8 Der wirtschaftliche Nutzen von Diagnosesystemen - Kolerus.de

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________1388 Der wirtschaftliche Nutzen von DiagnosesystemenDie Nutzwertanalyse ist ein heute weit verbreitetes Verfahren zur optimierten Planung nachwirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten. In diesem Abschnitt werden die Grundgedankeneiner solchen Nutzwertanalyse im Hinblick auf die Einführung von Diagnosesystemen zur MaschinenoderProduktionsüberwachung formuliert.8.1 Der EntscheidungsprozessBei der Entscheidung über den Einsatz eines Diagnosesystems für Maschinen und Anlagen ist eineReihe von Gesichtspunkten in Betracht zu ziehen:- welche Maschinen bzw. Anlagen sind zu überwachen- welches Diagnosesystem ist geeignet-Die Vorgangsweise im allerersten Projektstadium beim Kontakt zischen Anbieter und Kunden ist invielen Fällen typisch wie folgt:1. Der Betreiber nimmt Kontakt mit einem oder mehreren Anbietern von Diagnosesystemen auf2. Der Anbieter sucht die zu überwachenden Komponenten nach der Leistungsfähigkeit seinerSysteme aus3. Ein übergreifendes Konzept fehlt, Auswahl und optimale Kombination von Strategien nachwirtschaftlichen Gesichtspunkten sind nicht möglich.Ein Mittel zur optimierten Planung nach wirtschaftlichen und organisatorischen Gesichtpunkten ist dieNutzwertanalyse.8.2 NutzwertanalyseMit Hilfe der Nutzwertanalyse versucht man, objektive Bewertungskriterien für die Einführung undAuswahl eines Diagnosesystems zu gewinnen. Dazu werden zunächst sogenannte Zielartenfestgelegt, für jede Zielart wird eine Nutzfunktion definiert. Aus den Nutzfunktionen kann dannentsprechend den jeweiligen Bedingungen ein Nutzwert abgeleitet werden. Über eine geeigneteVerknüpfung aller dieser Nutzwerte ergibt sich schließlich ein Gesamtnutzwert.Tabelle 8.1 zeigt eine Zusammenstellung typischer Zielarten, die durchaus als allgemeine Basis füreine Nutzwertanalyse herangezogen werden kann. Im vorliegenden Fall stellt diese Tabelle eineZusammenstellung von typischen Zielarten vor. Sie wird in ein oder dem anderen Punkt überbestimmt(überflüssige Zielarten) oder zu detailliert (→ Zusammenfassung von Zielarten) erscheinen. Vielleichtbedarf es im Einzelfall auch einer Ergänzung durch zusätzliche Zielarten.In den folgenden Kapiteln werden die einzelnen Begriffe erläutert, Beispiele von mit der Tabellekorrespondierenden Nutzwertfunktionen findet man in den Abbildungen.8.2.1 ZielartDefinition von Merkmalen des Diagnosesystems. Der Anwender hat die für ihn interessantenMerkmale auszuwählen, die Liste nach Tabelle 8.1 muss ggf. modifiziert werden.8.2.2 Beurteilung y sBeschreibung der Zielart durch einen Parameter y s . Der Parameter kann eine quantitative Größe sein(Kosten) oder eine verbale Beschreibung (ja – nein). Der Wertevorrat kann kontinuirlich sein (1.000€ –10.000€) oder diskret (ja – nein).O:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc138

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________139NrZielartBeurteilungu sw s1 Gefährdung Mensch2 Gefährdung Umwelt3 Gefährdung Maschine4 Gefahr von Produktionsstillstandjaneinjaneinjaneinjanein101010105 Maschinenkosten y 5 €6 Produktionsstillstandskosten p.d. y 6 €7 Fehlererkennungsrate y 7 %8 Fehlalarmrate y 8 %9 Diagnosefähigkeitkeinealle Fehler0,5110 Systemkosten y 10 €11 Installationskosten y 11 €12 Pflegeaufwand p.a. y 12 €13 Personalkosten p.a. y 13 €14 Reduktion Ersatzteillager15 Beurteilungskriterien16 Anforderungen an Personalneinvollst.keinebekanntgenormtkeineFacharbeiterDipl.-Ing.0,510,50,75110,750,517 Prognose Restlaufzeit y 17 €18 Inspektionskosten p.a. y 18 €19 Reparaturkosten p.a. y 19 €20 Produktionsausfall geplant p.a. y 20 €21 Produktionsausfall ungeplant p.a. y 21 €22 Strategieint. Man.int.autokont.auto0,50,751Tabelle 8.1Tabelle zur NutzwertanalyseO:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc139

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________1408.2.3 Nutzfunktion u s = f(y s )Zahlenwert zwischen 0 und 1, der den möglichen Nutzwert der einzelnen Merkmale in Anhängigkeitvon den Beschreibungsparametern angibt.8.2.4 Gewichtung w sGewichtsfaktor für die einzelnen Nutzwerte. Die Gewichtung ergibt den tatsächlichen Nutzwert.8.2.5 Gesamtnutzwert NDer Gesamtnutzwert N berechnet sich über eine Verknüpfung der Einzelnutzwerte u s mit denGewichten w s . Die Verknüpfung erfolgt teils additiv (z. B. die verschiedenen Merkmale einesKostenpaketes), teils multiplikativ (z. B. Fehlalarmrate und Fehlererkennungsrate).Der Gesamtnutzwert N ist ein Zahlenwert größer oder gleich Null. Im Falle Null ist kein Nutzwert desProjektes zu erwarten, zumindest diese Variante ist nicht weiter zu verfolgen. Im falle eines positivenNutzwertes kann dieser zunächst nur zur Abwägung verschiedener Varianten gegeneinanderherangezogen werden. So kann auf dieser Basis zielsicher entschieden werden, bei welchen Anlageninnerhalb eines Betriebes mit der Installation von Diagnosesystemen begonnen werden soll undwelche Variante eines Diagnosesystems für einen bestimmten Zweck vorzuziehen ist.Wie schon aus dem Aufbau von Tabelle 8.1 zu sehen ist, wird der Aufbau der Tabelle in der Regelhierarchisch sein. So sind die Merkmale in Gruppen zusammengefasst, die jeweils einenEinzelnutzwert ergeben. Die erste Gruppe liefert eine Aussage, ob ein Diagnosesystem grundsätzlichüberhaupt erforderlich ist. Die zweite Gruppe bewertet die Brauchbarkeit eines bestimmtenDiagnosesystems, die dritte die Kosten usw. Liefert nur eine der Untergruppen einen Einzelnutzwertvon Null, wird dadurch auch der Gesamtnutzwert auf Null zu ziehen.Der Hierarchische Systemaufbau ist durch die Strukturierung der Tabelle bereits vorgegeben. Ansätzefür die Nutwertberechnung findet man unter den folgenden Punkten.8.2.6 Ansätze zur Nutzwertberechnung8.2.6.1 Gebrauchswert N goderNw 3 w5w 4 w 6wg= u1w1+ u2w2+ u3u5+ u4u6+ u14w14+ u1717N g= u w+1 1+ u2w2+ w3u3⋅ w5u5+ w4u4⋅ w6u6+ u14w14u17w178.2.6.2 Leistungswert N eoderNw w8e= u7u8+7 u w99N e= w+7u7⋅ w8u8u9w98.2.6.3 Kostenfaktor N kN k= u+10w10+ u11w11+ u12w12u13w138.2.6.4 Anforderungen N aN k= u +15w15u16w168.2.6.5 Einsparung N spO:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc140

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________141N sp= u+18w18+ u19w19+ u20w20u21w218.2.6.6 Strategiebewertung N StrN u w Str=22 228.2.6.7 Gesamtnutzwert NN= Ng⋅ Ne⋅Nk⋅Na⋅ NSp⋅NStrDie Berechnung des Nutzwertes als Einzahlenwert, wie sie hier beispielhaft vorgestellt wurde, ist nureine von vielen Möglichkeiten, den Nutzwert eines Diagnosesystems zu quantifizieren. Jede Art derErmittlung wird jedoch auf Nutzwertfunktionen beruhen, wie sie in diesem Abschnitt vorgestelltwurden.Es sei hier am Rande bemerkt, dass eine klassische Nutzwertanalyse ausschließlich mit technischemNutzen und nicht mit der Kostenfrage befasst. Die Einbeziehung von Kosten in die Zielarten ist also indiesem Sinne nicht unbedingt korrekt, für die Bewertung von Diagnosesystemen ergibt sich daraus eindurchaus konsistentes Verfahren.O:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc141

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________142Abbildung 8.1: Beispiele für NutzfunktionenO:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc142

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________1438.3 Kosten-Nutzen AnalyseBei der Kosten-Nutzen Analyse werden die merkmale nach Tabelle 8.1 getrennt behandelt. Nach denVerfahren von Abschnitt 8.2 wird ein Gesamtnutzwert N (nur für technischen Nutzen) und einGesamtkostenwert K (nur für Kosten) berechnet.Hat man mehrere Varianten von Diagnosesystemen zu vergleichen, ergibt sich für jede Variante einWertepaar N j , K j . Aus dem gesamten Kollektiv werden jetzt normierte Nutzwerte und Kostenfaktorennach folgenden Formeln berechnet:Nj,relN=Njmax− Nmin− NminKj,relK=Kjmax− Kmin− KminEine grafische Darstellung der Ergebnisse nach Abbildung 8.2 ermöglicht die Gegenüberstellung undrelative Bewertung aller Varianten.Abbildung 8.2: Diagramm zur Kosten-Nutzen AnalyseO:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc143

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________1448.4 EntscheidungsmatrizenIn vielen Fällen ist ein Diagnosesystem von mehreren Mitarbeitern eines Betriebes zu beurteilen,wobei die Aspekte der einzelnen Personen durchaus unterschiedlich sein können (kaufmännisch,technisch, sicherheitsrelevant usw.). Durch eine Entscheidungsmatrix kann diese Beurteilung auf einepersonenunabhängige also objektive Basis gestellt werden.Die quadratische Matrix enthält für jede Zielart (jedes Merkmal) eine Zeile und Spalte. Wird dasZeilenmerkmal höher bewertet als das Spaltenmerkmal, trägt man in die entsprechende Spalte eine 2ein, im gegenteiligen Fall eine 0 und bei Gleichbewertung eine 1. Die zeilensummen werden sodannin Spalte a eingetragen, sie ergeben eine relative Bewertung der Merkmale. Die normierte Bewertungwird in Spalte b eingetragen.O:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc144

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________138Nr Bewertungskriterium1 Diagnosegeschwindigkeit2 Zahl der Diagnosekanäle3 Nutzungsdauer4 Automatisierungsgrad5 Dokumentierfähigkeit6 Ausfallrate7 Aussagegenauigkeit8 Verhütung Gefährdung Produktion9 Verhütung Gefährdung Maschinen10 Verhütung Gefährdung Umwelt11 Bedienungskomfort12 Wartungsfreundlichkeit13 Reparaturfreundlichkeit14 Qualifikationsgrad15 Service16 Standardisierung17 Entwicklungsstand18 Anpassungsfähigkeit19 Erweiterbarkeit20 KompatibilitätENTSCHEIDUNGSMATRIX (PAARWEISER VERGLEICH)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 a rTabelle 8.2: Entscheidungsmatrix zum paarweisen Vergleich von ZielartenO:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc138

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________139ENTSCHEIDUNGSMATRIX (PAARWEISER VERGLEICH)Nr Bewertungskriterium1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 a r1 Diagnosegeschwindigkeit 1 0 0 1 0 0 0 0 0 2 1 1 2 2 2 2 1 2 02 Zahl der Diagnosekanäle 1 2 2 2 0 0 0 0 0 2 1 1 2 2 2 2 1 2 03 Nutzungsdauer 2 04 Automatisierungsgrad 2 05 Dokumentierfähigkeit 1 06 Ausfallrate 27 Aussagegenauigkeit 28 Verhütung Gefährdung Produktion 29 Verhütung Gefährdung Maschinen 210 Verhütung Gefährdung Umwelt 211 Bedienungskomfort 012 Wartungsfreundlichkeit 113 Reparaturfreundlichkeit 114 Qualifikationsgrad 015 Service 016 Standardisierung 017 Entwicklungsstand 018 Anpassungsfähigkeit 119 Erweiterbarkeit 020 Kompatibilität 2Tabelle 8.3: Entscheidungsmatrix zum paarweisen Vergleich von ZielartenO:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc139

J. Kolerus: Zustandsüberwachung von Maschinen_____________________________________________________________________________140O:\DAT\Zustandsüberwachung\Nutzwert.doc140