Vorgehensmodell zur Einführung einer präskriptiven Instandhaltungsstrategie und Reifegradbewertung unter Zuhilfenahme von Qualitätsmetriken

Abstract

Die produzierende Industrie sieht sich aufgrund der digitalen Transformation und dem Entstehen sogenannter cyberphysischer Produktionssysteme (CPPS) mit der zentralen Herausforderung konfrontiert, den Bereich der Instandhaltung an damit einhergehende, neuartige Anforderungen anzupassen. Dazu zählen unter anderem eine zunehmende Vernetzung von Maschinen, Produkten und Menschen und eine gesteigerte Komplexität durch den Einsatz innovativer Technologien. Um die Leistungsfähigkeit von CPPS einerseits sicherzustellen und andererseits kontinuierlich zu verbessern, besteht die Notwendigkeit, derzeit überwiegend klassisch ausgerichtete Instandhaltungsstrategien in Richtung wissensbasierter, präskriptiver Instandhaltungskonzepte weiterzuentwickeln. Produktionsunternehmen verfügen jedoch derzeit noch nicht über das notwendige Know-How sowie technische und organisatorische Voraussetzungen, um eine präskriptive Instandhaltung effizient anzuwenden. Diese fehlenden Voraussetzungen werden durch die vorliegende Arbeit geschaffen.Ziel der Dissertation ist es, produzierende Unternehmen bei der Erhebung und Realisierung von Effizienzsteigerungs- und Kosteneinsparungspotentialen, durch die Einführung einer präskriptiven Instandhaltungsstrategie und der Identifikation von Handlungsmöglichkeiten zur zielgerichteten Verbesserung des derzeitigen Reifegrades der Instandhaltung, systematisch zu unterstützen. Dazu werden die bisher getrennt voneinander betrachteten Forschungsschwerpunkte Entscheidungsunterstützungs- und Reifegradmodelle im Themenfeld der wissensbasierten Instandhaltung miteinander verknüpft und spezifische Rahmenbedingungen von CPPS berücksichtigt.Ergebnis der Arbeit ist ein Vorgehensmodell, welches aus einer qualitativen und einer quantitativen Komponente besteht. Eine zweidimensionale Portfoliomatrix (qualitative Komponente des Modells), bestehend aus 20 Elementen, dient zur schrittweisen Realisierung von Zielen und Aufgaben einer präskriptiven Instandhaltungsstrategie unter Berücksichtigung eines Datenmanagement- und Instandhaltungsmanagementprozesses. Eine multidimensionale Methodik zur Reifegradbewertung (quantitative Komponente des Modells) wird in Folge dazu genutzt den aktuellen Ist-Reifegrad der Instandhaltung mittels Qualitätsindikatoren zu quantifizieren sowie geeignete Handlungsfelder zur Steigerung des Reifegrades abzuleiten.Zwei Fallstudien demonstrieren die Anwendbarkeit des Vorgehensmodells unter den unterschiedlichen strukturellen und organisatorischen Rahmenbedingungen eines KMU und großen Unternehmens und evaluieren den Nutzen.

Due to the digital transformation and the emergence of cyber physical production systems (CPPS), the manufacturing industry faces the central challenge of adapting the area of maintenance to associated new requirements. These include increased networking of machines, products and people, and high complexity caused by the enhanced use of novel technologies. In order to ensure and continuously improve the performance of CPPS, there is a need for reshaping and further developing traditional maintenance concepts towards knowledge-based, prescriptive maintenance strategies. However, production companies do not yet have either necessary know-how or the technical and organizational prerequisites to apply prescriptive maintenance efficiently. This thesis addresses these missing prerequisites.The thesis aims at supporting manufacturing companies in the systematic assessment and realization of efficiency increase and cost saving potentials. Hence, a prescriptive maintenance strategy is introduced and possible fields of action for a targeted improvement of the current maintenance maturity level are identified. To this end, currently separated research on maintenance decision support models and maintenance maturity models is interlinked, and specific framework conditions of CPPS are taken into account.The result of the thesis is a procedural model, which consists of a qualitative and a quantitative component. A two-dimensional portfolio matrix (qualitative component of the model), consisting of 20 elements, serves for the systematic realization of goals and tasks of a prescriptive maintenance strategy under consideration of a data management and maintenance management process. A multidimensional methodology for maturity assessment (quantitative component of the model), built on quality indicators, is used to quantify the current maturity level of maintenance and to derive suitable fields of action to reach an enhanced maturity level.Two case studies demonstrate the applicability of the procedure model in the different structural and organisational framework conditions of a SME and a large enterprise, respectively, and subsequently evaluate its benefits.