FAHRZEUGE & KOMPONENTEN | RAMS/LCC

46 ETR | JUNI 2014 | NR. 6 www.eurailpress.de/etr

Im Beitrag wird ein Überblick zu grund-legenden Methoden und Verfahren der Systemanalyse aus Sicht von RAMS und LCC gegeben. An Hand von Beispielen, werden Probleme und Potenziale der RAMS/LCC-Systemanalyse aufgezeigt. Dabei werden auch die notwendigen Voraussetzungen für die Anwendung und die methodischen Grundlagen diskutiert. Grundlegende Fak-toren für die erfolgreiche Anwendung der ingenieurtechnisch anspruchsvollen RAMS/LCC-Technologie sind Standardisierung, Ganzheitlichkeit und Kontinuität. Die lang-jährige praktische Tätigkeit des Autors hat gezeigt, dass gegenwärtig die Anwendung

Dr.-Ing. Harald JungGeschäftsführender Gesellschaf-ter der Ingenieurgesellschaft Zuverlässigkeit und Prozessmo-dellierung (IZP) Dresden mbHh.jung@izp.de

RAMS/LCC 1)-Systemanalyse für Schienenfahrzeugtechnik – Methoden, Potenziale und PraxisbeispieleZuverlässigkeit und Kosten sind entscheidende Qualitätsmerkmale für jedes komplexe technische System. Dies trifft insbesondere für Schienenfahrzeuge zu, die sich in einem immer intensiveren Wett-bewerb mit anderen Transportträgern befinden. Durch dauerhafte Sicherstellung einer hohen Zuver-lässigkeit und Verfügbarkeit bei möglichst geringen Kosten können die Vorteile des schienengebunde-nen Transports weiter verbessert werden. Eine wichtige Grundlage dafür ist eine systematische Analyse und Optimierung der Technik und Prozesse.

dieser Methodik oft nur bei vorliegenden vertraglichen oder kundenbezogenen Zwängen erfolgt. Bild 1 beinhaltet eine un-vollständige Sammlung von Killerphrasen, mit denen mitunter leichtfertig die enormen Potenziale der Systemanalyse verschenkt werden.

Mit RAMS und LCC kann ein wichtiger Bei-trag zur nachhaltigen Gestaltung des schie-nengebundenen Verkehrs geleistet werden. Sicherheit, Langlebigkeit, verantwortungs-bewusster Einsatz von Ressourcen und be-wusst gestaltete Prozesse und Produkte sind wichtige Argumente, die zugleich den nicht zu vernachlässigenden Aufwand für die An-wendung der nachfolgend beschriebenen Managementmethoden mehr als rechtferti-gen. Das im Rahmen einer Expertendiskus-

sion entstandene Mindmap (Bild  2) kann sicher noch erweitert werden.

1. RAMS/LCC-METHODEN IM ÜBERBLICK

Die Vielschichtigkeit sowie die Zusammen-hänge wichtiger RAMS/LCC-Methoden sind aus Bild  3 ersichtlich. Durch die systemati-sche und dauerhafte Nutzung aller darge-stellten Verfahren können Risiken minimiert und Trends rechtzeitig erkannt werden. Mo-mentan ist es im Schienenfahrzeugbereich noch oft so, dass nur ausgewählte Metho-den und diese auch nur zeitlich begrenzt angewendet werden.

Nur wenn solche Methoden ausdrücklich vom Kunden gefordert sind, werden diese von Systemproduzenten und Zulieferun-ternehmen auch tatsächlich eingesetzt. Ur-sachen für die Vernachlässigung der damit verbundenen Optimierungspotenziale sind u. a.:

> Unzureichende Informationsbasis > Fehlendes Verständnis und unzureichen-

de Akzeptanz bei Entscheidungsträgern > Fehlendes Methodenwissen bzw. feh-

lende Kapazitäten, Termin- und Kosten-druck.

1) Reliability, Availability, Maintainability, Safety/Life Cycle Cost

BILD 1: RAMS und LCC – Was soll das?

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BILD 4: RCM Entscheidungsdiagramm nach Moubray [1]

2. ANWENDUNG DER METHODEN IN DER PRAXIS

Da die Gefährdungsanalyse in der Regel zu-lassungsrelevant ist, sind hier die wenigsten Defizite zu verzeichnen. Hingegen werden durch die nur sporadische Nutzung der FME(C)A2) Methodik noch oft Möglichkeiten zur systematischen Risikominimierung und Systemoptimierung verschenkt. Hier sind insbesondere auch die Schienenfahrzeug-hersteller gefordert. In der Automobilbran-che ist es inzwischen für fast jeden Zuliefe-rer zur Pflicht geworden, eine FMEA für sein Produkt zu erstellen. Noch problematischer wird es bei der Anwendung der Fehlerbaum-analyse. Es fehlen dafür oft belastbare Aus-sagen zum Zuverlässigkeitsverhalten (Aus-fallraten, Verteilungsparameter, …) der Elementarereignisse. Um dieses Problem dauerhaft zu beseitigen, ist zukünftig eine weitere Verbesserung des Informationsaus-tausches zwischen Hersteller und Betreiber notwendig. Über die Fehlerbaum analyse können wichtige Erkenntnisse zur Wahr-scheinlichkeit des Auftretens kritischer Ereig-nisse gewonnen werden und es kann recht-zeitig gegengesteuert werden. Die FMEA und FTA3) bilden gleichzeitig die Basis für die RCM4)-Analyse, die ihrerseits wesentlich zur Optimierung von Instandhaltungsstrategien beiträgt. Die RCM-Methodik wird aber von Technikherstellern noch nicht durchgängig zur Erarbeitung von Instandhaltungsemp-fehlungen angewendet. Instandhaltungs-vorgaben werden oft noch vom Standpunkt der Minimierung des Risikos für den Her-steller und weniger aus Sicht der Kosten für den Betreiber erarbeitet. Mittlerweile gibt es aber bereits signifikante Bestrebungen von Technikbetreibern, RCM für sich als Faktor der Risikominimierung und zur Steigerung der Kundenzufriedenheit zu nutzen. Den prinzipiellen Entscheidungsbaum dieser Ex-pertenmethodik zeigt Bild 4. Die Darstellung verdeutlicht, dass die Instandhaltungsop-timierung eine gemeinsame Aufgabe von Produzent und Betreiber ist.

Grundlegendes Ziel von RAM-Analysen ist es, den Istzustand von Produkten und Pro-zessen bezüglich Zuverlässigkeit, Verfügbar-keit und Instandhaltbarkeit zu ermitteln und zu bewerten. Da allen statistisch basierten Analysemethoden oft vorgeworfen wird im Nachgang eine Obduktion durchzuführen, ist es notwendig aus den ermittelten Zu-ständen Verbesserungspotenziale für neue Produkte und das Prozessmanagement ab-zuleiten. Eine belastbare Prognose und Opti-

2) Fehler-Möglichkeits- und Einfluss- (und Kritizitäts-) Ana-lyse

3) Fault Tree Analysis4) Reliability-Centered Maintenance

BILD 2: RAMS/LCC im Kontext der Nachhaltigkeit

BILD 3: RAMS/LCC-Methoden im Überblick

mierung ist aber nur unter folgenden Bedin-gungen möglich:

> Ausreichende Datenqualität und -quan-tität

> Nachvollziehbarer Bezug der Daten zu

konkreten Einsatz- und Belastungskrite-rien

> Expertenwissen als Basis für die Ergeb-nisbewertung

RAM-Analysen können vom Hersteller wegen

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der später fehlenden Datenbasis oft nur wäh-rend der Garantiezeit durchgeführt werden. Dadurch sind herstellerseitig bei langlebigen Schienenfahrzeugen kaum Langzeitaussagen möglich. Beim Betreiber werden fast durchgän-gig Auswertungen zu aufgetretenen Störun-gen durchgeführt. Schwachstellenanalysen, Verfügbarkeitsbetrachtungen und Kostenana-lysen sind in der Regel fester Bestandteil des re-gelmäßigen Monitoring Prozesses in Verkehrs-unternehmen. Allerdings sind wesentliche Verbesserungen bei der Klassifizierung und Strukturierung der Daten und der Standardi-sierung der angewendeten Analysemethoden notwendig. Die für Bahnanwendungen vor-handenen branchenspezifischen Normen wie die DIN EN 50126 und die DIN EN 15380 bilden eine sehr gute Basis für die notwendige Verein-heitlichung des Informationsmanagements

und der Analysestrategie. Ein weiteres Prob-lem bei der Durchführung von RAM-Analysen ergibt sich daraus, dass diese häufig noch über Tabellenkalkulationstools wie Microsoft-Excel als Insellösungen mit mitunter redundanten Inhalten von mehreren Stellen parallel durch-geführt werden. Hier sind dringend spezielle Werkzeuge, die von qualifizierten Experten mit ausreichenden Kapazitäten bedient wer-den, erforderlich. Auch das Thema der Daten-qualitätskontrolle sollte noch stärker beachtet werden.

Bei der LCC-Betrachtung stehen noch zu oft allein die Anschaffungskosten im Fokus bei der Lieferantenauswahl. Die Folgekosten insbesondere durch Einnahmeverluste, Aus-fallfolgekosten, Kundenabwanderung und Mehraufwendungen bei der Instandhaltung übersteigen die Einmalkosten der Anschaf-

fung aber in der Regel um ein Vielfaches. Ins-besondere bei Ausschreibungen im Rahmen von Fahrzeugneubeschaffungen ist eine ganz-heitliche Kostenbewertung über den gesam-ten Lebenszyklus erforderlich. Mehraufwen-dungen beim Kaufpreis können sich durch höhere Zuverlässigkeit der Produkte positiv auf die Gesamtkostenbilanz auswirken. Nur auf Basis eines systematischen LCC-Manage-ments unter Berücksichtigung aller Lebenszy-klusphasen kann eine kostenoptimale Prozess-gestaltung sichergestellt werden. Konkrete Anwendungsmöglichkeiten sind:

> Bewertung von Alternativen bezüglich Beschaffung und Aussonderung

> Abschätzung der Rentabilität von Pro-dukten und Projekten

> Identifizierung von Kostentreibern für Objekte oder Anlagen und Bewertung von möglichen Verbesserungen

> langfristige Finanzplanung und Budget-begründung

> Kalkulation und Auswahl von Service-angeboten insbesondere im Instandhal-tungsbereich

3. EFFIZIENZSTEIGERUNGSPOTEN-ZIALE UND BEISPIELANWENDUNGEN

Die in Tabelle 1 vorgenommene Aufzählung von Nutzeffekten erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Trotzdem verdeutlicht diese das erhebliche Potenzial, welches sich aus der konsequenten Anwendung der RAMS/LCC-Systemanalysemethodik ergibt. Trotz der genannten Probleme entdecken immer mehr Unternehmen diese Reserven.

RCM-Projekte aus der Praxis, z. B. bei Be-trieb und Instandhaltung von Offshore-Ölplattformen haben gezeigt, dass durch konsequente Anwendung erhebliche Effizi-enzpotenziale zu erreichen sind. Diese lie-gen insbesondere in folgenden Bereichen (siehe auch [2]):

> Verfügbarkeitserhöhung (bis zu 5 %) bzw. Verfügbarkeitsstabilisierung bei sinkenden Kosten

> Senkung der Instandhaltungskosten (3 bis 5 %)

> Reduktion des Ersatzteilbestandes (bis zu 10 %)

Das Thema LCC wird auch für Schienenfahr-zeuge immer bedeutsamer werden. Die LCC-Bilanz ist mittlerweile ein entscheiden-der Wettbewerbsfaktor. Dies trifft z. B. auch auf den Schienengüterverkehr zu, der sich in starker Konkurrenz zum Straßengüter-verkehr befindet. Schon das unvollständige LCC-Modell (Bild  5) für einen Eisenbahn-

Methode Praktischer Nutzen

Gefährdungsanalyse Aufdeckung und Minimierung von Risiken; Vermeidung von Zulassungs-problemen

FME(C)A Systematische Funktions- und Fehlerbeschreibung; qualitative Risikobewer-tung; kontinuierliche Systemoptimierung; Verbreitung und Historisierung von Expertenwissen

FTA Quantitative Risikobewertung; Identifizierung von Optimierungsfaktoren

RCM Wichtiger Baustein der Instandhaltungsoptimierung

RAM Aufdeckung von Schwachstellen der Technik und Prozessabläufe

LCC Methodik zur Unterstützung der Lieferantenauswahl; Prognose von Kostentrends

TABELLE 1: Methoden und Potenziale im Überblick

BILD 5: Auszug LCC-Modell für Eisenbahngüterwagen

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güterwagen zeigt, wie vielschichtig die Kostenstrukturen und Einflussfaktoren sind. Entscheidend für die Effizienz des Manage-ments ist es, die wesentlichen Kostentreiber zu erkennen und wenn möglich zielgerich-tet zu beeinflussen.

Ein Haupthindernis für die systematische Anwendung von RAMS und LCC sind feh-lende Kapazitäten und Mittel insbesondere bei kleineren Projekten oder bei KMU. Oft werden Aufwendungen für diesbezügliche Betrachtungen nur als „notwendiges Übel“ betrachtet und auch nur getätigt, wenn es zwingend gefordert wird. Auch wenn die kapazitiven Möglichkeiten von Großpro-jekten wie dem Gotthard Basistunnel (GBT) oder dem Beschaffungsprojekt ICx der Deutschen Bahn (siehe [5] und [6]) nicht vergleichbar sind mit den oft unter hohem Kostendruck stehenden Standardprojek-ten, so können die positiven Erfahrungen verallgemeinert werden. Wenn beim Bau des momentan größten Eisenbahntunnels der Welt, dem GBT, eine vorfristige Fertig-stellung um etwa ein Jahr möglich ist, so hat die systematische RAMS-Betrachtung nach der DIN  EN  50126 wesentlich dazu beigetragen.

4. ZUSAMMENFASSUNG

Die RAMS/LCC-Systemanalyse bietet vielfäl-tige Wettbewerbsvorteile für den Schienen-verkehr. Die Praxis zeigt, dass vorhandene Probleme, die eine durchgehende Anwen-dung dieser Methodik oft noch verhindern, beseitigt werden können. Die oft gestellte Frage „Was kostet Zuverlässigkeit?“ sollte im-mer im Kontext mit der Frage „Was bringt mir Zuverlässigkeit?“ gestellt werden. Mit der RAMS/LCC-Technologie kann ein wichtiger Beitrag zur Nachhaltigkeitsgestaltung des Schienenverkehrs geleistet werden, wenn die Anforderungen an Standardisierung, Systematisierung und Ganzheitlichkeit dau-erhaft erfüllt werden. 

Literatur[1] Moubray, J.: RCM - Die hohe Schule der Zuverlässigkeit

von Produkten und Systemen. Landsberg: mi Verlag Moderne Industrie 1996.

[2] Wobbe, M: Reliability Centered Maintenance and Opti-mization -RCMO-: Eine Softwarelösung für die risikoba-sierte Instandhaltung von SAP und Meridium; Produkt-präsentation

[3] DIN EN 50126: Bahnanwendungen – Spezifikation und Nachweis der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Instand-haltbarkeit, Sicherheit (RAMS)

[4] DIN EN 15380 Teil 1 bis 5:Kennzeichnungssystematik für Schienenfahrzeuge

[5] Busemann, A.: Das Gesicht der weißen Flotte der DB  Fernverkehr AG im Jahre 2020; Plenarvortrag zur 13. Internationalen Schienenfahrzeugtagung 26. – 28. Februar 2014, Dresden; Tagungsunterlagen

[6] Internet: http://www.izp.de/cms/?page_id=182 : RAMS/LCC-Analyse für Transtec Gotthard

 SUMMARY

RAMS/LCC systems analysis for technical equipment on rail vehicles – methods, potential and practical examples

Reliability and costs are decisive quality characteristics for any complex technical system. That applies in particular for railway vehicles, which are in ever more intense competition with other modes of transport. By ensuring a high level of reliability and availability over a long period of time while keeping the costs as low as possible, it is possible to further improve the advantages of rail-guided transport. One important basis for this is to perform a systematic analysis and optimisation of the technical systems and processes.

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