Fehler eliminieren durch Steigerung der Anlagenzuverlässigkeit

Seit dem Aufkommen qualitätszentrierter Initiativen wie Total Quality Management (TQM) und Six Sigma verfolgen Organisationen unermüdlich die Eliminierung von Produktfehlern. Ein Six-Sigma-Prozess wird durch den Benchmark von 3,4 fehlerhaften Teilen pro Million Gelegenheiten (DPMO) definiert.

Der wichtigste Hebel für diesen Benchmark ist Variation. Qualitäts-Experten sind sich einig, dass Inkonsistenzen in Prozessen und Anlagenleistung den Großteil der kundenrelevanten Fehler erzeugen. In Six Sigma wird jedes Ergebnis, das die Kundenzufriedenheit mindern könnte, als Fehler behandelt.

In diesem Artikel beleuchten wir den Zusammenhang zwischen Anlagenzuverlässigkeit und Produktfehlern. Wir identifizieren häufige Grundursachen schlechter Zuverlässigkeit und skizzieren Strategien zu deren Verhinderung oder Minderung, um Fehler letztlich zu eliminieren.

Anlagenzuverlässigkeit und Produktfehler

Ron Moore argumentiert, dass Prozesskonformität sich verbessert, wenn Anlagenzuverlässigkeit mit kalibrierter Instrumentierung, diszipliniertem Betrieb und qualitativ hochwertigen Rohmaterialien gekoppelt ist. Zuverlässigkeit stellt sicher, dass Teilsysteme und Komponenten über ihre vorgesehene Lebensdauer wie vorgesehen funktionieren.

Fehler können in Anlagen in jedem von sechs Lebenszyklusphasen entstehen: Design, Beschaffung, Lagerung, Installation/Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung. Durch Kontrolle von Ausfällen, die in einer dieser Phasen auftreten, können Unternehmen direkt die Produktqualität beeinflussen.

Häufige Grundursachen schlechter Anlagenzuverlässigkeit

Grundursachen sind die zugrundeliegenden Faktoren, die wiederkehrende Ereignisse wie Anlagenunterleistung antreiben. Ihre Eliminierung ist der Schlüssel zur Verhinderung zukünftiger Ausfälle.

Oft werden diese Grundursachen mit menschlichen Eingriffen, Ausfallsymptomen oder den physikalischen Ausfallmechanismen verwechselt. Um Unzuverlässigkeit wirklich zu verhindern, müssen Organisationen latente Ursachen angehen – systemische Probleme, die in der Unternehmenskultur und dem Managementsystem verankert sind.

Typische latente Grundursachen umfassen:

• Fehlanwendung – Betrieb außerhalb des Designumfangs, mangelhaftes Initialdesign oder fehlerhafte Beschaffung.

• Betriebspraktiken – unzureichende Verfahren, Nichteinhaltung oder fehlende Nachverfolgung.

• Wartungspraktiken – mangelhafte Verfahren, Nichteinhaltung oder ungenügende Frequenz.

• Alter – beschleunigter Verschleiß durch Umwelteinflüsse oder Ende der Nutzungsdauer.

• Managementsysteme – unzureichende Fähigkeiten, geringe Mitarbeitereinbindung oder Untätigkeit bei erkannten Gefahren.

Um die vollen Vorteile reduzierter Fehler durch verbesserte Zuverlässigkeit zu ernten, sollten Organisationen mindestens vier Systeme etablieren.

RCA-Programm

Root Cause Analysis (RCA) ist ein systematischer Problemlösungsansatz, der die wahren Ursachen von Ereignissen identifiziert. Im Zuverlässigkeits-Engineering ist ein diszipliniertes RCA-Programm essenziell, um die Gründe für schlechte Anlagenleistung aufzudecken und Korrekturmaßnahmen umzusetzen.

Unternehmen A, ein großer Chemiehersteller, betrieb 1.150 Kreiselpumpen. 1995 betrug die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) der Pumpen nur 0,8 Jahre (9,6 Monate). Ein formaler RCA-Prozess wurde erst 1998 eingeführt.

Zunächst führte das Werk eine Ausfallanalyse durch und verglich Installations- und Wartungspraktiken mit Best-in-Class-Benchmarks. Diese Gap-Analyse löste den nötigen Wandel aus, um einen systematischen RCA-Prozess zu starten.

Die Zuverlässigkeitsabteilung schulte Mitarbeiter in Ausfallcodierung, erfasste Daten im CMMS und führte eine separate FRACAS-Datenbank (Failure Reporting Analysis and Corrective Actions System).

RCA fokussierte sich auf die häufigsten Ausfallmodi, und Korrekturmaßnahmen wurden basierend auf den Ergebnissen umgesetzt. Die Resultate, in Abbildung 1 dargestellt, zeigen eine dramatische Verbesserung.

Abbildung 1: Pumpen-MTBF 1995-2002

Über acht Jahre stieg die MTBF um 500 %. Die Reduktion der Pumpenausfälle allein sparte zum Ende des Datensatzes ca. 5,5 Mio. USD pro Jahr an direkten Wartungskosten. Andere Zuverlässigkeitsinitiativen in den letzten fünf Jahren trugen ebenfalls bei, aber Pumpen waren der Haupttreiber.

Der kombinierte Effekt aller Initiativen – geschätzt 35-40 % der Gewinne – steigerte die Werksleistung um 15 % bei moderatem Kapitaleinsatz und hob die Overall Equipment Effectiveness (OEE) von 94 % auf 98,2 %.

Mit weniger als drei Pumpenausfällen pro Tag und minimalen Instrumenten- oder Behälterausfällen konnte das Werk mit seiner demonstrierten Rate fahren, ohne ständiges Rebalancing. Diese Stabilität führte zu Profitabilitätssteigerungen von 12 Mio. USD/Jahr bei Volllast auf 43 Mio. USD bei 60 % Kapazität und letztlich 72 Mio. USD bei Markteröffnung.

Vor-Ort-Zuverlässigkeitspraktiker

Life Cycle Engineering entwickelte Reliability Excellence (Rx), eine Philosophie, die Kulturwandel vorantreibt und Anlagenzuverlässigkeit sowie Prozesskontrolle als Fundament moderner Fertigung fokussiert.

Die Organisation definiert Rx in fünf diskreten Levels, illustriert in Abbildung 2. Nachhaltigkeit steht an der Spitze, mit Zuverlässigkeits-Engineering als Kernkomponente.

Abbildung 2: Reliability Excellence Modell

Ob ein Zuverlässigkeitsingenieur vor Ort ist oder nicht – zentrale Aktivitäten müssen ausgeführt werden, um die gewünschten Ergebnisse zu sichern: höhere Zuverlässigkeit und weniger Fehler.

Vor-Ort-Zuverlässigkeitspraktiker überwachen Anlagen und Prozesse, um kontinuierliche Verbesserungschancen aufzudecken. Als Risikomanager bestimmen sie proaktiv die besten Risikominderungsstrategien durch präventive oder prädiktive Wartung und Risikoplanung.

Reliability-Centred Maintenance (RCM) oder Varianten werden für kritischste Anlagen empfohlen. Für den Rest des Werks können andere Optimierungsstrategien eingesetzt werden, sofern deren Grenzen und Risiken verstanden sind.

Geschäftsprozesse zur Unterstützung von Zuverlässigkeit und Produktqualität

Stabile Prozesse bilden das Fundament jeder Zuverlässigkeits- oder Qualitätsinitiative. Kein TPM, Lean Manufacturing oder Six Sigma kann sein volles Potenzial entfalten ohne Prozesse, die Verbesserung nachhaltig machen.

Nehmen wir ein 50 Jahre altes Aluminiumhüttenwerk, das seine Arbeits- und Anlagenprozesse neu gestaltete. 2002, vor der Reliability-Excellence-Initiative, beliefen sich die Gesamtwartungskosten auf über 35 Mio. USD, was über 137 USD Wartungskosten pro Tonne Aluminium entsprach – 50 % über dem damaligen globalen Durchschnitt.

Das Werk standardisierte Arbeitsprozesse, baute Anlagenhistorien-Datenbanken auf und nutzte Lean-Tools zur Problemlösung. Wartung und Betrieb übernahmen die TPM-Kennzahl OEE zur Fortschrittsverfolgung.

Bis 2004, nach Implementierung zuverlässigkeitsbasierter Prozesse, realisierte das Werk 2,4 Mio. USD Verbesserungen direkt durch OEE-Gewinne.

Ergebnisüberwachung

Joseph Juran sagte berühmt: „Wenn Sie es nicht messen, managen Sie es nicht.“ Diese Wahrheit gilt heute unverändert. Um zu bestätigen, dass Fehler eliminiert werden, müssen Sie die richtigen Kennzahlen verfolgen.

OEE ist ein offensichtlicher Ausgangspunkt. Es spiegelt wider, wie effektiv Anlagen Geschäftsziele erreichen und integriert Verfügbarkeit, Leistungsrate und Produktqualität.

Verbesserte Anlagenzuverlässigkeit steigert nicht nur die Verfügbarkeit, sondern auch die Qualität – ein doppelter positiver Effekt auf OEE.

Weitere nützliche Kennzahlen sind MTBF und Ausschussrate für gezielte Anlagen, um Zuverlässigkeitsverbesserungen mit Abfallreduktion zu korrelieren.

Zuverlässigkeitsprofis betonen oft den Link zwischen Anlagenzuverlässigkeit und finanziellen Ergebnissen – Produktionsausstoß, Sicherheit, Qualität. Die Verbindung zu Fehlern und Prozessabfall ist ebenso wichtig.

Um Variation in Ihrem Fertigungsprozess zu managen, fokussieren Sie vier Schlüsselschritte:

• Implementieren Sie ein robustes, diszipliniertes RCA- und Zuverlässigkeitsprogramm zur Identifikation von Zuverlässigkeitslücken.
• Weisen Sie dediziertes Zuverlässigkeitspersonal zur Nachhaltigkeit von Verbesserungen zu.
• Stellen Sie sicher, dass Geschäftsprozesse Ihre Zuverlässigkeitsziele unterstützen.
• Messen Sie Fortschritt mit geeigneten Kennzahlen.

Referenzen
* Moore, R. Selecting the Right Manufacturing Improvement Tools, Boston, MA & London, Elsevier Butterworth-Heinemann Books, 2007.
** Mobley, R. K. Root Cause Failure Analysis, Elsevier Butterworth-Heinemann, 1999.
Über den Autor:
Carl March bringt umfangreiche Erfahrung in Wartung, Zuverlässigkeits-Engineering, Systemmodellierung und Design. Mit B.S. in Maschinenbau und M.S. in Automotive Systems Engineering ist Carl Certified Reliability Engineer (CRE) bei der American Society for Quality und Certified Maintenance & Reliability Professional (CMRP) bei der Society of Maintenance and Reliability Professionals. Er spezialisiert sich auf RCM, TPM, Ursachenanalyse und Zuverlässigkeitsexzellenz und hilft Kunden weltweit bei der Erreichung von Fertigungsexzellenz. Kontakt: cmarch@LCE.com. Mehr unter www.LCE.com oder Telefon 843-744-7110.