Ganzheitliche Simulation der Instandhaltung - auf dem Weg zu einem Referenzmodell für KMU

Abstract

Die Instandhaltung eines produzierenden Unternehmens ist ein komplexer Sachverhalt, welcher sich durch Modellierung und Simulation untersuchen lässt. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) weisen bei der Instandhaltung oftmals Verbesserungspotential auf und können von einer Instandhaltungssimulation profitieren. Oftmals besteht in KMU ein Mangel an Ressourcen für Simulationsstudien, welche mit einem erheblichen Zeitaufwand einhergehen. Des Weiteren ist in der Fachliteratur bislang nur wenig Material vorhanden, das sich ganzheitlich mit der Instandhaltungssimulation beschäftigt. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, Nutzungshemmnisse für die Instandhaltungssimulation abzubauen, sodass KMU ihre eigene Instandhaltung analysieren, planen und verbessern können. Zur Zielerreichung orientiert sich die Arbeit übergeordnet an der Vorgehensweise der Design Science Research Methodology. Bei dem dabei zu entwickelnden Artefakt handelt es sich um eine Vorgehensweise zur Instandhaltungssimulation mit besonderem Fokus auf den Anforderungen von KMU. Dazu wird die in der VDI Richtlinie 3633 vorgeschlagene Vorgehensweise für Simulationen von Logistik-, Materialfluss und Produktionssystemen inhaltlich mit den für die Instandhaltungssimulation relevanten Themen ergänzt. Die Artefakterstellung basiert auf einer umfassenden Literaturrecherche zu bestehenden Lösungsansätzen. Das Artefakt wird vorgestellt und abschließend anhand eines Anwendungsbeispiels demonstriert. Für die Artefakterstellung und Demonstration spielen die Methoden der Modellierung und Simulation eine entscheidende Rolle. Durch die Anwendung der agentenbasierten Methode in Verbindung mit ereignisdiskreter Simulation wird das Modell realitätsnah und nachvollziehbar gestaltet. Das Softwarepaket AnyLogic ist für diese integrierte Modellierung geeignet, da es beide Methoden in einer Entwicklungsumgebung bereitstellt. Das zentrale Ergebnis ist die Entwicklung und die erfolgreiche Demonstration einer Vorgehensweise zur Erstellung eines ganzheitlichen Digitalen Modells zur Analyse und Potentialerkundung der Instandhaltung in KMU. Die Gesamtkosten bilden eine aussagekräftige Kennzahl, die auch die Kosten für verspätete Aufträge berücksichtigt. Mit Hilfe des entwickelten Modells können die drei Instandhaltungsstrategien ausfall-, zeit- und zustandsgesteuert in einer fiktiven Fabrik erfolgreich modelliert werden. Als Resultat der durchgeführten Experimente zeigt sich, dass in der fiktiven Fabrik mit einer zustandsgesteuerten Instandhaltung die niedrigsten Gesamtkosten erzielt werden. Die entwickelte Vorgehensweise dient KMU als Anhaltspunkt zur Instandhaltungssimulation und kann als erster Schritt zur Etablierung eines Referenzmodells gesehen werden.

The maintenance of a manufacturing company is a complex issue that can be investigated by modeling and simulation. Small and medium-sized enterprises (SMEs) often have potential for maintenance improvement and can benefit from maintenance simulation. Often, there is a lack of resources in SMEs for simulation studies, which are associated with a considerable expenditure of time. Furthermore, there is currently little material in specialist literature that holistically addresses maintenance simulation. Therefore, based on the Design Science Research Methodology approach, this thesis aims to enable SMEs to analyze, plan and improve their own maintenance by reducing barriers to the use of maintenance simulation. Formulated from a comprehensive literature search of existing solutions, the artifact to be developed is a procedure for simulating maintenance with a special focus on the requirements of SMEs. For this purpose, the procedure for simulation of logistics, material handling and production proposed in VDI guideline 3633 is expanded with the relevant topics for maintenance simulation. The artifact is presented using modeling and simulation methods and it is demonstrated using an application example. Applying the agent-based method in conjunction with discrete event simulation, the model is designed realistically and comprehensibly. Additionally, the AnyLogic software package used is suitable for this integrated modeling because it provides both methods in one development environment. The main result is the successful development and demonstration of a procedure for creating a holistic digital model that analyzes and explores SME maintenance. With the help of the developed model, the three maintenance strategies (corrective, scheduled and condition-based) can be modeled in a fictitious factory. The experiments carried out show that the lowest total costs is achieved in the fictitious factory with condition-based maintenance. The total cost forms a meaningful key figure that also accounts for the cost of late orders. In summary, the developed procedure serves SMEs as a reference point for simulating their maintenance and can be seen as a first step towards establishing a reference model.