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Kostenoptimale
Zuverlässigkeit produktiver Systeme
Schriften zur theoretischen und angewandten Betriebswirtschaftslehre
Herausgeber: Dr. Ludwig Pac:k
o. Professor der Betriebswittsdlaftslehre an der Universität Mannheim (WH)
Band 5
Klaus Opfermann
Kostenoptimale
Zuverlässigkeit produktiver Systeme
Ein Beitrag zur Planung
der Abwehr von Störungen des Betriebsprozesses
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
D6
Verlags-Nr. 33 68
ISBN 978-3-663-00726-5 ISBN 978-3-663-02639-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-02639-6
Copyright by Springer Fachmedien Wiesbaden 1968
Ursprünglich erschienen bei Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr. Th. Gabler GmbH, Wiesbaden 1968
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1968
Vorwort des Herausgebers
Störungen im Ablauf von betrieblichen Prozessen sind jedem Praktiker
bestens vertraut. Sie gehören sozusagen zum betrieblichen Alltag. Die Pro
bleme der Störung und der Störungsabwehr werden mit fortschreitendem
Mechanisierungs- und Automatisierungsgrad ständig komplizierter und drin
gender. Es ist deshalb etwas überraschend, daß die betriebswirtschaftliche
Theorie dem Komplex der Störung und der Störungsabwehr im systema
tischen Sinne bisher relativ wenig Beachtung geschenkt hat. Die Unter
suchungen sind primär deskriptiv und kasuistisch. Verständlich ist diese
Sachlage jedoch insofern, als die Zahl der Störungen verursachenden Fak
toren schier unüberschaubar ist. Eine Kausalforschung im Sinne der Erfas
sung der Störungsursachen stößt deshalb notwendigerweise bald auf unüber
schreitbare Grenzen.
Es liegt deshalb nahe, die von der Kausalforschung praktisch nicht mehr zu
erfassenden Bündel von Einflußfaktoren im Wege der Zufallsanalyse anzu
gehen. Dieser Weg wird in dem vorliegenden Buch beschritten. Von einer
klaren Fassung des Störungsbegriffes und der Konzeption der Störungs
ursachen als zufälligen Ereignissen ausgehend, wird darin ein System der
Störungsabwehr entwickelt, das drei Grundbestandteile enthält: Wartung
und Reparatur, das Arbeiten mit Sicherheitslägern und das Halten von Re
servekomponenten. Unter Heranziehen der verschiedensten Methoden und
Verfahren der Unternehmensforschung - sowohl analytischer als auf der
Simulation basierender - wird gezeigt, wie diese Maßnahmen der Störungs
abwehr optimal eingesetzt werden können. Ein Optimum ist dabei dann
erreicht, wenn die Kosten der ergriffenen Maßnahmen, erhöht um die
Kosten der Störung selbst, ein Minimum werden. Schon diese Optimum
konzeption zeigt, daß der Versuch, alle Störungen ausschalten zu wollen,
weder realisierbar noch - weil viel zu teuer - sinnvoll ist.
Die systematische Behandlung der verschiedenen Methoden der Störungs
abwehr führt zur Vereinigung der Lagerhaltungs-, Warteschlangen- und
Ersatztheorie zu einer Theorie der Störungsabwehr. Im Sinne der Betriebs
wirtschaftslehre als angewandter Wissenschaft werden dabei in dem vor
liegenden Buch nicht nur Optima beschrieben, sondern es werden unmittel
bar Verfahren angegeben, mit Hilfe derer die Optima berechnet werden
können. Daß dabei dem Rechenbar-Machen - als einem Kernanliegen der
wissenschaftlichen Betriebsführung - in Verbindung mit der Störungs
abwehr Grenzen gesetzt sind, überrascht nicht. Diese Grenzen resultieren
einerseits daraus, daß größere Modelle die Grenzen der Rechenbarkeit über-
schreiten, was insbesondere dann eintritt, wenn mehrere Maßnahmen der
Störungsabwehr miteinander kombiniert werden. Eine weitere Grenze ergibt
sich daraus, daß das Zahlenmaterial, welches zur Grundlage der Optimie
rungsrechnung gemacht wird, bestimmten Anforderungen genügen muß. So
müssen zum Beispiel ausreichend viele Aufschreibungen über Störungsvor
gänge vorliegen. Das vorhandene Zahlenmaterial muß ferner die Bedingun
gen der stochastischen Unabhängigkeit und der Trend-Freiheit erfüllen. In
sofern werden in der vorliegenden Arbeit nicht nur zahlreiche Möglichkeiten
zur Lösung der Probleme der Störungsabwehr beschrieben; es werden auch
gleichzeitig Ansatzpunkte für weitere betriebswirtschaftliche Forschungen
aufgezeigt.
LUDWIG PACK
Inhaltsverzeichnis
Seite
Einleitung 15
Erster Teil
Allgemeine Grundlagen
A. Das Problem der betrieblichen Störungsabwehr in exemplarischer
Darstellung 25
1. Ein Beispiel aus dem Steinkohlenbergbau 25
H. Ein Beispiel aus der Eisenerzverhüttung 28
B. Ursachen und Begriff der Störung 29
1. Die Störungsursachen . . . . 30
1. Die Störungsursachen als zufällige Ereignisse 31
2. Der Grad der Ungewißheit über die Störungsursachen als
dispositives Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
a} Die Analyse der Ursache-Wirkungsbeziehungen bei den
störungsauslösenden Vorgängen . . . . . . . . . . 33
b} Die Analyse des die Störungsursachen beschreibenden
Datenmaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
H. Der Begriff der Störung 52
Seite
C. Die Abwehr von Störungen des Betriebsprozesses als Problem der
betrieblichen Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1. Abgrenzung gegen die betriebskybernetisch-organisatorische
Problemstellung der Störungsabwehr . . . . . . . . . . 54
11. Präzisierung der die Planungsaufgabe kennzeichnenden Frage-
stellung ..................... 59
IH. Zielsetzung und Verhaltensweise in der betrieblichen Sicher-
heitspolitik und ihre Problematik . . . . . . . . . . 62
1. Die Problematik der optimalen Verhaltensweise in der be
trieblichen Sicherheitspolitik bei bekannten Wahrscheinlich-
keiten 63
a) Häufig wiederholte Maßnahmen der betrieblichen
Störungsabwehr 63
b) Einmalige Maßnahmen der betrieblichen Störungsabwehr 68
2. Die Problematik der optimalen Verhaltensweise in der be
trieblichen Sicherheitspolitik bei unbekannten Wahr schein
lichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87
IV. Die grundsätzlichen Ansatzpunkte der betrieblichen Sicherheits-
politik .......................... , 89
D. Die Behandlung des Problems in der betriebswirtschaftlichen Literatur 95
Zweiter Teil
Planungsmodelle zur ökonomisch zuverlässigkeitsoptimalen Abwehr von
Störungen des Betriebsprozesses
A. Allgemeine Vorbemerkungen und schematische Darstellung der
untersuchten Modelltypen ................ . . . 103
B. Die betriebliche Sicherheitspolitik bei eins tufigen Produktions-
prozessen 112
1. Die Optimierung der Zuverlässigkeit einzelner Komponenten
(Modelltyp I.1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Seite
1. Die Optimierung des Wartungsaufwandes bei vorgegebenem
Wartungsprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
a) Ausfallzeitproportionale Fehlmengenkosten bei außerhalb
der regelmäßigen Betriebszeit durchgeführter Wartung . 113
b) Ausfallzeit- und ausfallanzahlproportionale Fehlmengen
kosten bei außerhalb der regelmäßigen Betriebszeit
durchgeführter Wartung . . . . . . . . . . . . . . . 117
c) Ausfallzeit- und ausfallanzahlproportionale Fehlmengen
kosten bei während der regelmäßigen Betriebszeit durch-
geführter Wartung . . . . . . . . . . 120
2. Die Optimierung des Wartungsprogramms 122
3. Die simultane Optimierung von Wartungs- und Reparatur-
aufwand 128
a) Exponentialverteilte Lauf- und Reparaturzeiten 128
b) Beliebig verteilte Lauf- und Reparaturzeiten . . 137
4. Die Generalüberholung als Sonderfall der Wartung und die
Bestimmung des optimalen Generalüberholungszyklus . 140
a) Allgemeine Problemstellung und Modellbeschreibung 140
b) Zum Lösungsansatz von Morse . . . 146
c) Zur Problematik einer analytischen Lösung 152
d) Die Tabellierung als heuristisches Lösungsverfahren 155
5. Optimale Ersatzstrategien bei der Störungsabwehr durch
"vorzeitigen" Ersatz eines Aggregates oder seiner ausfall-
anfälligen Teile 161
a) Einzelersatz 161
b) Gruppenweiser Ersatz und andere Erneuerungspolitiken
bei mehreren ausfallanfälligen Komponenten eines Systems 164
11. Die Optimierung der Zuverlässigkeit einstufiger produktiver
Systeme durch die Unterhaltung von Sicherheitslägern (Modell-
typ 1.2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Seite
1. Die Bestimmung optimaler Fertiglagerbestände als Sicherung
gegen den zufälligen Ausfall einer Fertigungsstufe . . . . . 168
a) Ein Grundmodell . . . . . . . . . 169
b) Eine Modifikation des Grundmodells 178
c) Sicherheitslagermodell zur Berücksichtigung eines im
Zeitablauf zunehmenden Ausfallrisikos eines Aggregates 182
(1) Allgemeine Modellbeschreibung und -formalisierung 182
(2) Die Lösung mit Simulation . 187
(2.1) Allgemeines zur Simulation 187
(2.2) Der durch den Simulationsprozeß zu erzeugende
Stichprobenumfang . . . . . . . . . . . 190
(2.3) Das Simulationsmodell für das Sicherheitslager-
problem . . . . . . . . .. ......... 194
(2.4) Verfahren und Problematik der systematischen Va
riation von L und s . . . . . . . . . . . . . . . 196
2. Die Bestimmung optimaler Materialbestände als Sicherung
gegen stochastische Zulieferunregelmäßigkeiten . . . . . . 207
a) Zur allgemeinen Problemstellung der Materiallagerhal-
tung als Maßnahme der Störungsabwehr . . . . . . . . 207
b) Ein spezielles Modell zur simultanen Bestimmung der
optimalen Melde- und Bestellmenge mit Hilfe der Simu-
lation 213
(1) Modellbeschreibung und -formalisierung 213
(2) Ein Zahlenbeispiel . . . . . . . 217
(3) Die Bestimmung des optimalen Zeitpunktes der
"nächsten" Bestellung . . . . . . 221
c) Zu einigen Randproblemen der zuverlässigkeitsoptimalen
Materiallagerhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
