Kohlemühle: Was ist die optimale Kombination von Inspektion und Ersatzteilhaltung?
Verschiedene Instandhaltungsstrategien versuchen deshalb auf unterschiedlichen Wegen die benötigte Wissensbasis zu erschließen und die stochastische Problemstellung eines Komponentenausfalls zu berücksichtigen, um letztendlich ein den jeweiligen Anforderungen entsprechendes Optimum an Instandhaltungsaufwendungen zu bestimmen.
Eine dieser quantitativen Methoden ist die risikobasierte Instandhaltung. In ihrer heute praktizierte Form der Risk based Maintenance (RBM) geht die Methodik auf die von ,Det Norske Veritas (DNV)‘ für das ,American Petroleum Institute (API) entwickelte risikobasierte Inspektion (RBI) in der Petrochemie zurück.
Den ersten Schritt der Analyse bildet die Systemdefinition. Hier wird die betrachtete Anlage in funktionale Einheiten untergliedert. Anschließend werden im Rahmen der Gefahrenidentifikation für jedes Bauteil die denkbaren Möglichkeiten des Versagens ermittelt. Aus diesen Daten kann dann die Häufigkeit eines Ausfalls für eine spezifische Komponente ermittelt werden. Diese Ausfallrate ist in der Normalbetriebsphase eines Bauteils näherungsweise konstant und entspricht gerade dem Kehrwert der mittleren Lebensdauer (MTTF ,Mean Time To Failure‘).
Kompontenenausfälle werden im fixen und variablen Teil bewertet
Weiterhin wird für die Ermittlung der Risikowerte der Schaden des Komponentenausfalls einbezogen. Dieser besteht im
Gefahrenidentifikation: Prozentuale Risikobeiträge der Komponenten des Fallbeispiels.
Allgemeinen aus einem fixen Teil, etwa den Kosten für das Ab- und Anfahren der Anlage zur Reparatur, und einem variablen Teil, der die Dauer des Stillstandes oder der Minderleistung der Anlage bis zur Wiederaufnahme des Normalzustandes beschreibt. Vereinfacht ist der variable Teil des Schadens proportional zur mittleren Zeit bis zur Wiederherstellung der Komponente (MTTR ,Mean Time To Repair’) und den Betriebsunterbrechungskosten (BUK) pro Zeiteinheit.
Als risikomindernde Maßnahmen kommen zum einen die Inspektion und zum anderen die Ersatzteilvorhaltung in Betracht. Inspektionen erhöhen unser Wissen über den Zustand einer Anlagenkomponente. Denn ohne Inspektionen könnte der Schädigungszustand einer Komponente und damit auch Reststandzeiten und Ausfallhäufigkeiten einigermaßen zuverlässig nur von Experten abgeschätzt werden.
Verglichen mit der Inspektion scheint die Bevorratung von Ersatzteilen auf den ersten Blick nicht zur Minderung des Risikos zu führen. Bei genauerer Betrachtung wird jedoch klar, dass die Höhe der Betriebsunterbrechungskosten (BUK) wesentlich von der Beschaffungszeit für die benötigten Ersatzteile abhängt. Ist die Beschaffung dieser Ersatzteile mit langen Wartezeiten verbunden, können die aus der Nichtverfügbarkeit der Anlage resultierenden Kosten schnell sehr groß werden.
Zweigleisige Betrachtung: die schematische Vorgehensweise bei risikobasierter Instandhaltung.
Es zeigt sich also, dass ein optimiertes Ersatzteilmanagement den potenziellen Schaden eines Ausfalls und das damit verbundene Risiko reduzieren kann. Auf der anderen Seite ist die Lagerung von Ersatzteilen jedoch mit Kosten verbunden. Deshalb gilt es abzuwägen, ob die jeweilige Einlagerung eines Ersatzteils unter der Berücksichtigung von Lagerkosten, Beschaffungszeit und risikomindernder Wirkung ein sinnvolles Mittel ist, um das errechnete Risiko entsprechend zu reduzieren.
Der Instandhalter sieht sich mit zwei Extremen der Ersatzteilbevorratung konfrontiert. Die Strategie „keine Ersatzteilbevorratung“ erfordert praktisch keinen Kapitaleinsatz für die Ersatzteilbevorratung; dafür zeigt sie im Vergleich zur Strategie „durchgehende Ersatzteilbevorratung“ jedoch auch gravierende Nachteile. Diese ergeben sich aus dem hohen damit verbundenen Betriebsunterbrechungsrisiko (BU-Risiko).
Die optimale Strategie liegt also irgendwo in der Mitte. Die Frage ist nur, wo? Um eine Antwort zu finden, können die Erfahrungen mit der jeweiligen Anlage herangezogen werden. Für Komponenten, die öfters ausfallen, werden Ersatzteile dann vorgehalten, wenn der Ausfall der Komponente mit einer nennenswerten Reduktion der Produktion verbunden ist und/oder die Beschaffung der erforderlichen Ersatzteile längere Zeit in Anspruch nimmt. Diese heuristische Vorgehensweise hat jedoch einen entscheidenden Nachteil. Moderne Methoden der Qualitätssicherung haben dazu geführt, dass Komponenten relativ zuverlässig sind, sie fallen selten aus. Gerade für solche Komponenten liefert das erfahrungsbasierte Ersatzteilmanagement aber kaum Anhaltspunkte. Insbesondere dann, wenn die Ersatzteilbevorratung kostspielig ist, wird die Ersatzteilhaltung eher stark eingeschränkt, ohne dass für diese Vorgehensweise Entscheidungskriterien vorhanden wären, es sei denn, dass der Hersteller der Komponente dies zwingend vorschreibt. Fallen solche Komponenten jedoch aus, so ist der Schaden oft beträchtlich. Es werden also Risiken eingegangen, ohne zu wissen, wie groß diese sind.
Die Ersatzteilhaltung beeinflusst die Auswirkungen von Störungen
Diesem Dilemma kann durch die risikobasierte Vorgehensweise abgeholfen werden. Dabei bleibt jedoch festzuhalten,
Das Gesamtrisiko und der globalen KN-Faktor lassen sich mithilfe der Instandhaltungsaufwendungen nur in einem begrenzten Bereich steuern.
dass sich Inspektionen auf die Häufigkeit eines Schadensfalls auswirken, wohingegen der Einfluss einer Ersatzteilbevorratung auf die Verringerung der Auswirkungen gerichtet ist. Inspektionen und Ersatzteilbevorratung können selbstverständlich auch in Kombination angewendet werden. Ein Satz von Maßnahmen zur Risikoreduktion wird auch als Maßnahmenbündel (MB) bezeichnet.
Folgendes vereinfachte Fallbeispiel mit vier Komponenten eines Systems aus dem Kraftwerksbereich soll die Vorgehensweise und die daraus ableitbaren Handlungsempfehlungen verdeutlichen: Eine Anlage, bestehend aus Schmierölpumpe, Mahlsatz, Abdichtung und Getriebe mit jeweils verschiedenen Expertenschätzungen für die Standzeit, Beschaffungszeit und Reparaturzeit der Anlagen. Die Berechnung der Risikowerte lässt sich als prozentuales Risikobild, bezogen auf das Gesamtrisiko der Anlage, darstellen.
Würde die Entscheidung lediglich nach dem Risikobild der Anlage getroffen, würde dies bedeuten, das Risiko in der Reihenfolge Schmierölpumpe, Mahlsatz, Abdichtung und zuletzt Getriebe zu senken. Es müssen aber zuerst die Kosten-Nutzen-Abwägungen hinzugezogen werden, um eine eindeutige Entscheidung bezüglich der durchzuführenden Risikominderungsmaßnahmen zu treffen. Für jedes Bauteil werden dementsprechend sieben KN-Faktoren ermittelt.
Im Anschluss an diese Aufstellung werden sämtliche MB ausgeschlossen, die zu einem niedrigeren KNF und gleichzeitig zu geringerer Risikoreduktion führen als die vorangegangenen MB. Nach diesem Schritt werden dann die MB aller Komponenten zusammengeführt und nach absteigenden KN-Faktoren geordnet.
Diese Auflistung der MB lässt sich nun Stufe für Stufe analysieren, um so die für das Kosten-Nutzen-Verhältnis optimale Sätze von MB mit steigender Risikoreduktion für die Komponenten der gesamten Anlage zu ermitteln. Dabei wird zum einen die prozentuale Gesamtrisikoreduktion, zum anderen ein globaler KN-Faktor über die prozentuale Kostenerhöhung aufgetragen, welcher die Gesamtrisikoreduktion durch die verwendeten Sets an MB in ein Verhältnis zu den entsprechenden Aufwendungen setzt.
Generell lässt sich also mithilfe diese Methodik entweder eine auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis bezogene optimale Senkung des Risikos auf ein festes Sicherheitsziel hin oder aber eine kostenrisiko-optimale Auswahl der durchzuführenden Instandhaltungsmaßnahmen für ein festes Budget erreichen.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, fallspezifisch nützliche Zusatzinformationen zu gewinnen. Für das Fallbeispiel wären dies beispielsweise der Umstand, dass sich durch den Einsatz von nur 43% des gesamten Instandhaltungsbudgets bei einer Ersatzteilbevorratung und Inspektion vom Typ C für alle Komponenten das Risiko bereits um 99% senken lässt.
Dieser Umstand bestätigt sich auch bei weiter führenden Betrachtungen. Die Aufwendung der restlichen 57% der Ausgaben führt dann lediglich zu einer um 0,3% erhöhten Risikoreduktion für die Anlage. Es gilt, diese Zusatzausgaben also jeweils bezogen auf die spezifischen Rahmenbedingungen genau zu analysieren und abzuwägen.
Die zweite Hälfte des Budgets senkt das Risiko kaum noch
Das Gesamtrisiko und der globalen KN-Faktor lassen sich mithilfe der Instandhaltungsaufwendungen nur in einem begrenzten Bereich steuern.
Des Weiteren lässt sich erkennen, dass das Risiko kostenoptimal bereits um 62% gesenkt werden kann, ohne etwaige Maßnahmen für den zweitgrößten Risikotreiber, den Mahlsatz, durchzuführen. Diese Ergebnisse entstehen, gerade weil nicht nur das Risiko, sondern auch das Verhältnis der Risikoreduktion zu den damit verbundenen Kosten in die Analyse aufgenommen wird.
Die Konkretisierung der unternehmensspezifischen Sicherheitsziele und der aufzuwendenden Instandhaltungsbudgets können somit zu einer völlig neuen Sichtweise auf die Anlage führen. Eines bleibt dabei festzuhalten: Eine Anlage ohne Risiken wird es in keinem Fall geben. Es ist aber in jedem Fall sinnvoller, die bestehenden Risiken zu kennen und sich mit ihnen auseinanderzusetzen, als nur zu wissen, dass sie existieren.
Carsten Weid, Jürgen Hofmann
DNV Germany GmbH
Tel.: 0201 7296 0
http://www.dnvba.com/.de
Die Gesamtbewertung
Risikoreduktion und Kosten-Nutzen-Faktor
Die Bewertung der einzelnen Maßnahmebündel im Rahmen der risikobasierten Instandhaltung erfolgt in zweierlei Hinsicht:
- bezüglich ihres Potenzials zur Reduzierung des Risikos und
- durch die Berechnung von Kosten-Nutzen-Faktoren (KNF).
- Dieser Faktor setzt dann die Risikoreduktion ins Verhältnis zu den aufzuwendenden Kosten und ermittelt sich als KNF = ROM-RMM/K
wobei ROM und RMM das Risiko ohne bzw. mit Umsetzuung des jeweiligen Maßnahmebündels und K die Kosten der Maßnahme sind.
Beide Bewertungskriterien werden dann einbezogen, um zu entscheiden, welches Maßnahmenbündel durchgeführt werden sollte.
