anwendung des Modells am Beispiel einer 55 Blechbearbeitungslinie 4.2.3 Datenbeschaffung im Betrieb 55 4.3 Anmerkung zur Prognose 58 4.3.1 Grundlagen der Prognose der Instandhaltungs 58 eigenschaften 4.3.2 Mathematische Darstellung der Prognose 60 4.3.3 DatengUte und Prognoseunsicherheit 61 5 Vorgehensweise bei der instandhaltungsbezo 63 genen Strukturierung von Fertigungssystemen 5.1 Problemstellung 63 5.2 DurchfUhren einer instandhaltungsspezifischen 63 Strukturierung von Fertigungssystemen 5.3 Anmerkungen zu den Abhangigkeiten der Elemente 66 5.4 Abbilden eines Fertigungssystems im analy 67 tischen Rechenmodell 5.5 Exemplarische Modellanwendung: Erstellen 68 des speziellen Struktogramms fUr die Blechbearbeitungslinie 6 Anlasse und Haufigkeiten von Instandhal 71 tungsmaf3nahmen 6.1 Problemstellung 71 6.2 Beschreibung von Instandhaltungsanlassen 71 - 11 - Seite 6.2.1 InstandhaltungsmaOnahmen mit determini 72 stischen Anlassen 6.2.2 InstandhaltungsmaOnahmen mit stochastischen 73 Anlassen 6.2.3 Charakteristische Verteilungsfunktion der 76 Instandhaltungsanlasse 6.3 Mathematische Darstellung im Rechemodell 79 6.3.1 Deterministische Instandhaltungsanlasse 79 6.3.2 Stochastische Instandhaltungsanlasse 80 6.4 Instandhaltungsanlasse am Beispiel einer 84 Blechbearbeitungslinie 7 Kostenkennwerte von InstandhaltungsmaOnahmen 86 7.1 Zur Kennwertbildung 86 7.2 Bilden des Kostenkennwertes 86 7.3 Vorhersage der Dauer der Instandhaltungs 87 maOnahmen 7.4 Analytische Ermittlung des Kostenkennwertes 92 7.5 Zur Einschatzung der Kostenarten 95 7.6 Diskontierung der Instandhaltungskosten 96 7.7 Verbessern des Kostenkennwertes durch eine 97 PrUfliste 7.8 Erarbeiten der KostenkenngroOen am Beispiel 100 der Blechbearbeitungslinie 8 Ausfallkosten von Fertigungssystemen 106 8.1 Zur Charakteristik von Ausfallkosten 106 8.2 BerUcksichtigung der Ausfallkosten im Modell 108 8.3 Ermittlung der Ausfallkosten am Beispiel der 109 Blechbearbeitungslinie 9 Bilden der Instandhaltungskostenkennwerte 113 auf Systemebene 9.1 Rechenprogramm zur Ermittlung der Instand 113 haltungskennwerte von Fertigungssystemen - 12 - Seite 9. 1 . 1 Programmstruktur 114 9.1. 2 Eingabedaten 117 9.1.3 Ausgabedaten 117 9.1. 4 Erfahrungen bei der Nutzung des Programms 118 9.2 Einsatz des Programms am Beispiel der 119 Blechbearbeitungslinie 10 Kritik der Ergebnisse und Ausblick 121 10.1 Vergleich der vorhergesagten Kostenkennwerte 121 und der tatsachlich erreichten Instandhal tungskosten 10.2 Kritik des Modells 122 10.2.1 Modellaufbau 122 10.2.2 Einzelne ModellmaOnahmen 123 10.3 Abgrenzung des Modelleinsatzes 125 10.4 Ausblick auf zukunftige Anwendungen 126 11 Zusammenfassung 128
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