Die Rolle von Entscheidungen in der Entwurfsphase bei der Entstehung von Instandhaltungsproblemen in der Fabrik

Befinden Sie sich derzeit in den frühen Planungsphasen einer neuen Produktionsanlage?

Hat das Instandhaltungsteam bei Ihren Designbesprechungen einen festen Platz am Tisch?

Wenn Ihre Antwort nein lautet, sollten Sie wissen, dass Sie in genau diesem Moment den Samen eines „Unkrauts“ in Ihr System säen. Ein Unkraut, das in den ersten Tagen vielleicht gar nicht auffällt, aber nach und nach Wurzeln schlägt, wächst und sich bis zum letzten Tag der Lebensdauer Ihrer Anlage von deren Gewinn ernährt – ohne jemals dazu bestimmt gewesen zu sein, einen echten Wert zu schaffen.

In der Entwurfsphase dreht sich normalerweise alles um Produktionskapazität, Technologiewahl, Reduzierung der Investitionskosten und fristgerechte Projektabwicklung. Die Diagramme sind präzise, die Anlagen werden mit großer Sorgfalt ausgewählt, und die Layouts werden mehrfach überarbeitet. Doch zwischen all dieser Genauigkeit wird eine einfache Frage nur selten gestellt:

„Welche Rolle spielt eigentlich die Person, die diese Anlagen über Jahre warten, reparieren und mit ihren Störungen kämpfen muss, in diesem Design?“

Auf den ersten Blick mag es verfrüht wirken, das Instandhaltungsteam zu Designbesprechungen einzuladen. Wenn noch keine einzige Anlage installiert ist, erscheint es fast so, als wolle man den Ausfall von etwas vorhersagen, das noch nicht einmal eingeschaltet wurde. Doch die Realität der Industrie erzählt eine andere Geschichte.

Viele der Instandhaltungsprobleme, die eine Fabrik Jahre später heimsuchen, entstehen nicht während des Betriebs. Sie werden genau jetzt geboren – in diesen ruhigen, scheinbar problemlosen Tagen der Planung. Dort, auf den Zeichnungen, verwandeln sich kleine Entscheidungen später in große Schwierigkeiten auf dem Hallenboden.

Täuschen wir uns nicht: In industriellen Projekten kreisen die Designbesprechungen fast immer um einen vorhersehbaren Satz von Themen – alle wichtig, aber meist nur durch eine einzige Perspektive betrachtet: die Brille der Projektplanung und der Kontrolle von Investitionskosten.

Ich habe genau in solchen Besprechungen gesessen – Besprechungen, in denen stundenlang über den Standard für die Zeichnungsdokumentation diskutiert wird. Es geht darum, nach welchem Standard die Rohrdurchmesser berechnet wurden, nach welcher Richtlinie die Kabelquerschnitte ausgewählt sind und welchen Einfluss eine Verschiebung einer Rohrleitung um nur wenige Meter auf die dem Investor gemeldeten Kosten haben könnte.

In denselben Sitzungen wird mit großer Genauigkeit über die Anzahl der Stützen für Kabeltrassen oder über die Anzahl der Rohrgestelle gesprochen. Die Anordnung der Anlagen, die Führung der Rohrleitungen und die Optimierung des verfügbaren Raums werden detailliert diskutiert. Alles wirkt durchdacht, logisch und gut begründbar.

Und natürlich gibt es auch diese Momente des Stolzes – wenn man selbstbewusst erklärt, dass an einer bestimmten Stelle eine Standby Pumpe vorgesehen wurde, damit die Produktionslinie nicht stillsteht, falls die Hauptpumpe ausfällt. Mit einem Ton, der fast so klingt, als hätte man die Zukunft bereits vorhergesehen, wird diese Entwurfsentscheidung verteidigt.

Doch erlauben Sie mir eine einfache Frage.

Wie oft haben Sie bei all dieser Sorgfalt und all diesen Berechnungen tatsächlich die Meinung eines Instandhaltungsexperten zu eben dieser Pumpe eingeholt?

Wie oft haben Sie gefragt, ob die Auslassleitung so ausgelegt ist, dass die Pumpe im Fall der Fälle überhaupt ausgebaut und zerlegt werden kann?

Vielleicht ist es an dieser Stelle sinnvoll, für einen Moment aus der Welt der Designbesprechungen herauszutreten und einen Blick auf die industrielle Realität zu werfen. In der Terminologie der Zuverlässigkeits- und Instandhaltungstechnik wird seit Jahren auf einen Punkt hingewiesen: Ein großer Teil der künftigen Kosten und Probleme eines Systems entsteht nicht während des Betriebs, sondern bereits in eben jenen frühen Phasen der Planung und Auslegung.

Verschiedene Studien im Bereich der Zuverlässigkeitstechnik zeigen, dass zwischen 60 und 80 Prozent der Lebenszykluskosten industrieller Anlagen durch Entscheidungen in der Planungs und Entwurfsphase beeinflusst werden. Anders ausgedrückt: Lange bevor das erste Aggregat installiert ist oder das erste Produkt die Produktionslinie verlässt, ist das Schicksal eines großen Teils der zukünftigen Instandhaltungs und Reparaturkosten bereits festgelegt.

Der Grund dafür ist keineswegs kompliziert. Viele der Faktoren, die später zu wiederkehrenden Störungen, langen Reparaturzeiten oder hohen Instandhaltungskosten führen, haben ihre Wurzeln in Konstruktionsentscheidungen: unzureichende Zugänglichkeit von Anlagen, Layouts, die eine sichere Wartung erschweren oder unmöglich machen, Rohrleitungsführungen, die den Ausbau eines einfachen Aggregats zu einer mehrstündigen Operation machen, oder die Auswahl von Anlagenkomponenten, die unter realen Betriebsbedingungen mit erheblichen Einschränkungen konfrontiert sind.

Unter solchen Umständen kommt das Instandhaltungsteam meist erst ins Spiel, wenn bereits alles gebaut ist – zu einem Zeitpunkt, an dem die Korrektur vieler dieser Konstruktionsentscheidungen entweder sehr teuer oder praktisch nicht mehr machbar ist. Das Ergebnis ist, dass kleine Designfehler zu dauerhaften Betriebsproblemen werden; Probleme, die vielleicht jedes Mal nur geringe Kosten verursachen, sich aber im Laufe der Jahre zu einer stetigen Quelle von Zeit-, Energie- und Geldverlusten in einer Fabrik entwickeln.

An dieser Stelle stellt sich eine naheliegende Frage: Wenn viele dieser Probleme erst nach der Inbetriebnahme sichtbar werden, warum werden sie später nicht einfach behoben? Die kurze Antwort lautet: Ihre Behebung ist oft äußerst schwierig, sehr kostspielig oder manchmal sogar unmöglich.

In der Planungsphase erfolgen Änderungen noch auf dem Papier. Das Versetzen einer Pumpe, die Änderung des Verlaufs einer Rohrleitung oder die Anpassung des Installationsortes eines Aggregats kann sich auf wenige Stunden Überarbeitung von Zeichnungen beschränken. Doch nach dem Bau und der Inbetriebnahme der Anlage erhalten genau diese Änderungen eine völlig andere Bedeutung.

Nun stehen wir vor bereits installierten Anlagen, verschweißten Rohrleitungen, fertig verlegten Kabeln und einer Produktionseinheit, die bereits in Betrieb ist. Jede Änderung kann nun Produktionsstillstände, Demontage von Anlagen, das Auftrennen von Rohrleitungen, Änderungen an Tragstrukturen und erhebliche zusätzliche Kosten erfordern.

Aus diesem Grund werden viele Konstruktionsmängel niemals vollständig behoben. Stattdessen lernen Organisationen im Laufe der Zeit, mit ihnen zu leben. Anlagen mit schlechter Zugänglichkeit werden schlicht mit höherem Zeitaufwand repariert. Komponenten, deren Austausch schwierig ist, werden mit komplexeren Wartungsanweisungen instand gehalten. Für Anlagen, die wiederholt ausfallen, werden größere Ersatzteilbestände im Lager vorgehalten. Mit anderen Worten: Anstatt das Problem an der Wurzel zu lösen, entsteht eine Reihe von provisorischen Lösungen und betrieblichen Anpassungsstrategien.

Auf den ersten Blick mögen diese Anpassungen das Problem beherrschbar erscheinen lassen. Tatsächlich jedoch verursachen sie verdeckte Kosten für die Organisation: längere Anlagenstillstände, eine höhere Arbeitsbelastung für das Instandhaltungsteam, einen erhöhten Ersatzteilverbrauch und eine geringere Systemzuverlässigkeit.

Die letztendliche Folge ist, dass eine scheinbar kleine Entscheidung in der Entwurfsphase über Jahre hinweg einen deutlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Kostenstruktur einer Fabrik haben kann.

Um dieses Thema besser zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf eine reale Erfahrung aus der Industrie. Vor Jahren wurden in der Wasseraufbereitungsanlage einer Fabrik die Wasserkanäle so ausgelegt, dass sie direkt vor den Mehrwegeventilen der Harz Enthärtungsanlagen verliefen. In der Planungsphase schien diese Anordnung vermutlich kein wesentliches Problem darzustellen. Mit der Zeit zeigte sich jedoch die tatsächliche Konsequenz dieser Entscheidung.

Die Abdeckungen dieser Kanäle waren durch den ständigen Kontakt mit Wasser nach und nach korrodiert und beschädigt worden. Dadurch wurde der sichere und bequeme Zugang zu den Mehrwegeventilen der Enthärtungsanlagen zunehmend erschwert. Die Folge war absehbar: Mit der Zeit sank die Bereitschaft des Betriebs- und Instandhaltungspersonals, die Regeneration der Ionenaustauscherharze durchzuführen – eine zwar notwendige, unter diesen Bedingungen jedoch mühsame und unangenehme Aufgabe.

Die Auswirkungen ließen nicht lange auf sich warten. Die Qualität des Speisewassers für die Dampfkessel verschlechterte sich schrittweise, und die Wasserhärte nahm zu. Schließlich führte dies zu erheblichen Schäden an den Kesselrohren, sodass ein Austausch der Rohre unvermeidlich wurde.

Doch damit war das Problem noch nicht beendet. Bei der Planung der Reparatur stellte sich heraus, dass die beiden Dampfkessel beim Bau der Anlage genau gegenüber voneinander installiert worden waren – in einer Weise, die praktisch keinen ausreichenden Arbeitsraum für den Austausch der Kesselrohre ließ. Mit anderen Worten: Der notwendige Zugang für eine grundlegende Instandhaltungsmaßnahme war nie berücksichtigt worden.

Letztlich blieb nur eine praktische Lösung: Ein Teil des Gebäudes musste abgebrochen werden, und die Kessel wurden mithilfe von Kränen versetzt, um die Reparatur überhaupt durchführen zu können. Die finanziellen Kosten, die Produktionsausfälle und die technische Komplexität dieses Eingriffs waren um ein Vielfaches höher als alles, was entstanden wäre, wenn bereits in der Entwurfsphase etwas mehr Aufmerksamkeit auf Zugänglichkeit und Wartungsfreundlichkeit gelegt worden wäre.

Konstruktionsfehler treten meist nicht als ein einziges großes, plötzliches Problem in Erscheinung. Vielmehr gleichen sie kleinen, aber stetigen Leckagen im Kostensystem einer Fabrik – jedes für sich scheinbar unbedeutend, doch über die Jahre hinweg summieren sie sich zu einer erheblichen finanziellen Belastung.

Zu den ersten Folgen zählen wiederkehrende Anlagenausfälle. Werden Geräte unter Bedingungen installiert, in denen es an ausreichender Zugänglichkeit, angemessener Belüftung oder stabilen Betriebsbedingungen fehlt, steigt ihre Ausfallrate deutlich an. Studien im Bereich der industriellen Instandhaltung zeigen, dass in vielen Prozessindustrien die Wartung 15 bis 40 Prozent der betrieblichen Aufwendungen (OPEX) ausmachen kann; ein Teil dieser Kosten ist unmittelbar auf ungeeignete konstruktive Entscheidungen zurückzuführen.

Eine weitere Folge ist der erhöhte Verbrauch von Ersatzteilen. Anlagen, die dauerhaft unter betrieblichem Stress stehen oder aufgrund mangelnder Zugänglichkeit nicht sachgemäß gewartet werden können, benötigen mehr Verschleiß- und Ersatzteile. Dies führt nicht nur zu höheren direkten Beschaffungskosten, sondern erhöht auch die Lagerbestände und bindet zusätzliches Kapital in Form von Ersatzteillagern.

Neben diesen Punkten zählen ungeplante Produktionsstillstände oft zu den teuersten Folgen solcher Konstruktionsmängel. In Prozessindustrien können selbst kurze Unterbrechungen erhebliche Kosten verursachen. Einige Branchenstudien zeigen, dass ungeplante Ausfälle zwischen 5 und 20 Prozent der jährlichen Produktionskapazität beeinträchtigen können.

Darüber hinaus führt eine Reparatur, die aufgrund einer ungeeigneten Konstruktion kompliziert und zeitaufwendig ist, zu einem deutlichen Anstieg der Arbeitsstunden des Instandhaltungsteams. Ein großer Teil der technischen Kapazitäten des Unternehmens wird dadurch für die Lösung wiederkehrender Probleme gebunden. Das Endergebnis dieses Kreislaufs geht weit über die direkten Kosten hinaus: eine sinkende Systemzuverlässigkeit und eine schleichende Erosion der Gesamtproduktivität der Anlage – ein Effekt, dessen Ursache häufig nicht im Kontrollraum, sondern in den Konstruktionsbüros zu suchen ist.

Wenn praktische Industrieerfahrungen mit den Erkenntnissen der Zuverlässigkeits¬technik zusammen betrachtet werden, wird eine Realität deutlich: Viele Probleme, mit denen wir während des Betriebs über Jahre hinweg zu kämpfen haben, sind in Wirklichkeit das Ergebnis von Entscheidungen, die bereits in der Planungsphase getroffen wurden. Anlagen ohne ausreichende Zugänglichkeit, Anordnungen, die Wartungsarbeiten erschweren, oder Auslegungen, die die tatsächlichen Betriebsbedingungen nicht berücksichtigen, sind alles Hinweise auf eine entscheidende Perspektive, die im Konstruktionsprozess fehlt – die Perspektive der Wartungs- und Instandhaltungsfreundlichkeit.

In der technischen Fachliteratur ist dieser Ansatz als Design for Maintainability bekannt – also die Gestaltung von Systemen so, dass Inspektionen, Wartungen, Reparaturen und der Austausch von Komponenten während der gesamten Lebensdauer der Anlage mit minimalem Zeit-, Kosten- und Risikoeinsatz durchgeführt werden können. Dieses Ziel lässt sich nicht einfach dadurch erreichen, dass nach der Fertigstellung einige Wartungsanweisungen ergänzt werden. Vielmehr müssen Wartungsaspekte von Anfang an, bereits in den frühen Phasen der Planung und Konstruktion, in den Entscheidungsprozess integriert werden.

Ein wesentliches Instrument zur Erreichung dieses Ziels ist das Maintainability Review in den Planungsphasen – ein systematischer Prozess, bei dem die Anordnung der Anlagen, Zugangswege, erforderliche Wartungsräume, die Möglichkeit des Handlings und Austauschs schwerer Komponenten sowie die Anforderungen an periodische Servicearbeiten sorgfältig geprüft werden.

In dieser Phase ist die Einbindung von Instandhaltungsfachleuten neben den Planungs- und Konstruktionsteams von zentraler Bedeutung. Sie bringen ihre praktische Erfahrung im Umgang mit Ausfällen und realen betrieblichen Einschränkungen in den Planungsprozess ein – Erkenntnisse, die sich allein aus Zeichnungen und Berechnungen nicht vollständig ableiten lassen.

Die Vernachlässigung dieses Aspekts mag kurzfristig zu einer Reduzierung der Investitionskosten (CAPEX) eines Projekts führen, doch langfristig resultiert sie häufig in höheren Betriebskosten (OPEX), einer geringeren Zuverlässigkeit der Anlagen sowie komplexeren Instandhaltungsmaßnahmen. Damit lässt sich eine der wichtigsten Lehren aus der industriellen Praxis wie folgt zusammenfassen: Wird die Instandhaltung in den ersten Tagen der Planung nicht gehört, wird sie sich in den späteren Betriebsjahren – dann allerdings mit deutlich höheren Kosten – unweigerlich bemerkbar machen.

Mobley, R. K.

Maintenance Engineering Handbook

McGraw Hill, 8th Edition, 2014.

Blanchard, B. S., & Fabrycky, W. J.

Systems Engineering and Analysis

Prentice Hall.

ISO 55000 – Asset Management Standard