Präventive Wartung vs. reaktive Wartung: Wie wählt man die richtige Strategie für Maschinen aus?

Die reaktive Wartung eignet sich für Anlagen, bei denen ein Ausfall den Prozess nicht zum Stillstand bringt und die Reparatur schnell und kostengünstig durchgeführt werden kann. Die präventive Wartung hingegen sollte dort eingeführt werden, wo ein Stillstand Auswirkungen auf die Produktion, die Qualität oder die Sicherheit hat und sich der sich verschlechternde Zustand einer Maschine anhand von Daten erkennen lässt.

Für den Leiter der Instandhaltung ist eine einheitliche Strategie für den gesamten Betrieb höchstwahrscheinlich nicht die richtige Wahl. Ein Teil der Anlagen kann bis zum Ausfall betrieben werden, andere erfordern jedoch eine Wartung nach einem festen Zeitplan, und bestimmte Maschinen müssen entsprechend ihrem tatsächlichen Zustand überwacht werden.

Vier Faktoren helfen bei der Entscheidungsfindung: die Bedeutung der Maschine für den Prozess, die Ausfallkosten, die Erkennbarkeit eines Fehlers sowie die Kennzahlen MTBF und MTTR.

Bei der reaktiven Instandhaltung werden Reparaturen erst nach einem Ausfall durchgeführt. Die vorausschauende Instandhaltung, auch „Predictive Maintenance“ genannt, nutzt hingegen Daten zum Zustand der Anlage, um Verschleißerscheinungen zu erkennen und Maßnahmen zu planen, bevor es zu einem Stillstand kommt.

Der Unterschied betrifft das Signal, das den Wartungsbetrieb auslöst. Beim Modell:

Vorhersagen beschränken sich nicht immer auf den Einsatz künstlicher Intelligenz. Eine erste Lösung, die zu Ergebnissen führen kann, besteht darin, den Verlauf von Temperaturen, Schwingungen oder dem Stromverbrauch zu beobachten und diesen mit der Fehlerhistorie in Verbindung zu bringen.

Auch die Verwertbarkeit der Informationen spielt eine wichtige Rolle, denn eine Meldung, die erst wenige Minuten vor dem Stillstand eingeht, mag zwar technisch korrekt sein, ermöglicht es jedoch nicht, Ersatzteile zu bestellen oder einen Wartungstermin zu planen. Eine Prognose ist für Sie dann von Nutzen, wenn sie Ihnen Zeit für die Durchführung der erforderlichen Maßnahme verschafft.

Die beste Strategie zur Instandhaltung ist in den meisten Fällen ein gemischter Ansatz. Ein Hilfsgerät kann im reaktiven Modell verbleiben, ein Bauteil mit vorhersehbarem Verschleiß kann nach einem Zeitplan gewartet werden, und der Antrieb einer kritischen Leitung kann einer Zustandsüberwachung unterzogen werden.

Es lohnt sich nicht, darüber nachzudenken, welche Methode besser ist; stattdessen sollten Sie lieber ermitteln, bei welcher Maschine die jeweilige Strategie Kosten und Risiken minimiert.

Ein reaktives Modell kann eine bewusste wirtschaftliche Entscheidung sein, wenn:

Ein Beispiel hierfür ist ein kostengünstiger Hilfsventilator, der im Verbund mit einem Reservegerät betrieben wird. Sofern dessen Ausfall den Betrieb der Anlage nicht zum Stillstand bringt, kann eine kontinuierliche Überwachung unwirtschaftlich sein.

Die Einschätzung ändert sich, wenn ein ähnlicher Lüfter die Steuerung einer kritischen Maschine kühlt. In diesem Fall kann ein kostengünstiges Bauteil einen kostspieligen Stillstand verursachen. Daher ist für die Wahl der Strategie die Rolle des Geräts im Prozess ausschlaggebend und nicht dessen Kosten.

Die Kosten eines Ausfalls umfassen mehr als nur Ersatzteile und Arbeitsaufwand. Möglicherweise entstehen Ihnen auch Kosten für Produktionsausfälle, Ausschuss, die Arbeitszeit der Bediener während des Stillstands, Überstunden, die Wiederinbetriebnahme, Planänderungen und verspätete Lieferungen.

Das reaktive Modell muss neu bewertet werden, wenn dieselben Störungen immer wieder auftreten, die Techniker den Großteil ihrer Zeit mit dringenden Meldungen verbringen und die Wartezeit auf ein Ersatzteil oder eine Diagnose länger dauert als die Reparatur selbst.

In diesem Fall stellt das System die Betriebsfähigkeit wieder her, verringert jedoch nicht die Wahrscheinlichkeit eines erneuten Ausfalls. Eine vorausschauende Instandhaltung kann hilfreich sein, wenn vor dem Ausfall ein messbares Signal auftritt.

Die vorausschauende Instandhaltung nutzt Daten, um den Zustand einer Maschine zu bewerten und die Entwicklung eines Defekts vorherzusagen. Sie ergreifen Maßnahmen, sobald die Parameter auf ein steigendes Ausfallrisiko hindeuten.

Als Informationsquellen kommen Schwingungen, Temperatur, Ölanalysen, Ultraschallmessungen, Stromaufnahmen sowie Daten aus SPS-Steuerungen und SCADA-, MES- und CMMS-Systemen in Frage.

Die reine Datenerfassung allein ist noch keine vorausschauende Instandhaltung, da jeder Alarm zu einer der folgenden Entscheidungen führen sollte: beobachten, eine Überprüfung durchführen, ein Ersatzteil bestellen, die Belastung reduzieren oder einen Austausch planen.

Eine Maschine eignet sich gut für die Vorhersage, wenn ihr Ausfall erhebliche Folgen hat und zuvor messbare Anzeichen auftreten.

Sollte ein Bauteil plötzlich ausfallen, wird Ihnen die Überwachung wahrscheinlich keine hilfreiche Warnung liefern. Ein weiteres Hindernis sind oft inkonsistente Daten, wie beispielsweise unterschiedliche Bezeichnungen für denselben Fehler, das Fehlen des Zeitpunkts des Stillstandsbeginns, nicht miteinander verknüpfte Alarme und Serviceaufträge sowie fehlende Informationen über die defekte Komponente. Sollte Ihnen dies bekannt vorkommen, sollte Ihre erste Aufgabe darin bestehen, die Protokollierung der Ereignisse zu ordnen.

Für die Vorabqualifizierung von Anlagen kann die R-P-Matrix herangezogen werden, die die Folgen eines Ausfalls mit der Möglichkeit seiner frühzeitigen Erkennung verknüpft.

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Entscheidend ist hierbei der Abgleich zwischen den Folgen eines Ausfalls und der Möglichkeit, diesen zu erkennen. Eine Maschine mit hoher Ausfallhäufigkeit und hoher Erkennungsrate ist ein naheliegender Kandidat für die vorausschauende Instandhaltung.

Die MTBF gibt die durchschnittliche Betriebszeit eines reparierbaren Geräts zwischen zwei Ausfällen an. Die MTTR beschreibt die durchschnittliche Zeit bis zur Reparatur oder Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft, je nach der im Unternehmen verwendeten Definition.

MTBF = Gesamtbetriebszeit / Anzahl der Ausfälle

Wenn die Maschine 6.000 Betriebsstunden geleistet hat und sechsmal ausgefallen ist:

MTBF = 1.000 Stunden

MTTR = Gesamtreparaturzeit / Anzahl der Reparaturen

Wenn sechs Reparaturen insgesamt 36 Stunden gedauert haben:

MTTR = 6 Stunden

Ein MTBF-Wert von 1.000 Stunden bedeutet nicht, dass der nächste Ausfall genau nach dieser Zeit eintritt. Es handelt sich um einen Durchschnittswert für den analysierten Zeitraum.

Das Unternehmen sollte zudem klären, ob die MTTR ausschließlich die Arbeitszeit des Technikers umfasst oder den gesamten Zeitraum vom Produktionsstillstand bis zur stabilen Wiederaufnahme der Produktion. Ohne eine einheitliche Definition ist ein zuverlässiger Vergleich von Anlagen und Produktionslinien nicht möglich.

Die Auswertung beider Kennzahlen hilft dabei, Prioritäten festzulegen:

Bei der einfachsten Berechnung werden die Kosten der Lösung mit der Höhe der vermeidbaren Verluste verglichen.

Von diesem Ergebnis müssen die Kosten für Sensoren, Integration, Lizenzen, Datenanalyse, Alarmbearbeitung und geplante Eingriffe abgezogen werden. Nicht jede Störung lässt sich vorhersagen, und ein Pilotprojekt ist nur dann gerechtfertigt, wenn wiederkehrende Vorfälle kostspielig sind, die Symptome erkennbar sind und die Warnung Zeit für eine Reaktion lässt.

Die vorausschauende Instandhaltung kann das TPM unterstützen, wird jedoch die Rolle der Bediener und die planmäßige Instandhaltung nicht ersetzen können.

Ein Beispiel für TPM könnte wie folgt aussehen: Ein Bediener stellt bei seiner täglichen Kontrolle einen Anstieg des Geräuschpegels oder der Temperatur fest, ein Techniker analysiert den Schwingungstrend, und der Planer legt den Termin für den Austausch des Lagers während eines geplanten Stillstands fest. Jeder von ihnen stützt sich auf unterschiedliche Informationen, doch die Maßnahmen beziehen sich auf denselben Ausfallmodus.

Für Ihr erstes Projekt sollten Sie am besten mit einem Gerät beginnen, das:

Der Umfang des Pilotprojekts sollte am besten auf eine Maschine und einen Störungsmodus beschränkt werden, wobei Sie die Datenquellen, die Alarmbedingungen, den Empfänger der Informationen sowie die nach der Warnung zu ergreifenden Maßnahmen angeben können.

Ein MES-System, ein CMMS oder eine Lösung zur Erfassung von Maschinendaten kann Messwerte, Stillstandsdaten und Wartungsmaßnahmen miteinander verknüpfen.

Wenden Sie die reaktive Instandhaltung dort an, wo die Auswirkungen eines Ausfalls gering sind. Setzen Sie die vorausschauende Instandhaltung bei kritischen Maschinen ein, bei denen eine Leistungsminderung frühzeitig erkannt werden kann. Ihre erste Entscheidung sollte die Auswahl einer Maschine, eines Ausfallmodus und einer Maßnahme sein, die nach einem Alarm ergriffen wird.

Es kann ein Bestandteil von TPM sein. Total Productive Maintenance umfasst ein umfassenderes System aus planmäßiger Instandhaltung, Einbindung der Bediener und Zuverlässigkeitsmanagement.

Bei der präventiven Instandhaltung werden Wartungsarbeiten nach Termin, Betriebszeit oder Anzahl der Zyklen ausgelöst. Bei der vorausschauenden Instandhaltung wird der Zeitpunkt des Eingriffs auf der Grundlage des Maschinenzustands festgelegt.

Nein. Eine erste Möglichkeit wäre die Analyse von Trends und Alarmschwellen.

Ein hoher MTBF-Wert bedeutet, dass es im betrachteten Zeitraum seltener zu Ausfällen kam. Er sagt jedoch nichts über deren Auswirkungen auf die Sicherheit, die Qualität oder die Kontinuität der Produktion aus.

Es werden Daten zum Zustand der Maschine sowie eine zuverlässige Historie der Ausfälle und Reparaturen benötigt, die einem bestimmten Gerät, einer bestimmten Komponente und einer bestimmten Ausfallart zugeordnet sind.