Stork Gears & Services Condition Monitoring

Stork Gears & Services Condition Monitoring

Stork Gears & Services Condition Monitoring

“Toestandsafhankelijk onderhoud bij de klanten van Stork Gears & Services”

Auteur: Mark Snoeij Student nummer: 1499238

Rotterdam, januari 2008 Afstudeerscriptie

Faculteit Bedrijfskunde en Economie Rijksuniversiteit Groningen

Voorwoord

Met deze scriptie beëindig ik mijn afstudeeronderzoek bij Stork Gears & Services en mijn studie Technology Management aan de Rijksuniversiteit Groningen. Het onderzoek is gestart in september 2007 en afgerond in januari 2008. Het voltooien van dit afstudeeronderzoek was niet mogelijk geweest zonder de medewerking van een aantal personen, die ik in dit voorwoord graag wil bedanken.

Ten eerste het bedrijf Stork Gears & Services voor het aanbieden van de mogelijkheid tot onderzoek en de steun bij het onderzoek. In het bijzonder wil ik de heren Van Wezel, Bonnier, Visser, Paulussen en Sarneel bedanken voor het meewerken aan de interviews.

Ten tweede wil ik de heer Klingenberg bedanken voor het begeleiden van het onderzoek en zijn opbouwende kritiek op het rapport.

Mark Snoeij

Management samenvatting

Dit rapport richt zich op onderhoudsstrategieën en vooral op de mogelijkheden voor toestandsafhankelijk onderhoud voor de klanten van Stork Gears & Services. Achterliggende gedachten bij dit onderzoek is de ontwikkeling van een nieuw meetsysteem door Stork Gears & Services die condition monitoring mogelijk maakt. Om een keuze te maken tussen een correctieve- of preventieve onderhoudsstrategie is een onderhoudsstrategie model ontwikkeld. Dit model kiest een onderhoudsstrategie op basis van concrete variabelen zoals kosten en meer abstracte variabelen zoals veiligheid, voorspelbaarheid en milieu. Het model is generaliseerbaar naar alle soorten bedrijven en industrieën waar sprake is van productie van fysieke producten. Om het model te toetsen wordt een multiple case study gebruikt. De case selectie vindt plaats aan de hand van segmentatie in het huidige klantenbestand van Stork Gears & Services. De resultaten van deze segmentatie zijn drie marktsegmenten waarbij de meest voorkomende toepassing van een tandwielkast als case wordt genomen. De gegevens die nodig zijn om het onderhoudsstrategie model in te vullen zijn verkregen uit interviews. Een preventieve onderhoudsstrategie realiseert in ieder marktsegment een besparing op de kosten.

Inhoudsopgave

1 Nieuw meetsysteem van Stork Gears & Services 1

1.1 Introductie 1

1.2 Aanleiding voor het onderzoek 2

2 Onderzoeksontwerp 4 2.1 Probleemverkenning 4 2.2 Probleemstelling 5 2.3 Probleemmodellering 8 2.4 Methodologie 9 2.5 Afbakening 9 3 Onderhoudsstrategie model 10

3.1 De noodzaak van onderhoud 10

3.2 Literatuur verkenning 11

3.3 Onderhoudsstrategie model 12

3.4 Kosten model 13

4 Segmentatie en case selectie 17

4.1 Macrosegmentatie 17 4.2 Microsegmentatie 17 4.3 Windenergie 18 4.4 Overslagindustrie 18 4.5 Scheepvaart 18 5 Resultaten cases 19 5.1 Gegevensverzameling 19

5.2 Toepassing van het kostenmodel 19

5.3 Preventief onderhoud in de Windenergie 19

5.4 Preventief/correctief onderhoud in de Overslagindustrie 22

6 Meetsysteem en onderhoudsstrategie 27

6.1 FMEA 27

6.2 Periodiek en toestandsafhankelijk onderhoud 30

6.3 Lagerschades, tandbreuken en asbreuken 32

6.4 Effecten van het meetsysteem 33

7 Conclusie en aanbevelingen 34 7.1 Aanbevelingen 35 7.2 Vervolgonderzoek 35 8 Betrouwbaarheid en validiteit 36 8.1 Betrouwbaarheid 36 8.2 Validiteit 36 9 Literatuurlijst 38 9.1 Literatuur 38 9.2 Interviews 40

Bijlage I: Organogram Stork NV 42

Bijlage II: Segmentatieproces 43

1

Nieuw meetsysteem van Stork Gears & Services

Na een korte introductie over Stork Gears & Services (SG&S) in paragraaf één volgt de aanleiding van het onderzoek in paragraaf twee waarin ook het nieuwe meetsysteem van SG&S wordt beschreven.

1.1 Introductie

SG&S is onderdeel van Stork N.V. De focus van SG&S is als volgt geformuleerd [1]: “We are focused on repairing gearbox related parts for marine and industrial applications, with the highest quality in the shortest possible time.”

Naast het overhalen, reviseren en modificeren van tandwielkasten is SG&S ook volledig uitgerust om nieuwe, klantspecifieke tandwielkasten te ontwerpen en te produceren.

STORK is van oudsher een machinefabriek. Tegenwoordig zijn de technische afdelingen van STORK onder gebracht in de STORK Technical Services divisie, waarvan SG&S een werkmaatschappij is. Het organogram van de organisatie is weergegeven in bijlage I. SG&S is opgesplitst in drie Business Units (BU): Gears & Services, Optimization Services en Railway Services. Railway Services is de jongste BU en houdt zich bezig met het repareren, reviseren, modificeren en produceren van onderstellen van treinen, metro’s en trams. De BU’s Gears & Services en Optimization Services hebben veel raakvlakken met elkaar. Een overzicht van de werkzaamheden van Gears & Services en Optimization Services is gegeven in tabel 1.

Tabel 1: werkzaamheden Gears & Services en Optimization Services

Gears & Services Optimization Services

Revisie tandwielkasten Periodiek meten/analyseren Modificatie tandwielkasten Troubleshooting (meten bij

faalmechanisme)

Nieuwbouw tandwielkasten Opstarten van installaties (nulmeting) Beheer Equipment Management System Overhaal van tandwielkasten

Ontwikkelen meetsysteem

1.2 Aanleiding voor het onderzoek

Een korte beschrijving van het meetsysteem wordt hieronder gegeven, waarna er dieper wordt ingegaan op de aanleiding van dit onderzoek.

Het meetsysteem van SG&S moet in staat zijn op afstand data te meten en te verzenden. De voordelen die hiermee worden behaald, zijn:

• Lagere kosten bij lastig te bereiken installaties, waar normaal gesproken periodieke metingen worden uitgevoerd;

• Faalmechanismen in de tandwielkast zijn eerder waarneembaar, waardoor ongeplande stilstand en reparatiekosten kunnen worden beperkt;

• Faalmechanismen in de tandwielkast kunnen vanaf afstand geanalyseerd worden;

• Actuele status van de tandwielkast kan altijd online opgevraagd worden; • Historische gegevens van het meetsysteem zijn direct op te vragen.

De werking van het meetsysteem is op de volgende pagina weergegeven in figuur 1. Het meetsysteem (figuur 1) is een box met hardware, waarop in totaal 24 sensoren kunnen worden aangesloten. Er is plaats voor 8 temperatuursensoren, 4 trillingssensoren, 4 druksensoren, 1 deeltjesteller (voor olieanalyse), 1 toerenteller, 2 alarmsensoren en 1 geluidssensor. Daarnaast zijn er nog drie uitgangen die nog niet gedefinieerd zijn. Alle variabelen waarmee analyses uitgevoerd worden, kunnen worden gemeten. De verzamelde meetdata wordt via een LAN, UMTS of WIFI verbinding naar de server op de BU Optimization Services verstuurd. De software voor de analyse van de meetdata bevindt zich ook op deze server. Als er een verslechterd functioneren van de tandwielkast wordt geconstateerd ontvangt de klant een SMS bericht. Machine diagnostics engineers kunnen met behulp van de meetdata nadere analyses uitvoeren om de oorzaak van het verslechterd functioneren te achterhalen. In het Online Monitoring Systeem (OMS) kan meetdata worden opgevraagd over een willekeurige tandwielkast, uitgerust met het meetsysteem, die bij een klant staat. De kosten van het systeem zijn nog niet bekend. Er wordt verwacht dat de verkoopprijs van het meetsysteem tussen de € 2.000,- en € 3.000,- ligt. Naast deze aanschafprijs zal de klant een abonnement moeten nemen, waarbij de maandlasten ongeveer €100,- zullen bedragen.

Het meten op afstand is niet nieuw en wordt al door verschillende marktpartijen aangeboden, bijvoorbeeld door PrufTechnik. Veel van deze systemen zijn duur en niet flexibel. Het onderscheidende vermogen van het STORK meetsysteem is dat deze vele malen goedkoper is dan de concurrentie en wel flexibel is. Dit laatste betekent dat er gemakkelijk wijzigingen in het meetsysteem kunnen worden aangebracht als het systeem al geïnstalleerd is bij de klant, zonder dat dit hoge kosten met zich meebrengt.

Tandwielkast

_Signaal

Condition

Max. 14

Sensoren

Meet

apparaat

UMTS

(GPRS)

router/Wi

Meetbox op

lokatie

Server

STORK

analist

STORK

Online

monitoring

system

Huidige werking v/h meetsysteem

Mogelijke uitbreidingen o/h meetsysteem

220V/330V

voeding

2 Onderzoeksontwerp

De probleemverkenning in paragraaf één geeft een overzicht van de verschillende manieren waarop men onderhoud aan installaties kan plegen. In paragraaf twee wordt de onderzoeksopzet nader uitgewerkt.

2.1 Probleemverkenning

De ontwikkeling van het meetsysteem is voortgekomen uit de gedachte dat klanten van SG&S voordelen kunnen behalen door het onderhoud aan tandwielkasten efficiënter in te richten. Deze paragraaf bevat een inleidend verhaal over onderhoudsmethoden waardoor verschillende problemen aan het licht komen.

SG&S heeft klanten in verschillende industrieën. De toepassingen van tandwielkasten variëren niet alleen per industrie, maar ook binnen een industrie. Er zijn twee manieren om een tandwielkast te onderhouden [5][6]: correctief onderhoud en preventief onderhoud. Beide onderhoudsstrategieën worden hieronder toegelicht.

2.1.1 Correctief onderhoud

Correctief onderhoud is het plegen van onderhoud als de tandwielkast kapot is. De tandwielkast wordt alleen gerepareerd indien deze niet meer naar behoren functioneert. Bij een correctieve onderhoudsstrategie ligt de focus op problemen die er al zijn, in plaats van op de diagnose van problemen, zodat deze niet meer zullen voorkomen. Ook leidt correctief onderhoud vaak tot ongeplande stilstand, waardoor kostbare productietijd verloren gaat. Dit kan leiden tot snel uitgevoerde, dure reparaties.

2.1.2 Preventief onderhoud

Preventief onderhoud is het plegen van onderhoud met als doel dat de tandwielkast constant optimaal blijft functioneren. Een voordeel van preventief onderhoud is dat de kans op ongeplande stilstand kleiner wordt, waardoor productiedoelen beter gehaald kunnen worden. Dit is alleen mogelijk wanneer de tandwielkasten betrouwbaar zijn en goed functioneren. Preventief onderhoud is onder te verdelen in gepland onderhoud en voorspellend onderhoud.

2.1.3 Gepland preventief onderhoud

Gepland preventief onderhoud kan op drie manieren worden uitgevoerd [5]. Een eerste methode is door klok of kalenderdata intervallen. Ten tweede kan men onderhoud plannen aan de hand van geproduceerde productie eenheden, gedraaide productietijd of gemaakte productie omstellingen. Tot slot kan men periodieke inspecties gebruiken voor het inplannen van onderhoud.

2.1.4 Voorspellend preventief onderhoud

de toestand van de tandwielkast verslechtert, kan worden besloten onderhoud te plegen aan de tandwielkast. De indeling van onderhoudsstrategieën staat weergegeven in figuur 2.

Figuur 2: Mogelijkheden voor het inrichten van onderhoud

Problemen met tandwielkasten hebben onder andere invloed op productiekosten, kwaliteit en planningen. Er zijn nog tal van andere factoren die een rol kunnen spelen binnen een bepaalde industrie en ook de mate waarin deze factoren een rol spelen zijn industrie afhankelijk. De klant zal een keuze, tussen correctief onderhoud of preventief onderhoud, moeten maken aan de hand van de factoren die een belangrijke rol spelen en de kosten die gepaard gaan met deze twee onderhoudsstrategieën.

In dit rapport ligt de nadruk op voorspellend onderhoud, ook wel toestandsafhankelijk onderhoud (TAO) genoemd. TAO is een onderhoudsstrategie waarbij onderhoudsactiviteiten optimaal worden ingepland, gebaseerd op data die de toestand van de tandwielkast weergeeft. TAO bestaat uit drie stappen [7]: data verkrijgen, data verwerken en onderhoudsbeslissingen maken.

Er zijn vier technieken waarmee de conditie gecontroleerd kan worden [8]: • Gebruik van speciale apparatuur, bijvoorbeeld trillingsanalyse

• Variaties in productkwaliteit, bijvoorbeeld Statistical Process Control (SPC)

• Intelligent gebruik van bestaande process monitoring apparatuur • Menselijke zintuigen (horen, ruiken, zien, voelen)

Binnen SG&S ligt de nadruk vooral op de eerste, derde en vierde techniek om de conditie van een tandwielkast te meten. Er wordt binnen SG&S geen SPC toegepast. Tabel 2 geeft de voor- en nadelen van TAO [9].

Onderhoud

Preventief onderhoud Correctief onderhoud

Tabel 2: voor- en nadelen TAO

Voordelen TAO Nadelen TAO

Lastig te bereiken plekken monitoren Hoge investeringskosten

Voorkomen vervolgschades Nieuwe vaardigheden benodigd Verminderen ongeplande stilstand

Trends registreren

Onderdelen worden besteld wanneer benodigd Verlengde levensduur

Optimaal inplannen van onderhoud

Er is al veel onderzoek gedaan naar TAO en er zijn veel publicaties te vinden in de wetenschappelijke literatuur over dit onderwerp. In het onderzoek naar TAO wordt geprobeerd de remaining useful life (RUL) te berekenen. Figuur 3 geeft een overzicht van gebruikte methoden [7].

Model based Statistical models Neural networks Grey model Expert systems AI models Non-lineair stochastic Model Mechanistic Model Physical Model SPC Logistic Regression Model Proportional Hazards Model (PHM) Stochastic Process Analysis Proportional Intensity Model (PIM)

Figuur 3: Statistical models, AI models and model-based

De methoden zijn onder te verdelen in drie categorieën: statische benaderingen, artificial intelligence (AI) benaderingen en model based benaderingen. Statische modellen maken gebruik van historische gegevens en gebruiken trends om voorspellingen te doen. Veel statische modellen zijn afgeleid van SPC. AI modellen zijn complex en verwerken de structuur van het menselijk brein in een model om een voorspelling te doen. In de praktijk blijkt het moeilijk om AI technieken toe te passen, door het gebrek aan efficiënte procedures om test data en specifieke kennis te verkrijgen om de AI modellen te testen [7]. Model based methoden bestaan uit wiskundige modellen waarmee met behulp van de juiste gegevens voorspellingen worden gedaan. Een gedetailleerdere uitleg over de verschillende modellen is te vinden in Jardine, Lin & Banjevic (2006) [7].

2.2 Probleemstelling

De probleemstelling bestaat uit de probleemomschrijving, doelstelling, vraagstelling en randvoorwaarden [10,11] die in deze paragraaf nader worden uitgewerkt.

2.2.1 Probleemomschrijving

Na het testen en uitontwikkelen van het meetsysteem moet deze vermarkt worden. Het meetsysteem moet een duidelijke toegevoegde waarde voor de klant hebben om het te kunnen verkopen. De voordelen, uitgedrukt in kosten, moeten de klant ervan overtuigen het meetsysteem aan te schaffen.

2.2.2 Doelstelling

Het doel van dit rapport wordt als volgt omschreven:

“Onderzoek doen naar de mogelijkheden voor toestandsafhankelijk onderhoud voor bestaande klanten van SG&S.”

Het onderzoek richt zich met deze doelstelling op de mogelijkheden voor SG&S om het nieuwe meetsysteem op de markt te brengen. Welke klanten benaderd moeten worden is nog niet onderzocht en is een belangrijke vraag waar dit onderzoeksrapport een antwoord op zal proberen te geven. Omdat het een nieuw product is voor SG&S wordt deze in een bekende markt geïntroduceerd, waar al een relatie met de klant bestaat.

Het zal hier gaan om een praktijkgericht onderzoek. Dit wil zeggen dat door middel van onderzoek, informatie wordt verzameld dat bijdraagt aan de oplossing van het probleem. Concepten uit de wetenschappelijke literatuur worden gebruikt voor de oplossing van het probleem.

2.2.3 Vraagstelling

De vraagstelling in dit rapport luidt:

“Welke marktsegmenten zijn gebaat bij een preventieve onderhoudsstrategie en wat zijn de mogelijkheden voor toestandsafhankelijk onderhoud binnen deze marktsegmenten?”

Om deze vraagstelling te beantwoorden wordt de onderzoeksvraag in een aantal deelvragen opgesplitst:

1) Welke marktsegmenten kunnen worden onderscheiden bij SG&S? 2) Welke variabelen bepalen de onderhoudsstrategie?

3) Welke marktsegmenten hebben baat bij een preventieve onderhoudsstrategie? 4) Wat zijn de mogelijkheden voor toestandsafhankelijk onderhoud met het

2.2.4 Randvoorwaarden

De randvoorwaarden geven de beperkingen aan waarbinnen het onderzoek moet plaatsvinden.

• Het afstudeeronderzoek zal plaatsvinden binnen een tijdsperiode van drie volledige maanden. Dit is een relatief korte periode voor een afstudeerscriptie. • Aannames over het meetsysteem. Het meetsysteem is nog niet volledig

ontwikkeld. In geval er nog niet voorhanden informatie nodig is, zal een aanname gemaakt worden.

• Bereikbaarheid van experts. Veel informatie is afkomstig van experts zowel binnen SG&S als buiten dit bedrijf. Er moet rekening gehouden worden met het feit dat niet iedereen tijdig beschikbaar zal zijn voor interviews.

2.3 Probleemmodellering

Om de vraagstelling in dit rapport te beantwoorden, wordt gebruik gemaakt van modellen. Een model wordt gebruikt om een weergave te geven van de realiteit, of aspecten van de realiteit. Er wordt onderscheid gemaakt in abstracte en concrete systemen en modellen [11]. Het overzicht van modellen en de samenhang hiertussen is weergeven in figuur 4 en wordt hieronder nader toegelicht.

Realiteit

Modellen

Figuur 4: Het wiskundige- en conceptuele model wordt vergeleken met de realiteit

In de bedrijfskundige terminologie [11] is er sprake van een concreet systeem, namelijk de organisatie SG&S. Het wiskundige model en het conceptueel model zijn beide abstracte modellen. Het wiskundige model bestaat uit vergelijkingen die dienen als model voor de werkelijke onderhoudskosten. De parameters in dit wiskundige model zijn gebaseerd op statische gegevens uit de praktijk. Het conceptuele model bestaat uit variabelen die een relatie met elkaar vertonen en de onderhoudsstrategie bepalen. Het conceptuele model wordt daarom vanaf nu het onderhoudsstrategie model genoemd.

2.4 Methodologie

de natuurlijke setting waarin een verschijnsel geobserveerd kan worden. Inzicht wordt verkregen omdat de ‘waarom’ vraag centraal staat, in plaats van de ‘wat’ of ‘hoe’ vraag. Tot slot leent een case study zich voor vroege verkennende onderzoeken alvorens alle variabelen bekend zijn en het verschijnsel begrepen wordt. De cases zijn geselecteerd aan de hand van marktsegmenten waarin SG&S actief is. Informatie is verkregen door middel van interviews met experts op het vakgebied van machine diagnostics en gegevens uit de database Infosys van SG&S.

2.5 Afbakening

3 Onderhoudsstrategie

model

Het onderhoudsstrategie model die in dit hoofdstuk wordt ontwikkeld, is gebaseerd op wetenschappelijke literatuur, experts binnen SG&S [32, 33] en de creativiteit van de onderzoeker. De eerste paragraaf legt uit dat het kiezen van een goede onderhoudsstrategie leidt tot kostenbesparingen. Paragraaf twee toont door middel van een literatuurstudie aan dat de kosten niet alleen bepalend zijn voor het kiezen van een onderhoudsstrategie. De derde paragraaf bespreekt het onderhoudsstrategie model. De berekening van de variabele ‘kostenafweging’ in het onderhoudsstrategie model wordt uitgelegd in de vierde paragraaf.

3.1 De noodzaak van onderhoud

Het functioneren van equipment wordt gewoonlijk uitgedrukt in Overall Equipment Effectiveness (OEE), weergegeven in formule 1 [5].

Formule 1: OEE = A x PE x Q A = Availability

PE = Performance Efficiency Q = Quality

Availability is de periode dat de equipment functioneert. Om de availability van de equipment uit te rekenen wordt gebruik gemaakt van de maintainability en de reliability. Maintainability is de hoeveelheid moeite en de kosten om onderhoud te plegen aan de equipment. Reliability is de betrouwbaarheid van de equipment. De performance efficiency is een indicator hoe goed de equipment functioneert. De quality is het vermogen om niet-defecte producten te produceren.

Naast de bovenstaande variabelen zijn er nog twee variabelen die een rol spelen bij het goed functioneren van de equipment, namelijk voorspelbaarheid en veiligeid.Een sluitende definitie voor voorspelbaarheid is lastig te geven. Binnen dit rapport is equipment voorspelbaar als dit werkt zoals verwacht binnen een vooraf gedefinieerde zekerheid, bijvoorbeeld 95%. Veiligheid is het welzijn van mens en dier.

Figuur 5: Een faalmechanisme leidt tot hogere kosten

De vier geïdentificeerde gevolgen van een faalmechanisme in figuur 5 (emergency measures, risk to safety, reduced productivity, delay to program) leiden allemaal tot een verhoging van de kosten. Concluderend, een lagere OEE wordt veroorzaakt door faalmechanismen die leiden tot hogere kosten. Hierbij dienen alleen aannemelijke faalmechanismen geanalyseerd te worden [8]. De onderhoudsstrategie hangt niet alleen af van de kosten, zoals ook uit de literatuur zal blijken.

3.2 Literatuur

verkenning

De concepten MTTF (Mean Time To Failure) en MTTR (Mean Time To Repair) worden gebruikt voor het rangschikken van mogelijke onderhoudsstrategieën aan de hand van kosten [14]. De waardes voor MTTF en MTTR worden verondersteld bekend te zijn, evenals de kosten van faalmechanismen. Een methode voor het berekenen van onderhoudskosten is, het gebruik van statistische modellen en het uitvoeren van een multiple regression analysis voor de berekening van machine stilstand en het verlies aan productiviteit [15]. De kosten van stilstand per uur en de kosten van het verlies aan productiviteit per uur moeten dan bekend zijn. Een nadeel van deze methode is dat er voor een multiple regression analysis veel gegevens benodigd zijn van de machines, die vaak niet beschikbaar zijn. Het gebruiken van aannames gaat hier ten koste van de betrouwbaarheid van de berekening.

Een diagram waarmee de optimale onderhoudsstrategie wordt bepaald, is een voorbeeld van een AI model. Technische en economisch gerichte vragen leidden de gebruiker van het diagram naar de optimale onderhoudsstrategie [6,17]. De optimale onderhoudsstrategie kan ook bestaan uit meerdere onderhoudsstrategieën, die correctief en preventief van aard kunnen zijn [6].

Onderhoudsstrategieën kunnen worden gebaseerd op risico analyses. Risico analyse methodieken (kwantitatief, kwalitatief, semi-kwantitatief) worden samengebracht, waarop de optimale onderhoudsstrategie wordt gebaseerd [18].

Concluderend kan gesteld worden dat behalve de kosten, er meerdere variabelen van invloed zijn op de onderhoudsstrategie. De kosten vormen wel een belangrijke factor in het bepalen van de onderhoudsstrategie. Welke kosten allemaal een rol spelen en de methode hoe deze berekend moeten worden lopen uiteen. Een nauwkeurige schatting van de kosten is lastig. Vaak zijn er veel gegevens nodig, die een bedrijf niet voorhanden heeft en die alleen door middel van langdurig onderzoek, deels verzameld kunnen worden.

3.3 Onderhoudsstrategie

model

Het model met daarin de variabelen die van invloed zijn op de onderhoudsstrategie is weergegeven in figuur 6.

Figuur 6: Vier invloeden op de onderhoudsstrategie

3.3.1 Variabelen

Er zijn vier variabelen die een relatie hebben met de variabele onderhoudsstrategie: kostenafweging, veiligheid, voorspelbaarheid en milieu. De variabele ‘kostenafweging’ geeft het verschil weer in kosten tussen een correctieve en preventieve onderhoudsstrategie. De variabele ‘kostenafweging’ heeft een relatie met de variabele ‘aanwezigheid reserve onderdelen’ en de variabele ‘bypass mogelijkheid’. Indien er reserve onderdelen beschikbaar zijn of er een bypass mogelijkheid is neemt de duur van de ongeplande stilstand af, waardoor de indirecte kosten afnemen.

De veiligheid heeft invloed op de onderhoudsstrategie aangezien deze voor veel bedrijven erg belangrijk is. De kreet “Safety first” is belangrijk bij veel bedrijven. Indien het primaire proces van de klant zo ingericht is dat het onderhoud nodig is om

Veiligheid Bypass mogelijkheid Aanwezigheid

reserve onderdelen

Voorspelbaarheid Onderhouds-_strategie Kostenafweging

de veiligheid te waarborgen, zal de onderhoudsstrategie hierop aangepast worden en hebben de andere variabelen weinig invloed. Voorbeelden van dergelijke bedrijven zijn Shell en DuPont.

Indien bedrijven bij hun primaire proces sterk tijdsgebonden zijn, is voorspelbaarheid belangrijk. Vertragingen kunnen grote gevolgen hebben, bijvoorbeeld schade claims en reputatie schade. De onderhoudskosten vallen in dergelijke gevallen in het niet. Tot slot speelt de variabele ‘milieu’ een rol. Milieu aspecten zijn tegenwoordig niet meer weg te denken bij het nemen van beslissingen binnen een bedrijf [7].

3.3.2 Relaties

Er wordt onderscheid gemaakt tussen de eisen en wensen van een klant. Aan de eisen van een klant moet een onderhoudsstrategie (OS) in ieder geval voldoen. Met de wensen van de klant kan rekening worden gehouden als aan alle eisen is voldaan. In tabel 3 worden de relaties in het model nader verklaard.

Tabel 3: Relaties in het onderhoudsstrategie model

Veiligheid Æ Onderhoudsstrategie

Veiligheid is een eis. Als veiligheid een invloed heeft zal deze variabele de onderhoudsstrategie bepalen.

Voorspelbaarheid ÅÆ Onderhoudsstrategie

Voorspelbaarheid kan een wens of een eis van de klant zijn. Als voorspelbaarheid een eis is zal deze variabele de onderhoudsstrategie bepalen. Indien

voorspelbaarheid een wens is, zijn de kosten bepalend voor het kiezen van de onderhoudsstrategie en hangt de invloed van voorspelbaarheid af van de kostenverschillen.

Milieu Æ Onderhoudsstrategie

Bedrijven zijn gebonden aan milieu eisen. Indien deze van toepassing zijn zal de onderhoudsstrategie hier op aangepast moeten worden.

Kostenafweging Æ Onderhoudsstrategie

Het doel is om de kosten te minimaliseren. De kosten bepalen de onderhoudsstrategie.

Aanwezigheid reserve onderdelen Æ Kostenafweging

De beschikbaarheid van reserve onderdelen heeft invloed op de indirecte kosten en daarmee ook op de kostenafweging.

Bypass mogelijkheid Æ Kostenafweging

Een bypass mogelijkheid heeft invloed op de indirecte kosten en daarmee ook op de kostenafweging.

De kostenafweging is de bepalende factor [7] mits aan de eisen voor veiligheid, voorspelbaarheid en milieu is voldaan. Bij de meeste klanten van SG&S is de equipment niet bepalend voor de veiligheid van het primaire proces en zal de kostenafweging bepalend zijn voor de keuze van een onderhoudsstrategie.

3.4 Kosten model

De afweging tussen correctief of preventief meten is weergeven in vergelijking 1 [5]: Vergelijking 1: Cn < Cb

In deze formule staat Cn voor de kosten van preventief meten voor elke n-perioden en Cb voor de kosten van de faalmechanismen per tijdseenheid. Er moet dus een tijdseenheid worden gekozen waarbinnen Cn en Cb wordt vergeleken. In figuur 7 wordt het rekenmodel weergegeven waarmee Cn en Cb worden berekend.

Figuur 7: De blokken A, B, en C dienen berekend te worden om een kostenafweging te maken

Om de kostenberekening inzichtelijker te maken is deze opgebouwd uit drie blokken: A, B, en C. De kosten in een correctieve onderhoudsstrategie worden berekend in blok A. De kosten in een preventieve onderhoudsstrategie worden berekend in blok C. Indien men een preventieve onderhoudsstrategie volgt en er treedt toch onverwachts een faalmechanisme op, is er sprake van kosten die men bij een correctieve onderhoudsstrategie zou verwachten. De hoogte van deze kosten hangt af van de betrouwbaarheid van het preventief onderhoud. Indien er bij preventief onderhoud nooit meer een faalmechanisme optreedt, zijn de kosten in Blok B nul.

Indien er een faalmechanisme optreedt en daarmee de OEE lager wordt, zijn er twee soorten kosten: directe kosten en indirecte kosten. Directe kosten bestaan uit de schade aan de machine en de kosten om deze te repareren: reparatiekosten. Indirecte kosten bestaan uit alle overige kosten die ontstaan als gevolg van een faalmechanisme: stilstand kosten. Naast deze twee kosten is er nog een derde variabele die een rol speelt bij de blokken A, B en C, namelijk verwachte tijd tussen

faalmechanismen. Deze wordt berekend door het gemiddelde aantal

faalmechanismen te bepalen per tijdseenheid. De reparatiekosten, stilstand kosten en de verwachte tijd tussen faalmechanismen vormen de basis voor de berekening en worden hieronder toegelicht.

Reparatiekosten Geplande stilstand kosten/tijdseenheid Kosten preventief onderhoud/ tijdseenheid Reparatiekosten Ongeplande stilstand kosten Verwachte tijd tussen storingen # storingen/ tijdseenheid Kosten/storing correctief # storingen/ tijdseenheid Kosten/storing correctief Totale kosten correctief/ tijdseenheid Kosten preventief/ tijdseenheid Totale kosten Correctief/

tijdseenheid _{Verwachte tijd}

3.4.1 Reparatie kosten

Bij een faalmechanisme zal de klant een afweging moeten maken tussen het repareren of vervangen van de equipment. Indien de reparatiekosten groter of gelijk zijn aan de nieuwwaarde, zal de klant besluiten de equipment te vervangen mits de levertijd acceptabel is. Een klant kan twee strategieën volgen met betrekking tot het reparen of vervangen van equipment, te weten [19]:

1) Vervangen van de equipment indien de geschatte reparatiekosten groter of gelijk zijn aan de nieuwwaarde van de equipment.

2) Vervangen van de equipment zodra de totale reparatiekosten gedurende de levenscyclus een bepaalde grens overschrijden. De equipment kan dus bij een kleine reparatie vervangen worden, doordat er een vooraf bepaalde grens is overschreden.

De reparatiekosten en de nieuwwaarde van de equipment moeten bekend zijn bij de berekening van welke strategie het beste gevolgd kan worden [19].

3.4.2 Stilstand kosten

Uit onderzoek [20] blijkt dat gemiddeld vijf procent van de totale productiecapaciteit verloren gaat aan ongeplande stilstand. In formule 2 worden de stilstand kosten berekend [21].

Formule 2: Estimated average cost of 1 hour of downtime =

(Empl. Costs/hour * % Empl’s affected by outage) + (Avg. Rev./hour * % Rev. affected by outage) De loonkosten worden verondersteld bekend te zijn binnen een bedrijf. De percentages in de formule vormen schattingen. Een nauwkeuriger berekening van de stilstandkosten kost veel tijd en energie, wat niet opweegt tegen de voordelen van een nauwkeuriger berekening [21].

Naast de parameters in bovenstaande formule zijn er nog een aantal andere invloeden op de stilstandkosten, zoals [22]: opstartkosten, verwijder/installatie kosten, band-aid kosten, transport kosten en Original Equipment Manufacturer (OEM) contact kosten. Opstartkosten zijn belangrijk in de procesindustrie waarbij een faalmechanisme grote gevolgen kan hebben verderop in het proces. Een voorbeeld hiervan zijn raffinaderijen waarbij het opstarten van het proces aanzienlijk veel geld kost.

3.4.3 Verwachte tijd tussen faalmechanismen

Om een vergelijking te kunnen maken tussen de kosten van een correctieve onderhoudsstrategie en een preventieve onderhoudsstrategie is het noodzakelijk dat er een tijdseenheid wordt gekozen waarover die vergelijking gemaakt kan worden. De verwachte tijd tussen faalmechanismen wordt berekend in formule 3 [5]:

Formule 3: E(n) = ∑ n*Pn

n = periode wanneer een faalmechanisme kan voorkomen Pn = de kans dat er een faalmechanisme ontstaat in periode n Pn = bn / ∑ bn = Aantal faalmechanismen in periode n / totaal

aantal faalmechanismen in alle periodes

4

Segmentatie en case selectie

SG&S heeft wereldwijd meer dan 5000 klanten in verschillende sectoren. Er zijn duizenden verschillende typen tandwielkasten die voor tal van toepassingen gebruikt worden. Om een overzicht te krijgen welke klanten en welke toepassingen voor dit onderzoek het meest relevant zijn, passen we segmentatie toe. Het doel van segmentatie in dit rapport is het identificeren van relevante marktsegmenten voor analyse. Er zijn twee vormen van segmentatie [23]: macro- en microsegmentatie. Macrosegmentatie is toegespitst op de verschillen tussen branches en organisaties met segmentatievariabelen als geografische locatie, producttoepassing, omvang van de organisatie of branche en de bedrijfstak. Microsegmentatie is gericht op de kenmerken van het koopproces en de betrokken personen en heeft segmentatievariabelen als koopcriteria, koopstrategie, relevantie en persoonlijke eigenschappen. De macro- en microsegmentatie in respectievelijk paragraaf één en twee leidden tot de marktsegmenten windenergie, overslagindustrie en scheepvaart. Een introductie in deze drie marktsegmenten wordt in paragraaf drie, vier en vijf gegeven. Het segmentatieproces is opgedeeld in stappen, weergegeven in bijlage II.

4.1 Macrosegmentatie

Alle klanten van SG&S worden beheerd in de database Infosys. In Infosys zijn klanten opgedeeld in segmenten. Deze zullen vanaf nu klantsegmenten worden genoemd, zodat later het onderscheid kan worden gemaakt met marktsegmenten. Klanten zijn in Infosys opgedeeld in 52 verschillende klantsegmenten met in totaal 5122 klanten (bijlage II). Dit is stap 1 van het segmentatieproces met als segmentatievariabele ‘soort bedrijfstak’.

Sommige klantsegmenten bestaan uit een aantal klanten waar alleen contact mee is gelegd. Ook bestaan er klantsegmenten die uit een aantal klanten bestaan waar de laatste jaren geen orders meer uitgevoerd zijn. Al deze klantsegmenten worden beschouwd als niet relevant. Stap 2 van het segmentatieproces gebruikt dan ook als segmentatievariabele ‘activiteit in het klantsegment’. Na deze segmentatiestap blijven er nog 45 klantsegmenten over met in totaal 5040 klanten. Binnen deze 45 klantsegmenten worden tal van activiteiten uitgevoerd door SG&S. In dit onderzoek zijn machine diagnostics activiteiten interessant. Deze derde stap van het segmentatieproces met als segmentatievariabele ‘inspecties’ is uitgevoerd met behulp van de afdeling verkoop van de BU Optimization Services [32]. Na deze segmentatiestap blijven er 15 klantsegmenten over met totaal 1990 klanten.

De laatste stap van de macrosegmentatie, stap 4, gebeurt aan de hand van de segmentatievariabele producttoepassing. Deze stap is ook uitgevoerd met behulp van de afdeling Verkoop van BU Optimization Services [32]. In deze segmentatiestap worden de 15 klantsegmenten uit stap 3 onder verdeeld in 8 marksegmenten.

4.2 Microsegmentatie

4.3 Windenergie

De markt voor de windenergie kent momenteel een sterke groei. Het idee om windenergie te gaan gebruiken, in de volksmond ook wel groene stroom genoemd, is ontstaan in de jaren tachtig en werd in de jaren negentig op steeds grotere schaal toegepast. Windmolenparken worden nu in een hoog tempo aangelegd op het vaste land en in zee (offshore windmolenparken). Offshore windmolenparken hebben als voordeel dat deze minder geluidsoverlast en minder ‘horizon vervuiling’ veroorzaken. Het nadeel is dat de kosten voor het plaatsen van een offshore windmolen aanzienlijk hoger zijn dan een windmolen op het vaste land en de onderhoudskosten altijd [24] hoger uitvallen door de moeilijke bereikbaarheid van deze windmolens.

Uit de praktijk blijkt dat veel windmolens de vastgestelde levensduur van 20 jaar niet halen. Er is de laatste jaren veel onderzoek gedaan naar windmolens en de rendabiliteit daarvan [25]. Om windenergie voor bedrijven winstgevend te maken is het noodzakelijk dat er subsidies verstrekt worden [24] (7 eurocent/kW van de 14 eurocent/kW is subsidie). De oorzaak van de lage rendabiliteit bij windmolens zijn de hoge onderhoudskosten. Tandwielkasten in windmolens zijn verantwoordelijk voor 32 procent van alle faalmechanismen [26]. Ook is de gemiddelde stilstand het langst bij een faalmechanisme aan een tandwielkast. Een nadere analyse naar onderhoud aan een windmolen lijkt daarom zinvol.

4.4 Overslagindustrie

De overslag industrie duidt in dit rapport op de massa overslag van kolen en ertsen. SG&S heeft een aantal klanten in de overslag industrie waarvan twee grote klanten: EMO (Europees Massagoed Overslagbedrijf) en OBA (Overslag Bedrijf Amsterdam). Een overslagbedrijf heeft vaak een groot aantal tandwielkasten in beheer die onder te verdelen zijn in hijs/sluit tandwielkasten van kranen en tandwielkasten die gebruikt worden voor bandaandrijvingen. Hijs/sluit tandwielkasten zijn vaak kritische tandwielkasten. Dit wil zeggen dat de stilstandkosten bij een faalmechanisme aanzienlijk zijn aangezien de aanvoer van het bedrijf stil ligt. Het merendeel van de tandwielkasten staat geïnstalleerd bij bandaandrijvingen voor het transport van kolen en ertsen. Onderhoudsstrategieën ondergaan langzamerhand een verandering van correctief naar preventief. Een goede onderhoudsstrategie wordt steeds belangrijker om productiedoelen te realiseren.

4.5 Scheepvaart

5 Resultaten

cases

De gegevensverzameling wordt in paragraaf één toegelicht. De tweede paragraaf geeft aan hoe deze gegevens in het onderhoudsstrategie model gebruikt dienen te worden. In de paragrafen drie tot en met vijf de onderhoudsstrategie voor elk marktsegment bepaald.

5.1 Gegevens

verzameling

De waarden voor de kosten die bij de kostenberekening een rol spelen, zijn afkomstig uit offertes en reparatie overzichten uit de database Infosys binnen SG&S. Uit Infosys kan ook worden gehaald welk type tandwielkast binnen een bepaalde industrie veel gebruikt wordt en als referentie dient. In overleg met verkopers van de afdelingen Maritiem, Industrieel en de BU Optimization Services [32, 34, 35] en de Infosys database is een indicatie gemaakt van de kosten bij een correctieve onderhoudsstrategie en een preventieve onderhoudsstrategie.

5.2 Toepassing van het kostenmodel

De kostenberekening is gemaakt in MS Excel en is per marktsegment weergegeven in de digitale bijlagen. Hierin zijn ook de specifieke bronnen weergeven, waar de kosten op gebaseerd zijn. De tijdseenheid die is gekozen is de levensduur van een tandwielkast. De kostenafweging correctief of preventief wordt dus gemaakt aan de hand van de kosten die optreden gedurende de levensduur van de tandwielkast.

In alledrie de marktsegmenten vindt enige vorm van preventief onderhoud aan tandwielkasten plaats. Dit bestaat uit het verversen van olie en het vervangen van de oliefilters. Het blijkt in de praktijk nooit voor te komen dat er helemaal geen onderhoud plaatsvindt. Het is daarom zinvoller om bij de analyse het theoretische begrip correctief onderhoud te vervangen door minimaal preventief onderhoud. Het verschil tussen minimaal preventief onderhoud en preventief onderhoud bestaat bij een tandwielkast uit het tijdig vervangen van de lagers, uitvoeren van olieanalyses, visuele inspecties en het meten van temperaturen en oliedruk bij preventief onderhoud. Het preventief onderhoud aan tandwielkasten gebeurt vaak op basis van periodiek onderhoud aan de hand van het aantal draaiuren of de leeftijd van de tandwielkast. De kosten van dit periodieke onderhoud zijn bekend.

De kosten zoals die bij faalmechanismen aan tandwielkasten met een correctieve onderhoudsstrategie voorkomen zijn door preventief onderhoud vaak nihil. Dit betekent dat module B in het kostenmodel bij de analyse van deze marktsegmenten nul is.

5.3 Preventief onderhoud in de Windenergie

kosten. Een overzicht van de kosten van beide tandwielkasten staat weergeven in figuur 8 en figuur 9.

Figuur 8: Preventieve onderhoudsstrategie volgen

Figuur 9: Preventieve onderhoudsstrategie volgen

Een preventieve onderhoudsstrategie levert zowel bij de V-47 als bij de V-66 een kostenbesparing op van respectievelijk 4.033, - euro per jaar en 15.830, - euro per jaar. Belangrijkste oorzaken voor deze kostenbesparingen zijn de lagere reparatiekosten, doordat schades eerder geconstateerd worden en de stilstandkosten aanzienlijk lager zijn bij preventief onderhoud, doordat deze in de windstille zomermaanden gepland kan worden.

5.3.1 Reserve tandwielkasten en bypass

Voor de V-47 windmolen zijn geen reserve tandwielkasten beschikbaar. Grote energieleveranciers als NUON en ENECO met windmolenparken hebben soms een reserve tandwielkast op voorraad, maar over het algemeen niet. Particulieren met een windmolen hebben nooit een reserve tandwielkast op voorraad. Voor V-66

Overzicht Windmolen (V-47)

Eigenschappen

Levensduur: 15 jaren Veiligheid: n.v.t.

Spare parts: nee Voorspelbaarheid: n.v.t.

Bypass mogelijkheden: nee Milieu: n.v.t.

Kosten

Totale kosten minimaal preventief (A) € 205.093 Totale kosten min. prev. i.g.v. prev. meten (B) nihil Totale kosten preventief (C ) € 144.600 Onderhoudsstrategie: preventief

Besparing: € 60.493 gedurende de levensduur

€ 4.033 per jaar

Overzicht Windmolen (V-66)

Eigenschappen

Levensduur: 15 jaren Veiligheid: n.v.t.

Spare parts: Altijd Voorspelbaarheid: n.v.t.

Bypass mogelijkheden: Nee Milieu: n.v.t.

Kosten

Totale kosten minimaal preventief (A) € 544.680 Totale kosten min. prev. i.g.v. prev. meten (B) nihil Totale kosten preventief (C ) € 307.224 Onderhoudsstrategie: preventief

Besparing: € 237.456 gedurende de levensduur

windmolens bestaan er wel reserve tandwielkasten, omdat in deze windmolens verschillende soorten tandwielkasten van verschillende leveranciers geplaatst kunnen worden. Deze reserve tandwielkasten kunnen al dan niet beschikbaar zijn. Bij uitval wordt deze in de windmolen geplaatst. De duur van de stilstand wordt bij dit type windmolens bepaald door de beschikbaarheid van een reserve tandwielkast en een hijskraan. Het vervangen van dit type tandwielkast is, door het enorme gewicht, de hoogte en de speciale kraan erg duur.Indien er geen reserve tandwielkast beschikbaar is, wordt er net zolang gewacht met het verwijderen van de kapotte tandwielkast, tot er een reserve tandwielkast beschikbaar is.

Recent Italiaans onderzoek [27] wijst uit dat een roulatieprogramma met tandwielkasten, waarbij eens in de 6 jaar de tandwielkast vervangen wordt door een reserve tandwielkast, een efficiënte methode is om ongeplande stilstand te beperken.

Echter, de tandwielkasten in een V-47 windmolen worden niet meer geproduceerd, waardoor de beschikbaarheid laag is. Een roulatieprogramma is daarom lastig te realiseren.

5.3.2 Veiligheid

Veiligheid speelt geen grote rol in het onderhoudsstrategie model, aangezien een windmolen altijd stil staat wanneer er in gewerkt wordt. Een windmolen is voorzien van een grote schijfrem waarmee de wieken tot stilstand kunnen worden gebracht bij te hoge windsnelheden. Ook hebben windmolens systemen waarmee de windmolen uit de wind gedraaid kan worden.

5.3.3 Voorspelbaarheid

Evenals veiligheid heeft voorspelbaarheid geen belangrijke invloed op de onderhoudsstrategie. Ongeplande stilstand leidt niet tot destructieve (financiële) gevolgen dat dit te alle tijde voorkomen moet worden. Hier dient echter te worden opgemerkt dat indien een windmolen verzekerd is, de verzekering onderhoud eist aan de windmolen om gedekt te blijven tegen reparatie en stilstandkosten. Het onderhoud dat voor de verzekering nodig is, bestaat uit minimaal preventief onderhoud, het uitvoeren van inspecties naar de conditie van de windmolen en het tijdig vervangen van de lagers.

5.3.4 Milieu

Faalmechanismen in windmolens hebben nooit schade aan het milieu als gevolg. Windmolens worden juist gebruikt als een milieuvriendelijke methode voor de opwekking van energie.

5.3.5 Resultaat

preventieve onderhoudsstrategie, bijvoorbeeld een uitwisselingsprogramma met tandwielkasten. Windmolens met meer vermogen dan 3 MWworden vaak al uitgerust met een monitoring systeem. Megagrote windmolens (6MW) hebben geen tandwielkast maar een directe overbrenging van de wieken naar de generator. De meeste huidige windmolenparken bestaan echter nog uit kleine windmolens (660kW). De onderhoudsstrategie verschilt sterk per windmolen(park).

5.4 Preventief/correctief onderhoud in de Overslagindustrie

De kostenberekening is gemaakt voor een tandwielkast die veel gebruikt wordt voor bandaandrijvingen, de KSA-400. Gegevens over hijs/sluit tandwielkasten zijn binnen SG&S onvoldoende beschikbaar, waardoor hiervan geen representatieve kostenafweging kan worden gemaakt. Een overzicht van de kosten van de KSA-400 staat weergeven in figuur 10.

Figuur 10: Correctieve onderhoudsstrategie volgen

Het verschil tussen een minimaal preventieve onderhoudsstrategie en een preventieve onderhoudsstrategie is erg klein. Belangrijkste oorzaken hiervoor zijn de relatief korte levensduur van deze tandwielkasten en de lage stilstandkosten.

5.4.1 Reserve tandwielkasten en bypass

Reserve tandwielkasten zijn aanwezig voor bandaandrijvingen. Het Europees Overslag Bedrijf (EMO) heeft reserve tandwielkasten op voorraad. Het Overslag Bedrijf Amsterdam (OBA) maakt een schaalverdeling om aan te geven hoe kritisch een tandwielkast is. Aan de hand hiervan worden reserve tandwielkasten op voorraad gehouden. Als een transportband uitvalt, is het soms mogelijk een andere transportband te gebruiken. Ook kan een vrachtwagen-shovel combinatie gebruikt worden indien een lading sterk tijdsgebonden is. Beide opties kunnen als bypass mogelijkheid worden gezien.

5.4.2 Veiligheid

Faalmechanismen in tandwielkasten die gebruikt worden voor bandaandrijvingen hebben geen gevolgen voor de veiligheid. Hijs/sluit tandwielkasten kunnen echter wel

Overzicht Overslagindustrie (KSA-400)

Eigenschappen

Levensduur: 10 jaren Veiligheid: n.v.t.

Spare-parts beschikbaar: ja Voorspelbaarheid: n.v.t.

Bypass mogelijkheid: soms Milieu: n.v.t.

Kosten

Totale kosten minimaal preventief (A) € 22.000 Totale kosten min. prev. i.g.v. prev. meten (B) nihil Totale kosten preventief (C ) € 22.400 Onderhoudsstrategie: correctief

Besparing: € 400 in 20 jaar

een gevaar vormen. Het falen van een hijs/sluit tandwielkast kan tot gevolg hebben dat de hijslading naar beneden valt. In geval van een grijper met last van tachtig ton die over de weg laadt en lost, kan dit een gevaar vormen voor de medewerkers. Het volgende hoofdstuk gaat verder in op faalmechanismen.

5.4.3 Voorspelbaarheid

De voorspelbaarheid bij bandaandrijvingen heeft geen invloed in het onderhoudsstrategie model. Vervangen van een tandwielkast kan snel plaatsvinden. Bij hijs/sluit tandwielkasten is de voorspelbaarheid belangrijker. Het primaire proces van een overslagbedrijf hangt af van hijs/sluit tandwielkasten. Ook is de ongeplande stilstand bij een faalmechanisme in een hijs/sluit tandwielkast langer door moeilijke bereikbaarheid en grotere tandwielkasten.

5.4.4 Milieu

Zowel faalmechanismen in tandwielkasten bij een bandaandrijving als hijs/sluit tandwielkasten hebben geen gevolgen voor het milieu.

5.4.5 Resultaat

Bovenstaande analyse toont aan dat een preventieve onderhoudsstrategie bij een bandaandrijving in de overslagindustrie geen kostenbesparing oplevert. De kosten van stilstand zijn laag evenals de reparatiekosten. Ook zijn er reserve tandwielkasten op voorraad. Binnen de overslagindustrie heerst een minimaal preventieve onderhoudscultuur. De OBA is sinds een jaar bezig om de kritische tandwielkasten tweemaal per jaar visueel te laten inspecteren. Hieruit blijkt dat de onderhoudskosten gelijk blijven, maar de betrouwbaarheid van het primaire proces omhoog gaat waardoor meer winst gemaakt wordt door minder ongeplande stilstand en een hogere mate van efficiëntie .

De kostenafweging is niet uitgevoerd voor een hijs/sluit tandwielkast door een gebrek aan (representatieve) gegevens. Wel kunnen er uitspraken gedaan worden over de overige variabelen in het onderhoudsstrategie model. Voorspelbaarheid is bij hijs/sluit tandwielkasten belangrijk doordat het primaire proces van deze tandwielkasten afhangt. Veiligheid speelt eveneens een belangrijke rol. Door de grote invloed van deze twee variabelen kan gesteld worden dat een preventieve onderhoudsstrategie gewenst is bij een hijs/sluit tandwielkast.

5.5 Preventief onderhoud in de Scheepvaart

Figuur 11: Preventieve onderhoudsstrategie volgen

De lading van een schip speelt een bepalende rol bij de kostenberekening. Indien een scheepslading belangrijk is voor de continuïteit van het proces van een klant en daarom op tijd moet worden afgeleverd, kan een ongeplande stilstand van het schip leiden tot honderdduizenden euro’s schade. Hierbij valt te denken aan een bederfelijke lading of bijvoorbeeld olie als input van een raffinaderij. De aflevering van een lading cement is echter minder tijdgebonden en een ongeplande stilstand van het schip zal veel minder desastreus zijn. De invloed van de lading op de stilstand wordt bij de kostenafweging minimaal gehouden. Er wordt uitgegaan van standaard stilstandkosten per dag van een tanker.

De kostenbesparing die gerealiseerd kan worden door preventief onderhoud te plegen, is grotendeels het gevolg van de stilstandkosten. Deze zijn in geval van preventief meten veel lager doordat de duur van de stilstand afneemt van 42 dagen naar 11 dagen (digitale bijlage). Daar komt bij dat de transportkosten lager zijn bij preventief onderhoud, omdat het binnenwerk van de tandwielkast minder snel kapot gaat en daarom niet verstuurd hoeft te worden. Naast de stilstandkosten zijn de reparatiekosten bij een correctieve onderhoudsstrategie hoog omdat er schade ontstaat aan de tandwielen. In geval van preventief onderhoud worden de lagers op tijd vervangen, waardoor speling wordt voorkomen en de tandwielen niet beschadigd raken.

5.5.1 Reserve tandwielkast en bypass

De levensduur van een tandwielkast in de scheepvaart is lang. Veel tandwielkasten worden al lang niet meer gemaakt voordat ze kapot gaan, waardoor er meestal geen reserve tandwielkast beschikbaar is. Indien er wel een reserve tandwielkast beschikbaar is zal de ongeplande stilstand sterk afnemen. De kostenberekening komt er dan uit te zien als weergegeven in figuur 12.

Overzicht Scheepvaart (AWNG 5050L)

Eigenschappen

Levensduur: 55 jaren Veiligheid: belangrijk

Spare parts: soms Voorspelbaarheid: lading gebonden

Bypass mogelijkheden: soms Milieu: n.v.t.

Kosten

Totale kosten minimaal preventief (A) € 2.610.000 Totale kosten min. prev. i.g.v. prevent. meten (B) nihil Totale kosten preventief (C ) € 1.173.333 Onderhoudsstrategie: preventief

Besparing: € 1.436.667 gedurende de levensduur

Figuur 12: Preventieve onderhoudsstrategie volgen

Het verschil tussen een minimaal preventieve en preventieve onderhoudsstrategie wordt kleiner doordat de stilstandkosten afnemen door een afname van de stilstandtijd. De transportkosten blijven gelijk aangezien het waarschijnlijk is dat de tandwielkast moet worden verstuurd en niet op de plek aanwezig is waar het schip een faalmechanisme krijgt. Een methode om de gevolgen van een faalmechanisme met een tijdsgebonden lading te beperken, is het overladen van de lading naar een ander schip. Deze ‘bypass mogelijkheid’ is kostbaar en zal daarom de kosten van minimaal preventief onderhoud verhogen.

5.5.2 Veiligheid

Veiligheid kan bij sommige faalmechanismen een belangrijke rol spelen doordat het schip onbestuurbaar wordt als het zijn schroefaandrijving verliest. In het volgende hoofdstuk worden de faalmechanismen nader geanalyseerd.

5.5.3 Voorspelbaarheid

De mate van voorspelbaarheid hangt zoals eerder genoemd af van de lading. De voorspelbaarheid is belangrijk bij tijdsgebonden ladingen. Indien een schip veel tijdsgebonden ladingen vervoert, dient de voorspelbaarheid hoog te zijn om desastreuze financiële gevolgen door schade claims te vermijden.

5.5.4 Milieu

Faalmechanismen hebben in eerste instantie geen gevolgen voor het milieu. In een onwaarschijnlijke situatie kan het zo zijn dat als een schip stuurloos raakt en in aanvaring komt met een ander object, het zijn lading verliest. Hoofdstuk 6 gaat hier nader op in.

5.5.5 Resultaat

Bovenstaande analyse toont aan dat een preventieve onderhoudsstrategie een kostenvoordeel met zich meebrengt, ook als er reserve tandwielkasten beschikbaar zijn. Dit komt doordat de stilstandkosten hoog zijn in de scheepvaart. Ook de

Overzicht Scheepvaart (AWNG 5050L)

Eigenschappen Gebruik Spare-tandwielkast

Levensduur: 55 jaren Veiligheid: belangrijk

Spare parts: soms Voorspelbaarheid: lading gebonden

Bypass mogelijkheden: soms Milieu: n.v.t.

Kosten

Totale kosten minimaal preventief (A) € 1.680.000 Totale kosten min. prev. i.g.v. prevent. meten (B) nihil Totale kosten preventief (C ) € 1.173.333 Onderhoudsstrategie: preventief

Besparing: € 506.667 gedurende de levensduur

6

Meetsysteem en onderhoudsstrategie

In paragraaf één wordt een Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) uitgevoerd. De verschillen tussen periodiek en toestandsafhankelijk onderhoud komen in paragraaf twee en drie aan bod. Het meetsysteem past in een toestandsafhankelijke onderhoudsstrategie en de belangrijkste reden voor installatie is het voorkomen van lagerdefecten. Dit wordt in paragraaf vijf nader toegelicht.

6.1 FMEA

Als een preventieve onderhoudsstrategie zinvol is, kan men besluiten periodiek- of toestandsafhankelijk onderhoud te plegen. De eerste stap in een preventieve onderhoudsstrategie is het maken van een FMEA [10, 29].Een FMEA brengt in kaart welke faalmechanismen kunnen optreden en wat de gevolgen zijn van deze faalmechanismen. De onderdelen van een FMEA staan weergegeven in tabel 4 [29].

Tabel 4: De 10 onderdelen van een FMEA analyse

1. Functies van het product 6. Kans op optreden

2. Faalwijzen 7. Kans op tijdig ontdekken 3. Oorzaken van een faalwijze 8. Bereken RPN

4. Gevolgen van een faalwijze 9. Bepaal acties

5. Ernst van elke gevolg 10. Bepaal nieuwe RPN waarde

De FMEA analyse voor een tandwielkast is per marktsegment hetzelfde, weergegeven in figuur 13. Het verschil in deze FMEA’s zijn de RPN’s (Risk Priority Number). De RPN’s worden per marktsegment toegelicht en vergeleken met elkaar. De schaalverdeling die gebruikt is bij de FMEA’s is terug te vinden in bijlage III [30]. Function Functional Failure Failure Mode Failure Effect

Serious-ness of failure Probability of failure mode Detect-ability RPN Actions

(Loss of function) (Cause of failure) (What happens when it fails) (S) (P) (D) (S x P x D)

Reduceren of versnellen van het

toerental en evt. veranderen van de draairichting van een

krachtwerktuig naar een aangedreven as

A geen mechanische _overbrenging 1 Afgebroken deel _{van een tand}

Deel van de afgebroken tand gaat tussen de tandingrijping zitten waardoor de tandwielkast vastloop. Vaak grote gevolgschade.

2 Lagerdefect

Weerstand in de tandwielkast wordt te groot waardoor de tandwielkast vastloopt. Vaak grote gevolgschade.

3 Tandwiel los op as

Tandwielkast heeft geen aandrijving meer. Vaak grote gevolgschade

4 Gebroken as

Tandwielkast heeft geen aandrijving meer. Vaak grote gevolgschade

5 Losgeschoten _koppeling

Tandwielkast wordt niet meer aangedreven. Kans op grote gevolgschade.

B

Onvolledige belasting. Overbrenging van minder vermogen dan

normaal 2

Te hoge temperaturen van kasthuis, lagers &

olie

Temperaturen lopen te hoog op. Lagerschades kunnen ontstaan

1 Afgebroken deel _{van een tand} Deel van de tand valt in het _{kasthuis. Mindere tandingrijping.}

De FMEA in figuur 13 is uitgevoerd voor ieder marktsegment [33, 36]. Om dit overzichtelijk weer te geven in één figuur (figuur 14) zijn alleen de relevante kolommen weergegeven met de RPN waardes zodat deze gemakkelijk te vergelijken zijn.

Figuur 14: Overzicht FMEA marktsegmenten

6.1.1 Windmolen

De RPN is het hoogst bij faalmechanismen die worden veroorzaakt door afgebroken tanddelen en kapotte rollagers. Verderop in dit rapport worden rollagers kortweg aangeduid als lagers. Glijlagers zijn hier niet van belang. Tijdens inspecties door SG&S in windmolens blijkt dit een veel voorkomend faalmechanisme. De ernst van de faalmechanismen is bij het falen van de tandwielkast gelijk. Vaak veroorzaken faalmechanismen ernstige gevolgschade aan de tandwielkast. In gevallen dat de tandwielkast nog wel functioneert, kan deze gevolgschade beperkt worden, wat blijkt uit de lagere RPN waarde van 180. De focus van het preventief onderhoud moet liggen op het voorkomen van tandbreuken en kapotte lagers.

6.1.2 Overslag

De faalmechanismen met de hoogste RPN zijn kapotte lagers, tandwielen die los op de as zitten en gebroken assen. Kapotte lagers zijn de hoofdoorzaak bij faalmechanismen en komen het vaakst voor. Een tandwiel dat los op de as zit en een gebroken as leiden tot dezelfde gevolgen, namelijk dat er geen controle meer is op de aangedreven as. Remschijven worden gemonteerd op de snelst draaiende as, meestal de ingaande aandrijvende as. De hoge RPN waarde is te verklaren door het feit dat deze twee oorzaken gevaarlijk zijn doordat de bak van de hijsinstallatie naar beneden valt. Vaak is het gewicht van deze bak aanzienlijk (40 ton) en zijn er mensen in de buurt die gevaar lopen. Faalmechanismen aan de tandwielkast kunnen allemaal leiden tot grote gevolgschade vergelijkbaar met een tandwielkast in een windmolen. De focus van een preventieve onderhoudsstrategie moet liggen op het voorkomen van kapotte lagers, losse tandwielen op assen, en gebroken assen.

Failure Mode S P D RPN S P D RPN S P D RPN Actions

Afgebroken deel v/e tand 8 4 10 320 8 2 10 160 8 2 10 160 Koppelmeting, visuele inspectie

Lagerdefect 8 7 6 336 8 5 6 240 8 3 8 192 Temperatuur meting, olieanalyse, _{trillingsanalyse, visuele inspectie}

Tandwiel los op as 8 1 10 80 10 2 10 200 10 2 10 200 Trillingsanalyse, visuele inspectie

Gebroken as 8 1 10 80 10 2 10 200 10 1 10 100 Koppelmeting

Losgeschoten koppeling 8 1 10 80 8 1 10 80 8 1 10 80 Visuele inspectie Te hoge temperaturen van

kasthuis, lagers & olie 5 4 6 120 5 3 5 75 5 2 4 40 Visuele inspectie, temperatuur meting Afgebroken deel v/e tand 5 6 6 180 5 2 5 50 5 2 4 40 Visuele inspectie, koppelmeting

Scheepvaart Overslag

6.1.3 Scheepvaart

De twee belangrijkste oorzaken van een faalmechanisme zijn kapotte lagers en een tandwiel dat los op de as zit. Beide oorzaken komen niet vaak voor, wat bevestigt dat de betrouwbaarheid van een tandwielkast in een schip hoog is. De hoge RPN waarde bij een lager defect is te wijten aan de ernst van deze schade en de kleine kans op het tijdig ontdekken van deze schade. Lagerschade veroorzaakt vaak gevolgschade en de kans op tijdig ontdekken is klein doordat er een minimaal preventieve onderhoudsstrategie gevolgd wordt binnen de scheepvaart. De hoge RPN bij een tandwiel dat los op de as zit, is te wijten aan het feit dat het schip onbestuurbaar wordt. Indien de schroefaandrijving niet goed functioneert, is zowel de voortstuwingsfunctie als de navigatiefunctie van de schroef verdwenen.

6.1.4 Vergelijking marktsegmenten

Lagerdefecten hebben in alle marktsegmenten een hoge RPN, doordat lagers vaak gevolgschade veroorzaken en moeilijk te ontdekken zijn bij periodieke inspecties. Lagerdefecten in windmolens komen vaker voor omdat deze tandwielkasten geavanceerder en nieuwer zijn dan tandwielkasten in de scheepvaart en de overslagindustrie, waar ontwerpfouten minder voorkomen.

Een afgebroken deel van een tand komt in een tandwielkast van een windmolen vaker voor dan in een tandwielkast binnen de overslagindustrie en scheepvaart. Dit is deels te wijten aan ontwerpfouten en het feit dat een tandwielkast in een windmolen klein is, waardoor de kans dat een stuk tand in de tandingrijping slaat groter is (RPN 320). De hoge RPN waarde bij een tandwiel dat los op de as zit in de overslag en de scheepvaart wordt veroorzaakt door de onveilige situatie die hierdoor kan ontstaan. Ook een gebroken as kan leiden tot gevaarlijke situaties waardoor deze een hoge RPN in de overslag heeft.

6.1.5 Acties

Tandbreuken kunnen worden voorkomen door het maximale overbrengingsvermogen van de tandwielkast niet te overschrijden en visuele inspecties uit te voeren. Het vermogen wordt gemeten aan de hand van een koppelmeting. Met koppelmetingen kunnen ook asbreuken worden voorkomen. Visuele inspecties kunnen (micro)pitting (kleine putjes in de tand) aan het licht brengen waarmee tandbreuken als gevolg van vermoeiing kunnen worden voorkomen.

Lagers in de tandwielkast gaan kapot als de temperatuur een bepaalde grenswaarde overschrijdt of metaaldeeltjes in de olie tussen de rolelementen en de binnen- en buitenring van het lager gaan zitten. Lagerschades kunnen worden voorkomen door olieanalyse, temperatuur metingen, trillingsanalyse en visuele inspecties. Olieanalyse meet het aantal metaaldeeltjes in de olie en de grote van deze metaaldeeltjes. Met behulp van trillingsanalyse kunnen de trillingsfrequenties van de lagers worden vergeleken met berekende foutfrequenties.

6.2 Periodiek en toestandsafhankelijk onderhoud

Bij periodiek onderhoud wordt onderscheid gemaakt tussen geplande reparaties en geplande afschaffingen [8]. Gepland repareren betekent het reparen van een tandwielkast zodat deze weer volledig functioneert op een bepaald tijdstip, ongeacht zijn huidige toestand op dat tijdstip. Gepland afschaffen betekent het afschaffen van een tandwielkast op een bepaald tijstip, ongeacht de toestand van de tandwielkast op dit tijdstip. De frequentie waarmee geplande reparaties of geplande afschaffingen uitgevoerd worden, is afhankelijk van de levensduur van de tandwielkast. Er zijn drie leeftijd gerelateerde faalmechanismen [8] (figuur 15).

Figuur 15: Leeftijd gerelateerde faalmechanismen (overgenomen van Moubray 1997)

Patronen A en B geven weer dat er een punt in de tijd is waarop de conditionele kans op falen snel verhoogd. Patroon C geeft een geleidelijke verhoging weer van de kans op falen, maar geen duidelijke punt waarop de tandwielkast niet meer functioneert. De haalbaarheid om periodiek onderhoud uit te voeren wordt bepaald door [8]:

• Een te bepalen leeftijd waarop de tandwielkast een aanzienlijke verhoogde conditionele kans op falen heeft

• De meeste tandwielkasten halen daadwerkelijk die vastgestelde leeftijd • Een tandwielkast na reparatie vergelijkbaar is met een nieuwe tandwielkast Indien er geen duidelijke verband is tussen de levensduur van de tandwielkast en de kans op falen kan TAO een oplossing zijn. In figuur 16 staan drie niet leeftijd gerelateerde faalmechanismen [8]:

Belangrijkste conclusie die uit figuur 16 kan worden getrokken is dat er, na de beginperiode, vrijwel geen relatie is tussen leeftijd en de kans op falen. Faalmechanismen in tandwielkasten in windmolens, de overslagindustrie en de scheepvaart laten zich kenmerken door patroon E en zijn niet leeftijd gerelateerd. Schades aan deze tandwielkasten kunnen op ieder moment voorkomen. Om het verband weer te geven tussen de toestand van een tandwielkast en de tijd, wordt gebruikt gemaakt van een P-F curve, weergegeven in figuur 17 [8].

Figuur 17: P-F curve (overgenomen van Moubray 1997)

Het verloop van de P-F curve van een tandwielkast hangt van de toepassing van de tandwielkast. De onderhoudsstrategie heeft invloed op het verloop van de P-F curve, weergegeven in figuur 18 [26].

Figuur 18: P-F curve per onderhoudsstrategie (overgenomen van Johan Ribrant)

6.3 Lagerschades, tandbreuken en asbreuken

De P-F curves met de P-F intervallen van de verschillende failure modes staan weergeven in figuur 19.

Figuur 19: P-F curves

Lagerschades zijn vroegtijdig waar te nemen door gebruik te maken van trilling- en spectrumanalyse. De gemeten trillingen worden uitgezet in een grafiek waarmee beginnende lagerschade vastgesteld kan worden. Indien de lagerschade zich verder ontwikkelt, verandert ook het spectrum van de trillingen. Aan de hand van deze metingen kan een schatting worden gemaakt hoelang de tandwielkast nog normaal functioneert en wanneer de lagers vervangen moeten worden. Het meetsysteem is een goed instrument om lagerschades en vervolgschades te voorkomen.

Tandbreuken en asbreuken als gevolg van overbelasting zijn moeilijk te voorkomen. Hierbij kan gedacht worden aan een vissersnet dat in de schroef van een schip vast komt te zitten of een rukwind bij een windmolen. Op het moment dat de schade wordt waargenomen functioneert de tandwielkast al niet meer. Indien de tandwielkast continue onderhevig is aan overbelasting kan een koppelmeting deze overbelasting weergegeven. Hierdoor kunnen tandbreuken en asbreuken worden voorkomen. Het meetsysteem is daarom alleen zinvol indien een tandwielkast continue onderhevig is aan overbelasting.

Tandbreuken en asbreuken kunnen ook ontstaan als gevolg van vermoeiing. Micropitting op de geharde buitenlaag van de tanden kan uiteindelijk leiden tot tandbreuken. De tijd tussen het ontstaan van micropitting en het afbreken van een tand varieert sterk. Ook leidt micropitting zeker niet altijd tot tandbreuken. Micropitting kan alleen door middel van een visuele inspectie gedetecteerd worden. Het meetsysteem is niet in staat visuele inspecties uit te voeren en daarom kunnen tandbreuken en asbreuken door vermoeiing niet worden voorkomen door toepassing van het meetsysteem.

De laatste belangrijke failure mode uit de FMEA analyse is een tandwiel dat los op de as zit. Uit een trilling- en spectrumanalyse zou dit kunnen worden gedetecteerd. Omdat dit type faalmechanisme bijna nooit voorkomt is het spectrum in deze gevallen onbekend, waardoor de analyse lastig is. Ook is de P-F curve voor dit type faalmechanisme niet vast te stellen, doordat dit faalmechanisme bijna nooit voorkomt. Het meetsysteem kan de trillingen meten en afhankelijk van de analyse kan een tandwiel los op de as gedetecteerd worden.

6.4 Effecten van het meetsysteem

De effecten van de installatie van het meetsysteem op tandwielkasten in windmolens, de overslagindustrie, en de scheepvaart zijn met behulp van een FMEA analyse weergeven in figuur 20.

Figuur 20: Resultaat meetsysteem installatie

Het meetsysteem beïnvloedt de detectability in de FMEA. De grootste verbeteringen in de RPN treden op bij lagerdefecten. Deze kunnen met het meetsysteem vroegtijdig gedetecteerd worden. Dit zal in alle marktsegmenten leiden tot aanzienlijke kostenbesparingen. De failure modes afgebroken deel van een tand, een tandwiel los op de as en een gebroken as krijgen een iets lagere RPN waarde. Echter deze is zo minimaal dat het meetsysteem hier weinig verbetering in zal brengen. Tot slot kan worden opgemerkt dat de RPN bij de temperaturen van het kasthuis, de lagers en de olie aanzienlijk lager wordt. Temperaturen zijn zeer goed te meten met het meetsysteem en geven een goede indicatie van de toestand van de tandwielkast. Het meten van temperaturen is daarom een goede reden voor installatie van het meetsysteem. Concluderend kan gesteld worden dat het meetsysteem een goede indicatie kan geven over de toestand van een tandwielkast, gebaseerd op het meten van trillingen en temperaturen. Vooral lagerschades, die zeer veel voorkomen, kunnen door installatie van het meetsysteem worden teruggedrongen en leiden tot kostenbesparingen.

Trending

Eerder in dit hoofdstuk is het P-F interval ter sprake geweest. Voor een klant is het interessant het P-F interval te weten zodat het onderhoud optimaal ingepland kan worden. Naast de directe kostenbesparing die het meetsysteem kan realiseren is het ook mogelijk om de trends in kaart te brengen voor elke specifiek situatie. Op deze manier verkrijgt de klant steeds meer informatie over de tandwielkast. Met behulp van deze informatie kan de onderhoudsstrategie steeds verder worden geoptimaliseerd. De betrouwbaarheid van de tandwielkast zal daarmee steeds verder toenemen.

Failure Mode RPN oud S P D RPN nieuw RPN oud S P D RPN nieuw RPN oud S P D RPN nieuw

Afgebroken deel v/e tand 320 8 4 9 288 160 8 2 9 144 160 8 2 9 144

Lagerdefect 336 8 7 2 112 240 8 5 2 80 192 8 3 3 72

Tandwiel los op as 80 8 1 9 72 200 10 2 9 180 200 10 2 9 180

Gebroken as 80 8 1 9 72 200 10 2 9 180 100 10 1 9 90

Losgeschoten koppeling 80 8 1 10 80 80 8 1 10 80 80 8 1 10 80

Te hoge temperaturen van

kasthuis, lagers & olie 120 5 4 2 40 75 5 3 2 30 40 5 2 3 30

Afgebroken deel v/e tand 180 5 6 5 150 50 5 2 4 40 40 5 2 4 40

Scheepvaart Overslag (hijs/sluit)