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Integrierte Bewertung von Investitions

1. Ma nahmen Art Basisstrategien zeitabh ngige Wartun l x Instandhaltung praventive Instandhaltun zuf llige Inspektion amp 3 zustandsabh ngige gt Diagnose Instandhalt LU g nstandhaltung tung aand orun korrektive ausfallorientierte J Instandhaltung Instandhaltung Verbesserung o Instandhaltung Abbildung 16 Strukturierung Instandhaltung vgl DINO3 Unabh ngig von der Strategieauslegung gelten die in Abbildung 17 dargestellten Zusammen h nge Die Abbildung macht deutlich dass die Instandhaltungskosten f r pr ventive Instand haltung mit der Zunahme an pr ventiven Instandhaltungsma nahmen steigen Im Normalfall treten bei pr ventiven Instandhaltungsma nahmen keine Ausfallkosten Folgekosten ein da die Ma nahmen in den Betriebspausen durchgef hrt werden Dies ndert sich jedoch wenn so viele Ma nahmen geplant werden dass zu deren Durchf hrung die Betriebspausen nicht mehr ausreichen Dann treten pr ventive Ausfallkosten Folgekosten auf Vorteilhaft wirkt sich eine hohe Anzahl pr ventiver Ma nahmen falls diese korrekt ausgef hrt werden auf die Anzahl an Ausf llen aus Deren Anzahl und damit auch die Kosten f r korrektive Instandhal tungsma nahmen und die mit den Ausf llen einhergehenden Ausfallkosten Folgekosten sinken Bei der Strategiefindung gilt es also das rechte Ma zwischen pr ventiven und korrektiven Instan
2. payJeGOnparawaysAs jlepaqjeuosiad sbunjjeypue su ua soysbun jeypue su u Joi15siuq Bi3 J Bunui luindo uonejnuis i D D I Uu I a a 2 7 lt A N SUSIELUan UoepOoujaifalp Dis Sbunyjeypuelsuj gel sop II POIN u wOJYS S J9POWANPINAYS L ll pouu 6 1e11s GE sbunyeypuejsuj gla yosia S P I DOIN L tu s s japowinyN135 u ul s S u uDsI1up u Uu Be uv I j pouuin1lynils Hbun iaqiela g neqynejjapoy V Abbildung 23 Aufbau und Ablauf der Instandhaltungsstrategiemodellierung und bewertung 64 4 7 Modellierung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien Dabei kann mit dem Modell flexibel auf die Fallspezitika reagiert werden Ist eine solche Anla genbetrachtung nicht zutreffend kann sie ausgeklammert und die Instandhaltungsstrategien f r ein einzelnes System anhand der definierten Ergebnisgr en bewertet werden vgl Abbil dung 21 und Abbildung 22 Der Optimierungsschritt entf llt daraufhin Die Ausf hrungen des Abschnitts 4 7 zeigen die Vorgehensweise bei einer Instandhaltungs strategiebewertung auf Basis einer Zustandsmodellierung zum Investitionszeitpunkt Es wird verdeutlicht welche zwingenden Parameter und Wirkbeziehungen im Bewertungsmodell enthalten sein m ssen Darauf aufbauend ist die Modellst
3. Il 5 A ee ORUA Gr JO A RE Io Me foes O W J Entsprechend der formalen Beschreibung gilt M m gliche Instandhaltungsstrategien f r das Infrastrukturelement i des gesamten Be trachtungsraums N Anzahl an Infrastrukturelementen des gesamten Betrachtungsraums G Anzahl an rtlich gemeinsam zu optimierenden Gruppen an Infrastrukturelementen T Menge der Anzahl an Infrastrukturelementen in den Gruppen Ag Menge der Infrastrukturelemente a in der Gruppe g mit g 1 G Anhang B Komplexit tsberechnung der Instandhaltungsstrategiebewertung Og Optimierungsspannbreite f r Infrastrukturelement a der Gruppe g e 1 2 t tel Wa Optimierungsschrittweite f r Infrastrukturelement a der Gruppe g e 1 2 t tel Woe 0 S Simulationsdauer in Zeiteinheiten Aus der F lle der denkbaren M glichkeiten im diskreten L sungsraum L l sst sich mit Hilfe von Simulation wesentlich schneller die optimale L sung bestimmen Die Komplexit t sei abschlie end an beispielhaft gew hlten Zahlen verdeutlicht Die f r dieses Beispiel geltenden Zahlen sind bewusst niedrig gehalten um so die Anschaulichkeit zu wah ren Damit f llt die Komplexit t f r dieses Beispiel jedoch auch wesentlich niedriger aus als in tats chlichen Entscheidungssituationen vgl Kapitel 6 Das Beispiel umfasst N 7 Infrastruk turelemente die in G 2 rtlichen Gruppen zusammenzufassen sind F r jedes Infras
4. 29 4 Instandhaltungsstrategien 33 4 1 Zuverl ssigkeitstheorie EE 33 12 ee ee VON a ee ee 36 VII 2 DEE ne Egeter 39 2 2 nslandnaltungsstratedgien euuu 2rene Rn 41 4 4 1 Zeitabh ngige Instandhaltung aaa raaarr 44 4 4 2 Zustandsorientierte Instandhaltung a a ar 45 4 4 3 Ausfallorientierte Instandhaltung a a 48 4 5 Strategieauswahl EE 51 4 6 Instandhaltung von Babnsicherungstechnk a 53 4 7 Modellierung und Bewertung von Instandhaltunosstrategien 56 4 7 1 Ziel der Modellierun0 eccce ee eeeeeeeeeeeeceeaeeeesneeeeeneeeesneeees 57 4 7 2 Modellbausteine EE 57 4 7 3 Modellaufbau und BeWert ng EE 59 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien 67 L Eege 67 e WEE 70 5 3 Vorena WE running 70 5 3 1 Investitionsstrategiebewertung ueeeseeeessenenseneeensnennnenenenenennnennenen 74 5 3 2 Instandhaltungsstrategiebewertung a 76 5 4 AN WEHQUNGgS EI agent 82 6 aS CUI Case 85 6 1 Der Untersuchungsraum ti etal anti tit tinal eta detibedislantatctatacatas 85 6 2 Investitionsstrategiebewertung EE 87 6 21 RANG Dal aE eege A
5. VDI96 VDI99 VDIOO VDIO5 VDVO4A VolO3 Wal94 War8 1 I WWO1 Literaturverzeichnis Stoll Horst Bollrath Bernhard 2002 Weichendiagnosesystem SIDIS W In Signal amp Draht Jg 94 H 4 S 26 29 Sturm A 1996 Zustandswissen f r Betriebst hrung und Instandhaltung Es sen Verlag VGB Kraftwerkstechnik Trost Dirk Gunther 2006 Zehn Jahre Regionalisierung des SPNVs Eine Bilanz In Internationales Verkehrswesen Jg 58 H 10 S 450 456 UIC 2002 EcoSwitch Results of the UIC Feasibility Study on a Switches amp Crossings Management System UIC 2002 InfraCost The Cost of Railway Infrastructure Final Report UIC In frastructure Commission UIC 2004 ETCS migration strategies on corridors and at national level Cost Benefit analysis Paris Veit Peter Walter 1999 Rechenmodell zur wirtschaftlichen Bewertung von Strategien im Bereich Fahrweg TU Graz Veit Peter Walter 2000 Wirtschaftliche Bewertung von Strategien im Bereich Fahrweg In Eisenbahntechnische Rundschau ETR Jg 49 H 5 S 313 318 VDI 3633 1996 11 Simulation von Logistik Materialflu und Produktionssys temen Begriftsdefinitionen VDI 2888 1999 12 Zustandsorientierte Instandhaltung VDI VDE 3542 2000 10 Sicherheitstechnische Begriffe f r Automatisierungs systeme Qualitative Begriffe VDI 2884 2005 12 Beschaffung Betrieb und Instandhaltung von Produktions mittel
6. gt Wesentliche Merkmale von Nebenstrecken sind nach ZIMMER eingleisige Strecken eine Streckenh chstge schwindigkeit von 80 km h bis ggf 120 km h sowie Haltepunktabst nde von im Mittel 3 bis 5 km Zim02 In Anlehnung an die von der DB Netz AG getroffene Kategorisierung handelt es sich hierbei um Regionalverkehrs strecken DBO2b 85 6 Fallstudie Abbildung 30 Beispielstrecke Der Untersuchungsraum weist folgende wesentliche Charakteristika auf Die Strecke ist eingleisig und wird im Zweirichtungsbetrieb betrieben Die auf dieser Strecke geltende Streckenh chstgeschwindigkeit Vmax betr gt 80 km h Die Gesamtstreckenl nge umfasst ca 200 km Entsprechend des vorgegebenen Fahrplans verkehrt jeweils ein Zug je Stunde und Rich tung Die Strecke wird etwa zwischen 4 00 Uhr und 1 00 Uhr t glich betrieben Es gilt an allen Tagen im Jahr derselbe Fahrplan Auf die Infrastruktur wirken die in Deutschland blichen Umweltbedingungen Mit dem defi nierten Fahrplan sind die Nutzungsh ufigkeit und intensit t als weitere relevante Einsatzbe dingungen vgl Abschnitt 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung vorgegeben Abbildung 30 zeigt die r umliche Anordnung der sich kreuzenden Streckenabschnitte sowie die sich dort befindlichen Bahnh fe und Haltepunkte wie sie in der Betriebssimulation hinter legt sind Bahnhof HSO bildet den Knotenpunkt f r die beiden Verkehrsachsen Nord S d und Ost West 86 6 2 Investitionsstr
7. 3 2 Eisenbahnbetriebssimulation zur Wirtschaftlichkeitsbewer tung Die Verbindung von Eisenbahnbetriebssimulationen und einer Wirtschaftlichkeitsbewertung von Investitionsstrategien ist in der Form neu Lediglich LieO7 erarbeitete erstmals hnliche Ans tze Eine solche Verbindung ist naheliegend da zum einen die Wirtschaftlichkeit des Infrastrukturbetriebs wie oben benannt immer mehr in den Fokus der Managementbetrach tungen r ckt und zum anderen bei der Durchf hrung von Eisenbahnbetriebssimulationen etliche Daten erzeugt werden die f r eine solche Bewertung sinnvoll genutzt und durch eine entsprechende Kopplung von einem aufzustellenden Bewertungsinstrument und Eisenbahn betriebssimulationen wiederverwendet werden k nnen F r die Entwicklung eines solchen Bewertungsinstruments vgl Abschnitt 3 2 3 sind zuvor 1 die entscheidungsrelevanten Bewertungskriterien festzulegen vgl Abschnitt 3 2 1 sowie 29 LINAU setzt dabei eine globale Infrastrukturbewertung um Im Gegensatz dazu erfolgt hier eine detaillierte auf die Bahnsicherungstechnik beschr nkte Bewertung 26 3 2 Eisenbahnbetriebssimulation zur Wirtschaftlichkeitsbewertung 2 eine zu deren Ermittlung geeignete Eisenbahnbetriebssimulation zu bestimmen vgl Abschnitt 3 2 2 3 2 1 Bewertungskriterien Die f r die Bewertung von Investitionsstrategien relevanten Bewertungskriterien richten sich nach dem Ziel der Analyse So werden im Rahmen einer vergleichenden Bew
8. 5 Die Zustandstunktion wird aus Messdaten einer Weiche ermittelt die zwar gleichen Typs ist aber unter anderen Einsatzbedingungen als den f r die Weichen im Investi tionsszenario geltenden arbeitet Entsprechend sind Abweichungen zum tats chli chen Abnutzungsverhalten m glich Sollte ein solches Szenario als sinnvoll erachtet werden so ist eine Anpassung des Modells diesbez glich ein fach umsetzbar 121 6 Fallstudie Die Simulationsumgebung ist beispielhaft in Anhang F dargestellt zeitabh ngige zustandsabh ngige ausfallorientierte Instandhaltung Instandhaltung Instandhaltung Barwert 8 GE 1 352 507 104 288 1 520 124 Tabelle 8 Ergebnisse Strategiebewertung Mit Tabelle 8 wird die besondere Stellung einer zustandsabh ngigen Instandhaltungsstrategie deutlich Unter den definierten Randbedingungen vgl Tabelle 7 nimmt diese Art der In standhaltung eine Sonderstellung ein Sie f llt ber den Betrachtungszeitraum von 25 Jahren wesentlich g nstiger aus als eine zeitabh ngige oder ausfallorientierte Instandhaltung So betr gt der Barwert der direkten und indirekten Instandhaltungskosten bei einer zustandsab h ngigen Instandhaltung weniger als ein Zehntel der anfallenden Instandhaltungsausgaben der beiden anderen Instandhaltungsstrategien Diese im Vergleich sehr niedrigen Kosten be gr nden sich durch die niedrige Anzahl kostenintensiver Ausf lle Vorhersehbare Ausf lle k nnen dank der mit dem Diagno
9. 4 Aufl M nchen Wittemann Zangemeister Christof 2000 Erweiterte Wirtschaftlichkeitsanalyse EWA Grundlagen Leitfaden und PC gest tzte Arbeitshilfen f r ein 3 Stufen Verfahren zur Arbeitssystembewertung 2 Aufl Bremerhaven Wirtschaftsverl NW Verl f r Neue Wiss Zimmer Christoph 2002 Konzeptioneller Neuansatz f r den Betrieb von Ne benstrecken In Eisenbahningenieur Jg 53 H 12 S 44 51 Zimmermann Hans J rgen Gutsche Lothar 1991 Multi Criteria Analyse Ein f hrung in die Theorie der Entscheidungen bei Mehrfachzielsetzungen Berlin u a Springer Zschoche Frank 2006 Der Zwang zur Automatisierung f r einen wirtschaftli chen Betrieb In DVV Media Group GmbH Eurailpress Hg 6 Signal amp Draht Kongress Fulda Zwanenburg W J 2007 The Swiss experience on the wear of railway switches amp crossings Swiss Transport Research Conference Monte Verita Ascona CH Zwanenburg W J 2009 Modelling degradation processes of switches amp crossings for maintenance amp renewal planning on the Swiss railway network Saarbr cken SUdwestdeutscher Verlag f r Hochschulschriften ISSN 1866 721X
10. Integrierte Bewertung von Investitions und Instand haltungsstrategien f r die Bahnsicherungstechnik Katja Gutsche Berichte aus dem DLR Institut f r Verkehrssystemtechnik Band 9 Deutsches Zentrum DLR f r Luft und Raumfahrt eV in der Helmholtz Gemeinschaft Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien fur die Bahnsicherungstechnik Von der Fakult t fur Maschinenbau der Technischen Universit t Carolo Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung der W rde einer Doktor Ingenieurin Dr Ing genehmigte Dissertation von Katja Gutsche aus Geburtsort Halle Saale eingereicht am 13 November 2009 m ndliche Pr fung am 16 Dezember 2009 Referenten Professor Dr Ing Karsten Lemmer Professor Dr Ing Klaus Jobmann 2010 Berichte aus dem DLR Institut f r Verkehrssystemtechnik Band 9 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungs strategien f r die Bahnsicherungstechnik Katja Gutsche Herausgeber Deutsches Zentrum f r Luft und Raumfahrt e V Institut f r Verkehrssystemtechnik Lilienthalplatz 7 38108 Braunschweig ISSN 1866 721X DLR TS 1 9 Braunschweig im Februar 2010 Institutsdirektor Verfasserin Prof Dr Ing Karsten Lemmer Katja Gutsche Vorwort des Herausgebers Liebe Leserinnen und Leser In Ihren H nden halten Sie einen Band unserer Buchreihe Berichte aus dem DLR Institut f r Verkehrssystemtechnik In dieser Reihe ver ff
11. gibt die Wahrscheinlichkeit daf r an dass die betrachtete Einheit im Zeitintervall O t ausf llt d h die Lebensdauer T kleiner bzw gleich t ist F t P T lt t 2 F t 0 t e Zuverl ssigkeitsfunktion R t gibt die Wahrscheinlichkeit daf r an dass die betrachte te Einheit bis zur Zeit t intakt ist R t P T gt t bzw 3 R t 1 F t 4 R t 0 t e f t ist die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion Sie wird bestimmt durch die im Be anspruchungsintervall ausgefallenen Betrachtungseinheiten dem Anfangsbestand so wie dem dazugeh rigen Beanspruchungsintervall Mathematisch beschreibt es sich durch das Differential der Ausfallfunktion F t un OF _ 280 dt qt 34 4 1 Zuverl ssigkeitstheorie e Ausfallrate A t gibt die Anzahl der im Beanspruchungsintervall At ausgefallenen Be trachtungseinheiten an bezogen auf den funktionsf higen Anfangsbestand zu Beginn des Zeitintervalls NO F r die Ausfallrate gilt siehe Formel 5 Nt N At _ND Nt AU Ne WI ven Nt N 5 mit At gt 0 folgt daraus A t e Mittlere Lebensdauer E T mittlere Zeit bis zum ersten Ausfall der Betrachtungseinheit bzw als mittlere Betriebszeit zwischen Beanspruchungsbeginn und dem Ausfall be zeichnet ET t fOdt 6 Bei einer konstanten Ausfallrate wird E T der Kennzahl MTBF Mean Time Between Failure gleichgesetzt Konstante Ausfallraten gelten vorrangig bei elektroni s
12. ist ein Fahrplan und Infrastrukturmanagementsystem der Firma RMCon GmbH Es erm glicht die Abbildung und Simulation gro er Netze Rai04 Rai06 2 Daneben erm glicht RailSys deterministische Fahrplansimulationen die die Grundlage f r Betriebssimulatio nen bilden und mit denen sich detaillierte Betriebszust nde betrachten z B Langsamfahrstellen Ausfall von Infrastrukturkomponenten und Aussagen zu geeigneten Ma nahmen treffen lassen RadO6 S 59 ff 29 3 Investitionsstrategien notwendigen Schnittstellen zur Betriebssimulationssoftware beschrieben Es ist dabei wichtig dass es mit dem Bewertungsinstrument gelingt zum einen den kompletten Lebenslauf der einzelnen sicherungstechnischen Anlagen in geeigneter Form zu erfassen siehe hierzu Ab schnitt 3 1 1 und zum anderen die Detailtiete der Bewertung entsprechend dem Ziel der In vestitionsentscheidung zu w hlen Unter dieser Pr misse erfolgt die Bewertung der Investiti onsalternativen auf Basis der im zu analysierenden Netzabschnitt Bewertungsraum verbau ten Systeme eine Aufgliederung der Systeme in ihre Komponenten vgl DINO5 w re hier zu detailliert Auf Systemebene lassen sich wichtige Aussagen zu den Lebenszykluskosten treffen und wesentliche Erkenntnisse zu den Kostentreibern bzw kostentreibenden Lebensphasen gewinnen Die notwendige Transparenz f r die Investitionsentscheidung kann damit geschaf fen werden F r die Auslegung der Schnittstellen gilt da
13. schaftlicher Entwertung zuf llige In Instandhal bindet kaum Pla erh htes Risiko eines geeignet f r Anlagen mit gerin standhaltung tungsma nahm nungsressourcen Austalls gerer Bedeutung im Betriebsab e erfolgt mit lauf Instandhaltung Zuverl ssigkeitsaus anderer komie sagen schwer zu treffen bei schneller und einfacher In ponenten standhaltung kann zu unerwarteter Verl ngerung des Instandhaltungseinsat zes kommen Tabelle 1 bersicht Grundstrategien der Instandhaltung Tabelle 1 bietet dem Verantwortlichen eine Orientierung bei der Definition der f r die Investi tionsalternativen geeigneten zu bewertenden Instandhaltungsstrategien So ist beispielsweise neben dem lebenslangen Fortschreiben derselben Basisstrategie ein Wechsel von einer zu standsorientierten in eine zeitabh ngige Instandhaltung innerhalb des Lebenszyklus m glich Eine Ver nderung bzw Anpassung der Instandhaltungsstrategie ist beispielsweise bei Anla gen mit langen Lebensdauern denkbar vgl Los96 Solche Strategievarianten kombinationen sind hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu pr fen Aufgrund der Komplexit t der Wechselwirkungen sind sowohl Basis als auch Kombinations strategien nur unter Einsatz von informationstechnischen Auswertungsm glichkeiten Soft ware zu bewerten Dies hat Auswirkungen auf das in dieser Arbeit entwickelte Verfahren vgl Abschnitte 4 7 und 5 3 2 Aufbauend auf dem geschaffenen V
14. Abbildung 26 Ablaufdiagramm f r die integrierte Bewertung von Investitions und InStananalt ingsstrate gesessen aan 72 Abbildung 27 Ablauf Bewertung Investitionsstrategien 75 Abbildung 28 Simulationsablauf bei der Bewertung von Instandhaltungsstrategien auf GEET ee 77 Abbildung 29 Schrittfolge bei Durchf hrung einer integrierten Bewertung 83 Abbildung 30 BEISDICISU CCK Goa EE 86 XI Abbildung 31 Abbildung 32 Diskontierung Abbildung 33 Abbildung 34 Abbildung 35 Abbildung 36 Abbildung 37 Abbildung 38 Abbildung 39 Abbildung 40 Schrittfolge Investitionsstrategiebewertung angewandt 92 Kumulierte LCC f r Beispielstrecke ohne oben und mit unten Se 95 Nutzwertportfolio EU Lal 104 LCC je Nutzenpunkt Fallstudie een 105 Struktur Os CAGE Oe lu a l ee ee Ye ea tee 107 Weichenantrieb S700K IGie igl nn 108 System Weiche in Anlehnung an BH86 S 10 108 Eintlussgr en auf den Svstemzustand 109 Wirkleistungskurve eines Weichenantriebsmotors Sto02 110 Grafische Darstellung der Grenzwertbereiche f r das Zustandskriterium Zurig erischwergana ISIEISD nenne een 111 Abbildung 41 Abbildung 42 XII Zustandsgleichungen dreier Weichen 113 Schrittfolge Instandhaltungsstrategiebewertung angewandt 116 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Tabelle 2 Tabell
15. BJLO7 am Beispiel der Eisen bahnweiche deutlich ZWANENBURG verdeutlicht den Effizienzverlust am Beispiel der Erneue rung welcher in Anlehnung an den Verlauf des AV vgl Abbildung 13 in Abbildung 18 ver anschaulicht wird Durch verfr hte Instandsetzungsma nahmen d h vor Erreichen der Min destqualitat Qmin bzw eines definierten Grenzwertes wird die vom System m gliche Le bensdauer nicht voll ausgesch pft Die nicht genutzte Restqualit t Restabnutzungsvorrat f hrt zu Produktivit tsverlusten in der Instandhaltung Qualit t Instandsetzung verk rzte Lebensdauer a SANES Effizienz verlust Abbildung 18 Produktivitatsverlust durch zeitabh ngige Instandhaltung in Anlehnung an Zwa07 4 4 2 Zustandsorientierte Instandhaltung Das Ziel der zustandsorientierten Instandhaltung ist es die Vorteile einer vorbeugenden In standhaltung h here Systemverf gbarkeit bessere Planbarkeit ohne die Nachteile einer Zeit strategie Effizienzverlust durch bessere Ausnutzung der Systemlebensdauer zu nutzen vgl Abbildung 18 Sie gilt aus diesem Grund im Vergleich zu einer zeitabh ngigen Instandhal tung als effizienter Kel97 Nea95 S 52 ff Die Ziele der zustandsorientierten Instandhal tung k nnen somit wie folgt zusammengefasst werden 1 Verhinderung bzw Minimierung unerwarteter Ausf lle d h Ausf lle sind f r die Be trachtungseinheit aus Sicherheitsgr nden und oder finanzieller Sicht weitgehend zu
16. Die Notwendigkeit f r Instandhaltung entspringt somit aus der Abnutzung einer Komponen te einer Baugruppe bzw eines gesamten Systems Mit der Abnutzung wird der Prozess der Sch digung einer Einheit durch Beanspruchung beschrieben Nach ADAM bilden Verschlei Erm dung Alterung Korrosion und Verschmutzung die entscheidenden Formen der Abnut zung Ada89 Wie aus Abbildung 12 ersichtlich wird erfolgt eine klare Abgrenzung zwischen Abnutzung und Gewaltnutzung also jener Form der Beanspruchung die aufgrund feh lender Bedienung und ungewollter Au enwirkungen durch berlastung zu spontaner sprunghafter Sch digung f hrt Gewaltnutzung erfolgt in der Regel unvorhersehbar und wird deshalb entgegen der Abnutzung bei der Instandhaltungsstrategieauswahl nicht ber cksich tigt 3 Davon unber hrt bleibt die Anzahl zuf lliger Ausf lle Diese treten statistisch gesehen unabh ngig voneinan der auf und entstehen durch das Zusammenwirken mehrerer voneinander unabh ngiger Faktoren 36 4 2 Abnutzungsvorrat Nutzung Beanspruchung Normalbeanspruchung berbeanspruchung Abnutzung Gewaltnutzung Verschlei RiB Bruch Finke Verformung Ta Verbrennung Korrosion Explosion Verschmutzung Kontinuierliche ie Sr aruna Spontane Sch digung Instandhaltung bad Abbildung 12 Instandhaltung als Funktion von Sch digung in Anlehnung an Stu96 S
17. F r die Zusammenstellung und Auswertung der strate gieabhangigen Kosten und Nutzenwerte wird ein Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument genutzt das mit den Ausgabedaten der Eisenbahnbetriebssimulation verbunden ist vgl Kapi tel 3 Die zweite S ule bildet die Bewertung von alternativen Instandhaltungsstrategien f r 70 5 3 Vorgehensweise die im ersten Schritt identifizierte Investitionsstrategie anhand ihrer Instandhaltungskosten vgl Kapitel 4 Das damit erreichte Ziel ist eine Investitionsentscheidung f r Bahnsicherungs technik die unter Ber cksichtigung einer externen Produktionsmittelalternativen der Herstel ler wie internen Anlageninstandhaltung Sicht die wirtschaftlichste Alternative bildet Dies schafft einen wichtigen Beitrag zur Wettbewerbsf higkeit des Systems Schiene Das nachfolgend dargestellte Ablaufdiagramm siehe Abbildung 26 verschafft einen ber blick ber die Bausteine einer integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungs strategien Zur Anwendung des Bewertungs und Selektionsverfahrens sind folgende drei grundlegende Arbeitsschritte auszuf hren 1 Erfassung aller relevanten Rahmenbedingungen Vorgaben und Ressourcenbe schr nkungen Dabei ist zu beachten dass diese zeitlichen Ver nderungen ber den die Bewertung umfassenden Zeitraum unterliegen k nnen 2 Identifikation und Simulation m glicher Investitionsstrategien und Selektion der wirt schaftlichsten Alternative mittels W
18. S 80 ff IBLSO6 S 47 ff und Kru07 S 44 ff 17 Barwert ist der Wert der Zahlungsstr me im Bezugszeitpunkt Dieser ist i d R der Investitionszeitpunkt 18 Abzinsungsfaktoren k nnen in den Zinstabellen u a in BLS06 Sei01 nachgeschlagen werden 24 3 1 Investition und Investitionsstrategie Der Kapitalwert siehe Formel 1 der einzelnen Investitionsstrategien ermittelt sich aus der Differenz der Anschaffungsausgaben lo und den f r die einzelnen Betriebsjahre 1 bis n ermit telten Barwerte der j hrlichen Differenzen aus quantifizierbarem Nutzen Einzahlungen und Kosten Wesentlicher Eintlussoarameter stellt dabei der gew hlte Kalkulationszinssatz i dar der sich an den unternehmensinternen Vorgaben und den prognostizierten Entwicklungen am Kapitalmarkt orientiert Eine Investitionsalternative ist dann vorteilhaft wenn Co einen Wert gr er O erreicht Trifft dies f r mehrere Alternativen zu dann ist jene mit dem h chs ten Co Wert die wirtschaftlichste M glichkeit Zusammenfassend ist festzuhalten dass sich die Erfolgswirksamkeit einer Investitionsstrategie und damit die H he des Kapitalwerts Co durch e die H he der Einzahlungen E und Kosten K e dem Zeitpunkt t der Entstehung von Einzahlungen und Kosten und e dem Kalkulationszinssatz bestimmen n 1 C l gt E K x E K x Ze KO y T BO mit Co Kapitalwert lo Anschaffungsausgaben E Einzahlungen zum Zeitpunkt t
19. Schienenfahrzeugen Aachen Schmidt Frank 2009 Moderne Schaltstellen in Regionalnetzen In Deine Bahn H 3 S 24 29 Schneewei Christoph 1991 Planung Systemanalytische und entscheidungs theoretische Grundlagen Berlin u a Springer Schroeder Baumgart Reinhart 1997 Verhaltensprognose und Nutzen Kosten Analyse f r die Oberbauinstandhaltung von Schienenbahnen Hannover Institut f r Verkehrswesen Eisenbahnbau und betrieb Sch tte J rg Scholz Sven 2007 Alterungscharakteristik und Betriebsqualit t in der Leit und Sicherungstechnik In Signal amp Draht Jg 99 H 05 S 7 12 Seicht Gerhard 2001 Investition und Finanzierung 10 Aufl Wien Linde Siemens 1998 Weichendiagnosesystem SIDIS W Technik f r effizienten Bahnbetrieb Werksschrift Verkehrstechnik Braunschweig Bestell Nr A19100 V100 B795 V1 Siemens 1998 Weichendiagnosesystem SIDIS W Bedienungsanleitung Sie mens AG Siemens 2008 Weichenantrieb S 700 K Weichen zuverl ssig stellen Werks schrift Verkehrstechnik Braunschweig Bestell Nr A19100 V 100 B802 V1 Stalder Oskar 2001 Die Kosten des Fahrweges im internationalen Vergleich ein Projekt der UIC In Eisenbahningenieur Jg 52 H 2 S 5 15 Sterman John D 2000 Business dynamics systems thinking and modeling for a complex world Boston Tu al Irwin McGraw Hill Sto02 Stu96 Tro06 UICO2a UICO2b UICO4 Vei99 Vei00
20. ausfallorientierte Instandhaltung Zeitabh ngige Instandhaltung Die Definition und Bewertung der zeitabh ngigen Instandhaltungsstrategie mit regelm igen Inspektionen spiegelt die jahrelange Praxis f r das System Eisenbahnweiche wider und ist mit ihren Ma nahmen in der Konzernrichtlinie 892 festgehalten Fri09 Hiernach erfolgen kleine Wartungsma nahmen in zyklischen Abst nden Zus tzlich wird bei jedem Instandhaltungsein satz eine Systeminspektion vorgenommen deren Ergebnis je nach Systemzustand zus tzliche Instandhaltungsma nahmen ausl st Erfolgt trotz kritischem Zustandsbereich aufgrund der festgelegten Zyklen keine Inspektion und werden dadurch vorhersehbare Ausf lle nicht recht zeitig erkannt und vermieden treten in der zeitabh ngigen Instandhaltungsstrategie neben den pr ventiven Instandhaltungsma nahmen auch rein zustandsbedingte St rf lle auf Dane ben k nnen wie bei jeder anderen Instandhaltungsstrategie korrektive Instandhaltungsma nahmen nach zuf lligen Ausf llen Unwettersch den Sabotage Systemfehler notwendig werden vgl Abschnitt 5 3 2 Dabei wird f r die Strategiebewertung angenommen dass die Behebungen dieser vorhersehbaren und zuf lligen Ausf lle entgegen den pr ventiven Instandhaltungsma nahmen den Betriebsablauf st ren und somit Betriebserschwerniskosten verursachen Zusammengefasst werden die zeitabh ngige Instandhaltungsstrategie und die durch sie verursachten Kosten durch folgende zwei
21. da diese zuvor getrennt von einem streckenverantwortlichen Ingenieur in die Betriebssimulation ein gearbeitet werden e Untersuchungen der Auswirkungen von nderungen in den Randparametern auf die Wirtschaftlichkeit z B eine nderung der Intervalle einer zeitabh ngigen Instandhal tung oder Ver nderungen in der Belastung der Betrachtungseinheit je Zeiteinheit Sen sitivit tsbetrachtungen sind aufgrund einer simulativen Unter st tzung einfach umzu setzen e Die Kosten und quantitativen Nutzengr en werden ihrem zeitlichen Eintreten ent sprechend mit Hilfe der Nettobarwertmethode differenziert nach ihrem unternehmeri schen Einfluss gewertet e Die entscheidenden wirtschaftlichen Erfolgsfaktoren im Lebenszyklus von Bahnsiche rungstechnik werden identifiziert BRJO8 Dabei k nnen diese Vorz ge in einem breiten Leistungsspektrum der integrierten Bewertung genutzt werden Das Bewertungsverfahren ist unterst tzend bei folgenden Aufgabenstellun gen sinnvoll einsetzbar e Identifikation einer anforderungsgerechten Bahnsicherungstechnik Bus09 e strategische Ressourcenplanung e Bewertung eines m glichen Outsourcing von Instandhaltungsma nahmen und e Evaluation von Ersatzinvestitionsentscheidungen 7 2 Ausblick Aufgrund der hohen Relevanz und der gro en Anwendungsbreite der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien f r Bahnsicherungstechnik f r den Betreiber sollte mit weiteren Arbeite
22. der Kriterien Sicherheit Dispositionsmanagement Zugkreuzungen Zug berholungen Flexibi lit t baulicher Umgestaltungen St rungsmanagement sowie Kapazit ts berschuss nur be grenzt aus den Simulationsresultaten F r ihre Bewertung ist vor allem die langj hrige Erfah rung mit dem Einsatz der Betriebsverfahren wichtig Ausnahmen zu einer rein qualitativen Bewertung bilden die Kriterien 3 und 6 Die maximale Streckengeschwindigkeit Kriterium 3 wird in Form einer km h Angabe erfasst und bestimmt sich zum einen aus den Leistungsparametern der Betriebsverfahren sowie den geltenden Vorschriften Mit der Bewertung der maximalen Streckengeschwindigkeit erfolgt eine Differenzierung der Investitionsalternativen hinsichtlich der maximal zul ssigen Strecken geschwindigkeit Dass alle vier Strategien die Mindestforderung einer minimalen Streckenge schwindigkeit von 80 km h erf llen wurde vorab vgl Abschnitt 6 2 2 1 gepr ft F r die Bewertung des Kriteriums Versp tungsabbau Kriterium 6 als ein wesentlicher Quali tatsindikator sind die Ergebnisse der Betriebssimulation zwingend Mit diesem Kriterium soll der Umgang des Systems mit St rungen betrachtet und bewertet werden Dabei geht es vor 97 6 Fallstudie rangig um eine berblicksdarstellung ber den zu erwartenden Betrieb und weniger um eine exakte Bewertung einer klar definierten Anzahl und Art von St rungen Diese sind zum Zeit punkt der Investition nicht bestimmbar Zur Beurt
23. sobald 400 Watt f r den Umstellvorgang notwendig sind Da auch in der Simulation der zeitabh ngigen Instandhaltungsstrategie vorhersehbare Ausf lle m glich sind vgl 6 3 2 ist der Grenzwert 400 Watt auch in dieser Strategiemodellierung abzubilden Nach einer zustandsabh ngigen pr ventiven Ma nahme als auch einer Entst rung wird in der Simulation stets wieder der Bestzustand des Systems 231 5 Watt erreicht Nach einer rein zeitgesteuerten Instandhaltungsma nahme ndert sich entsprechend den Messreihenanalysen der Zustand nicht vgl Abschnitt 6 3 1 3 6 3 3 3 Bestimmung der Ausfallrate Einer gesonderten Betrachtung bedarf es f r die Simulation zuf lliger Ausf lle Obwohl exter ne Faktoren zun chst v llig unabh ngig vom System und dessen Zustand auftreten sind die Auswirkungen eines solchen Ereignisses auf das System tendenziell nicht losgel st vom Sys temzustand zu sehen GutO8 In diesen F llen gilt dass je schlechter der Zustand desto st r ker eine m gliche Auswirkung des zuf lligen externen Ereignisses auf das System und seine Verf gbarkeit Um dies in der Simulation zu erfassen ist die H ufigkeit zuf lliger St rungen an die Ausfallrate A t gekoppelt Ausgel st wird ein zuf lliges St rereignis letztlich durch vom System erzeugten normalverteilten Zufallszahlen wobei der Erwartungswert A t ist Entsprechend Gleichung 5 gilt f r die Ausfallrate PL Die Zuverl ssigkeit R t ist definiert a
24. vermeiden 2 Planung der Ma nahmen in den Betriebspausen erleichtern und 32 Vgl z B die Wartung der ICE Z ge die nach einer definierten Anzahl gefahrener Kilometer zu erfolgen hat 45 4 Instandhaltungsstrategien 3 Instandhaltungseffizienz steigern Instandhaltungskosten senken durch Zustandswis sen Die Ziele 1 und 2 sind sowohl auf die zustandsorientierte als auch die zeitabh ngige Instand haltung zutreffend Mit dem dritten Ziel in dem die besondere Relevanz des Zustandswissens aufgegriffen wird erfolgt die Abgrenzung zur zeitabh ngigen Instandhaltung Grundlage dieser Strategie bildet die Erkenntnis dass eine Verschlechterung des Systemzu stands gemessen in Form der Abnutzung Ausgangspunkt f r Instandhaltungsma nahmen sein sollte Somit werden die einzelnen Instandhaltungsma nahmen in Abh ngigkeit vom eigentlichen Zustand und oder Output der Betrachtungseinheit definiert Dadurch ergibt sich f r die Einf hrung einer zustandsabh ngigen Instandhaltung die absolute Notwendigkeit f r das Verst ndnis und die Erfassung des Sch digungsverhaltens der Einheit und ihrer sch di genden Parameter Die Beantwortung der auch hier zutreffenden Frage Wann sind die Instandhaltungsma nahmen auszuf hren vgl Abschnitt 4 4 1 ist bei dieser Instandhaltungsstrategie demzufol ge nicht pauschal mit einem Zeitpunkt oder Zeitraum m glich Vielmehr richtet sich die Not wendigkeit f r Instandhaltungsma nahmen ents
25. 1143 l a Pueyuy Anhang E Zustandsinformationen Anhang E 1 Messwerte aus SIDIS W Beispielweiche ohne ZRV Betrachtungszeitraum 1 Jahr A Jotowuays saA Buns OI OD Cc Hq oO O Lo D N Cc lt 145 Anhang E Anhang E 2 Ermittlung Zustandsgleichung 0 Eingabe Messwertreihe CH CH Anzahl Umstellvorg nge 1 Unterteilung der Messreihe in Zeitfenster zwischen zwei Instandsetzungen und berpr fung der hnlichkeit in den Verl ufen ee J K K Ir Ady Ok IA weit E MII m INDIAN i ee o a wr P Woy yack V ww Wa v CX U Laut okt Sa Ae a m m ge 3 Polynominterpolation z B m H von Matlab 4 Ausgabe Zustandsgleichung W x 0 000012 x 0 0037 x 0 459 x 231 5 146 Anhang E Anhang E 3 Abnutzungskurve Beispielweiche ohne ZRV Wirkleistung Weichenmotor w 340 320 300 280 260 240 220 0 Linkslauf Rechtslauf 100 200 300 400 500 600 700 Umstellvorgange 147 Anhang E Anhang E A Ausfallrate Beispielweiche ohne ZRV 0 9 0 8 0 7 0 6 Se en Ausfallrate 0 3 0 2 0 1 100 150 200 250 Umstellvorg nge 148 330 uoyyunyssajyosan fh Bunuup 4 ag sjeajejsny fh E EE C Buebuanmiyag PS w LSAYUE UaatGuvunm Soa sjeAjjejsng O Us Wye Jagan nusypadr e zJesUapunggosIsd JI
26. 42 Die Abnutzung beschreibt sich durch die Gr e des Abnutzungsvorrats 7 siehe auch An hang A Mit dem Abnutzungsvorrat l sst sich der Prozess der Sch digung als Zeitvariable und damit den bergang der Betrachtungseinheit zwischen den beiden Zust nden intakt 100 und defekt 0 erfassen Ein m glicher Verlauf des Abnutzungsvorrats ist in Abbildung 13 dargestellt Erfolgen der Einbau der Anlage in hoher Qualit t so kann zu Beginn der Nutzung von einem Abnutzungsvorrat von 100 Prozent ausgegangen werden Dieser verringert sich w hrend des laufenden Betriebs durch die mit dem Einsatz der Anlage einhergehende Scha digung Der dem System zugeh rige Abnutzungsvorratsverlaut bestimmt sich durch die Sch digungsrate Diese beschreibt sich im Wesentlichen durch mechanische thermische und che mische Beanspruchung vgl Abbildung 12 Dabei gilt dass die mit der Nutzung einherge hende Abnutzung der Teil Systeme immer beanspruchungs und oder zeitabhangig ist Stu96 S 37 f Um die Zustandsverschlechterung zu verlangsamen werden in der Nut zungsphase Instandhaltungsma nahmen am System durchgef hrt Durch die damit erzielten Zustandsverbesserungen wird der Abnutzungsvorrat diskret erh ht Die Zustandsverbesserung richtet sich nach dem Abnutzungsvorrat also dem Zustand vor der Instandhaltung sowie nach Art und Umfang der Instandhaltungsma nahme Je nach H ufigkeit und Umfang von Instandhaltungsma nahmen Wartung Inspektion
27. 6 Kosteneisberg Bla08 S 6 3 1 1 1 Lebenszykluskonzept Das Grundmodell des Lebenszyklus geht davon aus dass jedes Produkt und jede Anlage w hrend seines Lebenszyklus zeitlich aufeinander folgende Phasen durchl uft Prinzipiell gilt f r alle Produkte und Anlagen dass die Phasen das gesamte Leben der Betrachtungseinheit von dessen Entstehung ber den Betrieb bis zur Entsorgung beschreiben Dabei variiert die L nge der Phasen von System zu System Generell geht PFEIFFER davon aus dass jedes System eine begrenzte Lebensdauer hat vgl PMS 91 Stu96 S 31 Der Lebenszyklus f r Anlagen der Bahnsicherungstechnik ist schematisch in Abbildung 7 dargestellt Herstellersicht Betreibersicht 1 2 3 4 5 6 Konzept amp Entwurf amp Projektierung Einbau Betrieb amp Entsorgung amp Definition Entwicklung Migration SE Recycling Abbildung 7 Lebenszyklus von Bahnsicherungstechnik F r die integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien steht die Betrei bersicht und somit die Phasen der Anlageninstallation 4 Einbau Migration Anlagennut zung instandhaltung und verbesserung 5 Betrieb u Instandhaltung sowie die Anlagen ausmusterung und entsorgung 6 Entsorgung u Recycling im Mittelpunkt der Bewertung Eine umfassende Definition des Begriffs Lebenszyklus findet sich in PMS 91 3 Investitio
28. Abschnitt 4 5 dargestellte systematische Entschei dungsabfolge zum Einsatz Deren Anwendung setzt neben einer genauen Systemkenntnis das Wissen ber vorhandene Diagnosem glichkeiten voraus Der Einsatz von Diagnoseinstrumen ten und damit verbunden die Potentiale f r eine zustandsorientierte Instandhaltung sind ana log zu den brigen Basisstrategien zum Zeitpunkt der Instandhaltungsstrategiedefinition mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit der Instandhaltung kritisch zu hinterfragen Dies erfolgt im Rahmen der Instandhaltungsstrategiemodellierung und simulation Dieser nun folgende Ar beitsschritt ist im Detail in Abbildung 28 dargestellt Anhang B verdeutlicht im Rahmen einer Komplexit tsberechnung den daf r notwendigen Einsatz von Simulation 46 Nicht allein die durch die Gr e des L sungsraums bedingte Komplexit t der Strategiebewertung empfiehlt sich der Einsatz von Rechentechnik Auch sichert dies eine zuverl ssigere und exaktere Berechnung So gilt zum einen dass die Zuverl ssigkeit eines technischen Systems h her als die menschliche ist Zum anderen berechnet die Simulation 100 Werte je Zeitschritt ist damit wesentlich genauer als eine manuelle Berechnung 76 5 3 Vorgehensweise Bunyeypuezsuj A1 14o3 pun aADUSAEId inj u l1soy UB YIeSINIAA Jap BunsseJi3 A A uabuniapuesaAspuejysnz Bun1i qiei A A BunzJ3spueIsu ONNLYVM eIUDIO11O USUONEYILIZIASWEIS S Yeu Vf S 1
29. Anwendbarkeit des Verfahrens der integrierten Bewertung von Investitions und Instand haltungsstrategien wird abschlie end anhand eines Fallbeispiels verdeutlicht Durch die Wahl eines Nebenstreckenabschnitts in Norddeutschland wird gleichzeitig das aktuelle Thema der XV Weiterbewirtschaftung versus Stilllegung von Regionalstrecken adressiert Das Verfahren stellt heraus welchen Einfluss alternative Varianten der Streckenausr stung Bahnsicherungstech nik und die Anwendung zustandsorientierter Instandhaltung auf die Wirtschaftlichkeit des Streckenbetriebs nehmen Im Ergebnis beschreibt die vorliegende Arbeit die M glichkeiten des Einsatzes von Eisenbahn betriebssimulationen die Dringlichkeit von Nutzwertbetrachtungen sowie den hohen Er kenntnisgewinn durch die Instandhaltungsstrategiemodellierung im Investitionsentschei dungsprozess Die Arbeit unterstreicht somit die Notwendigkeit umfassender Investitionsbe trachtungen f r Schieneninfrastruktur und damit f r Bahnsicherungstechnik insbesondere vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen auf dem Verkehrsmarkt Das Verfahren der inte grierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien wird die Verantwortlichen dabei unterst tzen XVI Abstract The actors in the railway domain are experiencing an increasing competition between the traffic modes street rail air and shipping traffic This asks for sustainable economical deci SIONS The economical success and the
30. Berechnung eingehender Gr en Dabei stehen drei verschiedene Ans tze zur Verf gung der Ansatz der Dreifach Rechnung der Zielgr en nderungsrechnung sowie der Kriti schen Einflussgr en Rechnung Das hier verwendete Verfahren der Zielgr en nderungsrechnung f hrt die Sensitivit tsanalyse auf Basis identifizierter unsicherer Ein gangsgr en aus F r diese werden m gliche Abweichungen vom Ausgangswert prozentual festgelegt und hiernach die nderung der Zielgr e berechnet Damit kann eine Aussage hin sichtlich der Empfindlichkeit der Vorteilhaftigkeit der Investitionsstrategie hinsichtlich denkba rer Umfeldver nderungen getroffen und mit den zus tzlich gewonnenen Informationen die Unsicherheit des Entscheidungsproblems verringert werden PSO7 S 112 ff BLSO6 S 308 ff Kru07 S 346 ff Sensitivit tsbetrachtungen sind die Bahnsicherungstechnik von hoher Bedeutung Sie erm gli chen beispielsweise denkbare Entwicklungen in den Eingangsgr en Systemlebensdauer Fahrplan oder Personalstundensatz und deren Auswirkungen auf die LCC und damit den Ge samterfolg der Investitionsstrategie zu erfassen Dies ist bei der Aufstellung des Wirtschaft lichkeitsbewertungsinstruments Abschnitt 3 2 bedacht 3 Investitionsstrategien 3 1 1 3 Strukturierung der Lebenszykluskosten Die Erstellung eines Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstruments verlangt nach gr ndlichen Vor berlegungen Dazu z hlt vor allem die
31. Deutsches Zentrum f r Luft und Raumfahrt e V Geldeinheit 129 Abk rzungsverzeichnis K Pe PP mgoen C me e Union Internationale des Chemins de Fer Internationaler Eisenbahnverband P T u USW U vor allem Verband Deutscher Verkehrsunternehmen V Z CC ST ZB ZB PM a SW IC a DV gl S B LB RV SP 130 Verzeichnis Formelzeichen Kalkulationszinssatz Kapitalwert Einnahmen monet rer Nutzen VE Stichprobenmittelwert gesch tzter Wert Standardabweichung Streuungsma C K E H Pp dm d Systemverf gbarkeit Zustands nderungsfunktion x X t t x t x Ee BEE a Wahrscheinlichkeit einer Versp tung 131 Anhang A Instandhaltungsterminologie Im Folgenden sind die wichtigsten Begriffe zum Thema Instandhaltung wie sie in diesem Buch verwendet werden aufgelistet Ihre nachfolgend aufgef hrten Definitionen basieren auf der DIN 31051 2003 06 der DIN EN 13306 2001 09 der DIN EN 50129 2003 12 und der VDI VDE Richtlinie 3542 Abnutzungsvorrat Vorrat der m glichen Funktionserf llung unter festgelegten Bedingungen der einer Betrachtungseinheit aufgrund der Herstellung Instandsetzung oder Verbesserung innewohnt Ausfall Abnormaler Zustand der zu einem Fehlzustand in einem System f hren kann Ein Ausfall kann zuf llig oder systema tisch sein Ausfallorientierte In Instandhaltung ausgef hrt nach der Fehlererkennung
32. Eisenbahninfrastruktur im Mittelpunkt der Betrachtungen Es soll dem Eisen 2 Eisenbahnsicherungstechnik bahninfrastrukturunternehmen EIU ein Bewertungsinstrument an die Hand gegeben wer den Somit sind die fahrzeugseitigen Komponenten der Bahnsicherungstechnik die vom Ei senbahnverkehrsunternehmen EVU zu finanzieren und zu unterhalten sind nicht in die Ana lyse und Bewertung der Strategien einzubeziehen Eisenbahnsicherungstechnik en Se SE ae Bahn bergangs Stellwerk sicherungsanlage Zugbeeinflussung B SA Au enanlage Innenanlage Punktf rmige Zugbeeinflussung Gleisfreimeldung mechanisches Stellwerk Stellwerk 500 1000 2000 Hz Gleismagneten r Gleisstromkreis elektromechanisches PZB 90 Achsz hler Balisen Bewegliche Relaisstellwerk schaltbare nichtschaltbare Balisen Fahrwegelemente Infill Schleifen Weichenstellsystem elektronisches Stellwerk Linienf rmige Gleissperre Zugbeeinflussung Sonstiges LZB Kabellinienleiter Ortsfeste Signale Hauptsignal Vorsignal Statische Streckensignalisierung Abbildung 5 physische Strukturierung der streckenseitigen Eisenbahnsicherungstechnik Wie aus obiger Abbildung e
33. Erneuerung definieren sich der genaue Verlauf des Abnutzungsvorrats im Nutzungszeitraum und damit auch die H ufigkeit einer Unterschreitung der Schadensgrenze Die Schadensgrenze beschreibt jenen Wert bei dem ein Schadenseintritt nicht mehr durch pr ventive Instandhaltungsma nahmen zu vermeiden ist Die Betrachtungseinheit ist dazu zu stark gesch digt Bei Unterschreitung der Schadensgrenze ist eine Instandsetzung Entst rung notwendig Dabei wird die Anlage mitunter komplett erneuert Dann kann erneut von einem Abnutzungsvorrat von etwa 100 Prozent ausgegan gen werden und der Nutzungszeitraum der Anlage verl ngert sich 31 Welche anderen Verl ufe ebenfalls f r den Abnutzungsvorrat denkbar sind ist unter anderem in ADAM dar gestellt Ada89 S 14 3 4 Instandhaltungsstrategien Abnutzungsvorrat Instandsetzung Wartung amp Inspektion Schadenseintritt Schadensgrenze Nutzungsdauer Systemausfall Abbildung 13 Zeitlicher Verlauf des Abnutzungsvorrats in Anlehnung an DINO3 STURM beschreibt den Abnutzungsvorrat als die Differenz zwischen Fertigungs Istma und Aussonderungs Grenzma Je nach Abnutzungstorm ist das relevante Zustandsma zu defi nieren Ist Verschlei die entscheidende Gr e so sind die Abmessungen des Bauteils zu berwachen Der Erm dungsvorrat definiert sich durch die Wechsellastfestigkeit Bei Alterung ist die Zeitstandsfestigkeit bestimmend und ein Korrosionsfortschritt l sst sich Uber
34. F r die ausgew hlte Beispielweiche l sst sich das Zustandsverhalten anhand Formel 16 be schreiben Der dazugeh rige grafische Verlauf ist in Anhang E 3 dargestellt W x 0 000012 x 0 0037 x 0 459x 231 5 16 mit x Anzahl der Umldufe Formel 16 erm glicht damit die Absch tzung des Abnutzungsverhaltens und den in Abh ngigkeit der Instandhaltungsstrategie erfolgenden Instandhaltungskosten Sie bildet 113 6 Fallstudie somit die Grundlage f r die nachfolgende Instandhaltungsstrategiebewertung vgl Abschnitt 6 3 3 M gliche kleinere Abweichungen des tats chlichen Abnutzungsverhaltens gegen ber dem modellierten sind dabei f r eine Strategiebewertung zum Investitionszeitpunkt akzeptabel vgl Abschnitt 4 7 Um eine Instandhaltungsstrategiebewertung vornehmen zu k nnen ist neben der Kenntnis des Zustandsverhaltens die Bestimmung der relevanten Instandhaltungs strategien unverzichtbar Diese sind dann mit ihren Randparametern Zyklen Grenzwerte etc zu hinterlegen vgl Abbildung 26 Die daf r notwendigen Informationen werden mit dem nachfolgenden Abschnitt 6 3 2 f r das Fallbeispiel identifiziert 6 3 2 Definition von Instandhaltungsstrategien Abgeleitet aus der in Abbildung 20 dargestellten Entscheidungsabfolge werden folgende Instandhaltungsstrategien f r den Untersuchungsgegenstand Eisenbahnweiche bewertet 1 zeitabh ngige Instandhaltung mit Inspektion 2 zustandsabh ngige Instandhaltung 3
35. Instandhaltungskostenberechung je Ereignis E 1 e vgl 9 K Hg Dauer h Personalbedarf e Stundensatz Materialbedar f Dauer min BEK z Kig gt King 1 Ergebnis bersicht siehe Tabelle 8 Abbildung 42 Schrittfolge Instandhaltungsstrategiebewertung angewandt 116 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung Nach erfolgter Zustandsmodellierung und Aufstellung der Zustandsgleichung vgl Abschnitt 6 3 1 3 sind die Basisinformationen zusammenzutragen vgl Abschnitt 6 3 3 2 die Ausfallra te zu bestimmen vgl Abschnitt 6 3 3 3 und zur Sicherstellung verl sslicher Aussagen Mehr fachsimulationen hier 25 Mal durchzuf hren vgl Abschnitt 6 3 3 4 um abschlie end an hand der Instandhaltungskosten ein Bewertungsergebnis zu erzielen vgl Abschnitt 6 3 3 5 Mit Abbildung 42 wird eine Einordnung der einzelnen Schritte und Zwischen Ergebnisse wie sie nachfolgend erarbeitet werden in den Gesamtprozess gegeben 6 3 3 2 Belastungs und Instandhaltungsinformationen Bei der Strategiemodellierung simulation und bewertung sind in einem ersten Schritt alle f r die Nachbildung der Prozesse notwendigen Informationen zusammenzutragen vgl Abbil dung 26 Strategieabbildung Diese sind f r das System Weiche e Zustandsverhalten in Abh ngigkeit von der Zeit und Belastung vgl Formel 16 e Systembelastung Anzahl Stellvorg nge je Zeiteinheit e Zyklen der Wartungsma nahmen e Perso
36. Personal e Material e Werkzeuge Fahrplan Umfeld Strategiebewertung A Tx Selektion geeigneter Investitionsstrategien 1 X e EE Art Anzahl r umliche Anordnung der Eisenbahnsicherungstechnik Bestimmung von m Instandhaltungsstrategien Strategie anpassung I gt Ergebnisse aus Eisenbahn betriebssimulation sind Eingangsinformationen und somit nur indirekt Bestandteil des neuartigen Bewertungsverfahrens 14 vm Simulation amp Auswertung der Instandhaltunosstrategien Strategieabbilduno variabel vim 1 Selektion einer Instandhaltungsstrategie we e ss ss sees b f r 1 X siehe Abschnitt 5 3 2 Wirtschaftlichste Investitionsentscheidung f r Anlagenbetreiber Abbildung 26 Ablaufdiagramm f r die integrierte Bewertung von 72 Investitions und Instandhaltungsstrategien 5 3 Vorgehensweise Zun chst sind f r die Identifikation m glicher Investitions und Instandhaltungsstrategien die geltenden gesetzlichen betrieblichen wie unternehmerischen Rahmenbedingungen zu erfas sen Zu Ihnen z hlen im Besonderen die geltenden Qualitatsvorgaben f r die betrachtete Ei senbahnstrecke und die einsetzbaren Infrastrukturelemente die von Unternehmensseite ver t gbaren Ressourcen und generell am Markt erh ltlichen technischen L sungen vgl
37. ber cksichtigen Dabei kristallisierte sich die Erweiterte Wirtschaftlichkeits analyse EWA vgl Abschnitt 3 1 3 von ZANGEMEISTER als das geeignetste Entscheidungs unterst tzungsverfahren heraus vgl EDO7 Das Verfahren der EWA bildet deshalb im Fol genden die Bas s f r die Bewertung der m glichen Investitionsstrategien unter Ber cksichti gung der LCC F r den Bewertenden bedeutet die Verwendung der EWA im Rahmen der Nutzenbewertung sowohl den monet r erfassbaren wie monet r nicht erfassbaren Nutzen zu identifizieren Die Abgrenzung der Nutzenpositionen wird in Abschnitt 3 1 2 erl utert Denn bei der Bestellung einer Trasse durch ein EVU interessiert nicht ausschlie lich der Preis In gleicher Weise sind Qualit tskriterien wie die auf der Strecke gebotene Sicherheit und Geschwindigkeit f r den Besteller rele vant Dies sind neben dem Fahrpreis jene Kriterien wonach der eigentliche Fahrgast oder der Logistiker sein Verkehrsmittel ausw hlt 11 Die Eignung dieses Verfahrens als Bestandteil des hier neu entwickelten Bewertungsverfahrens ergab ein aus f hrlicher Vergleich von Entscheidungsunterst tzungsverfahren siehe EDO7 S 66 f Das von Seiten der f fentlichen Hand verwendete Verfahren zur Bewertung von Verkehrswegeinvestitionen siehe Hei00 wird als nicht geeignet eingestuft Grund daf r liegt prim r in der hierin praktizierten berf hrung der identifizierten teilweise schwer monetarisierbaren Bewertung
38. deutlichen Einfluss auf die gesamten Lebenszykluskosten der Bahnsicherungstechnik am betrachteten Streckenabschnitt haben Unter dieser Pr misse werden folgende Kosten in der Bewertung der Investitionsalternativen ber cksichtigt vgl Abbildung 9 e Anschaffungskosten o Kaufpreis o Planungskosten o R ckbaukosten bezogen auf die Au enanlagen keine Stellwerks geb ude e Besitzkosten pro Jahr o Betriebskosten exkl Energiekosten und Instandhaltungskosten Der Kaufpreis umfasst neben der eigentlichen Anschaffung der Anlagen auch die Projektlei tung Projektierung Montage und Pr fung der Anlagen sowie notwendige Schulungen Des Weiteren sind Aufwendungen f r notwendige Anpassungen der Nachbarstellwerke enthal ten Damit wird den Gegebenheiten in der Praxis entsprochen bei denen in der Regel alle aufgelisteten Leistungen beim Kauf eines Systems durch den Signaltechnikhersteller abge deckt werden Die j hrlichen Besitzkosten setzen sich prim r aus den Personalkosten zusammen Sie entste hen durch die Bereitstellung von Fahrdienstleitern oder Zugleitern deren Aufgabe es ist einen funktionsf higen und sicheren Schienenverkehr zu erm glichen F r die Bestimmung der Be triebskosten m ssen e die Anzahl an Bedienpersonal e die j hrlichen Betriebsstunden f r den Netzabschnitt und e der Stundensatz f r das Betriebspersonal bekannt sein Die Anzahl des notwendigen Bedienpersonals ist abh ngig von der Investitions strateg
39. etc und dem Weichentyp Ist die maximale Wirkleistung im Zeitfenster kleiner der Leerlaufleistung plus 50 Prozent der Differenz aus maximalem Leistungspeak und der Leerlaufleistung so ist das Messergebnis in Ordnung gr ner Bereich Anders verh lt es sich wenn die maximale Wirkleistung h her ausf llt Je nachdem liefert das Diagnosesystem eine erste gelb oder akute rot St rmeldung an den Instandhaltungsmanager Dabei be 110 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung stimmen sich die Grenzen durch den Weichentyp und liegen somit nicht konstant zwischen 50 und 75 Prozent siehe Abbildung 40 Wirkleistung P KE Akute St rungsgefahr Warnstufe 2 St rungsgefahr Warnstufe 1 Messergebnis in Ordnung O Bezugspunkt P heide Zungen lauf Abbildung 40 Grafische Darstellung der Grenzwertbereiche f r das Zustandskriterium Zungenschwergang Sie98b Prinzipiell gilt dass je l nger eine Weiche im Einsatz ist und damit je h her die Anzahl erfolg ter Umstellvorg nge desto h her ist die ben tigte Motorleistung f r das Umstellen der Wei chenzungen Wird eine der Warnstufen berschritten liefert das System Meldungen nach denen geeignete Instandhaltungsma nahmen ausgel st werden und damit der Systemzu stand verbessert wird d h die ben tigte Motorleistung f r den Umstellvorgang wieder sinkt 6 3 1 3 Zustandsmodellierung Entsprechend den Ausf hrungen in Abschnitt 6 3 1 2 wird der in Abbildung 39 exemplarisc
40. f r einta che betriebliche Verh ltnisse In Deine Bahn H 1 S 49 53 Scheppan Michael 2007 Der Zugleitbetrieb das Betriebsverfahren f r einta che betriebliche Verh ltnisse In Deine Bahn H 2 S 51 57 Schild Ulrich 2005 Lebenszyklusrechnung und lebenszyklusbezogenes Zielkos tenmanagement Stellung im internen Rechnungswesen Rechnungsausgestal tung und modellgest tzte Optimierung der intertemporalen Kostenstruktur Wiesbaden Dt Univ Verl 157 Literaturverzeichnis SLO3 SSK92 Sch92 Sch98 Sch09 Sch91 Sch93 SSO7 Sei01 Sie98a Sie98b Sie08 Sta01 SteOO 158 Schilling Rosemarie L cking Lars 2003 Senkung der Lebenszykluskosten Standardisierung von Instandhaltungs und Umbauma nahmen am Beispiel der Weichen In Eisenbahningenieur Jg 54 H 5 S 58 72 Schmidt D Schroeder Baumgart R Kurzrock G 1992 Darstellung der Ur sache Wirkung Beziehungen verschiedener Oberbau Instandhaltungsstrategien mit Hilfe von System Dynamics Modellen Abschlussbericht Stuttgart BWI Schmidt Dieter 1992 Strategisches Management komplexer Systeme Die Po tentiale computergest tzter Simulationsmodelle als Instrumente eines ganzheit lichen Managements dargestellt am Beispiel der Planung und Gestaltung komplexer Instandhaltungssysteme Frankfurt am Main u a Lang Schmidt Rolf Paul Robert 1998 Beitrag zur Instandhaltungs Strategie von
41. ger Schiene muss es gelingen sowohl im G ter wie im Per sonenverkehr ein attraktiver Logistikanbieter zu sein und damit seine Marktposition durch Steigerung der Marktanteile zu festigen Nachhaltige Investitionsentscheidungen f r den Schienenfahrweg unter Ber cksichtigung j hrlicher Betriebs und Erhaltungsaufwendungen sind dabei eine wesentliche S ule f r die Zukunftssicherung der Bahnen Dazu sind neben genauen Investitionsanalysen von Oberbau Hem06 und Fahrbahn HKO6 Vei99 Vei00 ebenfalls Verbesserungen in der Bewertung von Investitionen im Bereich der Bahnsicherungs technik notwendig Obwohl Letzteres deutlich in BorO7 herausgestellt wird fehlen bislang vergleichbare Ans tze bzw Instrumente F r ein besseres Verst ndnis werden zun chst die theoretischen Grundlagen investiver Ent scheidungen dargelegt Darin wird erl utert was unter einem lebenszyklusorientierten Bewer tungsansatz zu verstehen ist und warum dies unter der Pr misse einer quantitativen und qua litativen Bewertung der Alternativen zu erfolgen hat vgl Abschnitt 3 1 Die damit identifi zierten Anforderungen bilden eine Grundlage f r den in Abschnitt 3 2 dargelegten Schritt Darin wird das Vorgehen bei einer Wirtschaftlichkeitsanalyse von Investitionsstrategien in Bahnsicherungstechnik erl utert Dabei werden die Vorteile einer Verwendung von Informati onen aus Eisenbahnbetriebssimulationen herausgestellt und deren Anbindung an das Wirt schaftlichkeitsbe
42. ihm somit Entscheidungen bei eventuell notwendiger Anpassung in der Instandhal tung mit fortschreitendem Systemalter zu treffen Bevor mit Abschnitt 4 7 die Vorgehensweise der Instandhaltungsstrategiebewertung verdeut licht wird soll anhand eines kurzen Abrisses ber die derzeitige Praxis in der Instandhaltung der Bahnsicherungstechnik sowie den bestehenden Herausforderungen die Notwendigkeit f r einen neuen Ansatz in der Strategiebewertung untermauert werden 4 6 Instandhaltung von Bahnsicherungstechnik Die j hrlichen Aufwendungen f r die Instandhaltung des etwa 37 500 km langen deutschen Schienennetzes betragen etwa 1 25 1 5 Milliarden Euro DBO6c Eine von der UIC Infrastruktur Kommission beauftragte Studie zeigt dass individuell angepasste Optimie rungsma nahmen bei der Instandhaltung des Schienennetzes Einsparungen zwischen 20 bis 30 Prozent erwarten lassen UICO2b Eine Optimierung der Instandhaltung von Bahnsiche rungstechnik ist ein Ansatzpunkt um durch eine Senkung der Instandhaltungskosten zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und damit Wettbewerbsf higkeit des Systems Schiene bei zutragen So wurden u a in einem vom BMBF gef rderten Projekt DBO6c die wirtschaftli chen Auswirkungen des Einsatzes mobiler Informations und Kommunikationstechnologien im Instandhaltungsprozess der DB Netz AG untersucht Die erzielbaren Effekte aus einer m g lichst fr hzeitigen in den Investitionsentscheidungsprozess integrierten Betr
43. ihr erfolgen die Instandhaltungsma nahmen nach einem festgelegten Zeitplan oder einer festgelegten Zahl von Nutzungseinheiten F r die Definition pr ventiver Instandhaltungsma nahmen sind grundlegend folgende zwei Fragestel lungen zu beantworten 1 Welche Instandhaltungsma nahmen sind auszuf hren 2 Wann sind die Instandhaltungsma nahmen auszuf hren Zur Beantwortung von 1 ist die Kenntnis von Zustandsver nderungen und damit des Verlaufs des Abnutzungsvorrats wie er in Abbildung 13 schematisch dargestellt ist elementar Dies gilt f r die zeitabh ngige wie die zustandsabh ngige pr ventive Instandhaltungsstrategie glei cherma en wobei f r erstere eine ungef hre Kenntnis ausreicht Die zeitabh ngige unter scheidet sich in erster Linie von der zustandsabh ngigen Instandhaltungsgrundstrategie durch ihre Antwort auf Frage 2 Aufbauend auf den Kenntnissen zu den f r die Betrachtungseinheit zutreffenden Beanspruchungsarten vgl Abbildung 12 werden bei der zeitabh ngigen In 44 4 4 Instandhaltungsstrategien standhaltung fixe Fristen oder auch Ausbringungsmengen festgelegt nach denen definier te Instandhaltungsma nahmen auszuf hren sind Da diese Instandhaltung rein fristorientiert erfolgt werden mitunter Instandhaltungsma nahmen durchgef hrt die zu diesem Zeitpunkt bspw aufgrund einer sich verlangsamten Zustandsverschlechterung noch nicht notwendig sind Zu welchen Effizienzverlusten dies f hren kann wird in
44. im Rahmen dieser Arbeit zur ckgegriffen wird Abbildung 10 zeigt schematisch das prinzipielle Vorgehen der zweischichtigen EWA Zan00 Met77 Um mit Hilfe der EWA zu einer fundierten Investitionsentscheidung zu gelangen muss sowohl eine finanzanalytische orientiert sich an den traditionellen Methoden der Investitionsrech nung als auch eine nutzwertanalytische Bewertung vorgenommen werden Investitionsalternative x Finanzanalytische Nutzwertanalytische Wirtschaftlichkeitsrechnung Punktbewertung EWA Stufe 1 EWA Stufe 2 Investitions Grundrechnung mittels Erg nzungsrechnung mittels monet r bewertbarer Gr en nicht monet r bewertbarer Gr en Investitionsentscheidung Abbildung 10 2 Stufen Verfahren zur EWA 14 Auf die Anwendung des Drei Stufen Verfahrens zur EWA nach ZANGEMEISTER wird an dieser Stelle verzich tet Eine Differenzierung zwischen direkt und indirekt monet ren Gr en ist an dieser Stelle zur Entscheidungs unterst tzung nicht notwendig Alle monetarisierbaren Effekte sind in einer Stufe zusammengef hrt 23 3 Investitionsstrategien In der finanzanalytischen Wirtschaftlichkeitsrechnung werden zun chst alle monet r bewert baren Kosten und Nutzenaspekte direkt und indirekt erfasst und bewertet F r eine Zu sammenf hrung der quantitativen Kosten und Nutzengr en empfiehlt sich die Kapital wertmethode Gegenwartsmethode Die Kapitalwertmethode geh rt zu den dynamischen d h
45. nahmen ausf llt desto wichtiger ist die Betriebsbereitschaft Verf gbarkeit der Be trachtungseinheit vgl hierzu VolO3 S 85 ff 115 6 Fallstudie Wie und mit welchen konkreten Werten die drei alternativen Instandhaltungsstrategien im Modell zu hinterlegen sind ist in Abschnitt 6 3 3 beschrieben Sie werden basierend auf der Zustandsgleichung vgl Formel 16 und den in Abschnitt 4 7 erarbeiteten Zusammenh ngen siehe Abbildung 22 simuliert und bewertet 6 3 3 Simulation und Bewertung Die Modellierung der Instandhaltungsstrategien f r das Anwendungsbeispiel beruht auf den Erfahrungen und den von der DB Netz AG zur Verf gung gestellten Messreihen aus dem praktischen Einsatz des Verfahrens der Zustands berwachung vgl Abschnitt 6 3 1 3 6 3 3 1 Schrittfolge Instandhaltungsstrategiebewertung Analog zu der in Abschnitt 5 4 beschriebenen Reihenfolge der Arbeitsschritte in der Instand haltungsstrategiebewertung sind die f r das Fallbeispiel geltenden Randbedingungen zu be schreiben Abbildung 42 dient als Orientierung in der beispielhaften Bewertung Messdaten S Zustandsgleichung zusammenstellen W x 16 Belastungsparameter Y Betriebsstunden berfahrten Ausfallrate At Tabelle 7 19 Instandhaltungsparameter Dauer Stundensatz etc Tabelle 7 Mehrfach Festlegung Simulation ber Konfidenzintervall T 25 Jahre 11
46. nderung des Abnutzungsvorrats hervorgerufen durch Instandhaltungsma nahme i Erh hung der Instandhaltungskosten hervorgerufen durch Instandhaltungsma nahme Erh hung der Instandhaltungskosten hervorgerufen durch Nichtverf gbarkeit bzw eingeschr nkte Systemverf gbarkeit Abbildung 21 Modellbausteine Mit Abbildung 21 wird deutlich dass keine separate Erfassung der Systemsicherheit erfolgt Es wird vorausgesetzt dass mit der Zustandsbeschreibung die Sicherheit fortlaufend ber wacht und bei Sicherheitsm ngeln in Form einer Nichtverf gbarkeit des Systems oder f lligen Instandhaltung monet r bewertet wird Die Bewertung der Instandhaltungsstrategien erfolgt anhand der Gr e Instandhaltungskosten direkt und indirekt vgl Abschnitt 4 3 und dem Personalbedarf Die verf gbaren Personalressourcen stellen in der Praxis eine Grenze der ma ximal durchf hrbaren Instandhaltungsma nahmen pro Zeiteinheit dar und sind in einer Stra tegiebewertung separat zu ber cksichtigen Im Umkehrschluss lassen diese Informationen auch R ckschl sse auf m gliche Personaleinstellungen oder streichungen zum Zeitpunkt der Investition zu Dies unterstreicht die Tatsache dass dieses Bewertungsverfahren nicht nur eine hervorragende Unterst tzung im Investitionsentscheidungsprozess darstellt sondern auch f r die Beantwortung von dar ber hinaus gehenden Fragestellungen genutzt werden kann 4 7 3 Modellaufbau und Bewertung Zum Modellaufbau empfi
47. t der si cherungstechnischen Anlagen und damit der Verkehrsleistung Die Zielstellung dieser Arbeit ist es den Eisenbahninfrastrukturmanagern aufbauend auf der Idee der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien ein Instru mentarium an die Hand zu geben dass sie bei notwendigen Investitionsentscheidungen un terst tzt und ihnen eine im Vergleich zu bisherigen Bewertungsans tzen wesentlich bessere Entscheidungsgrundlage schafft Mit dem entwickelten Verfahren soll der theoretischen wie praktischen Forderung nachgekommen werden eine integrierte Betrachtung von LCC basierten Investitionsstrategien und Instandhaltungsstrategien sicherzustellen Bor07 Es ist zu vermuten dass dieses Werkzeug zum einen zu mehr konomischer Effizienz bei den Infra strukturmanagern und zum anderen zu einer sparsameren Verwendung von Steuergeldern f hrt Somit hat es sowohl eine betriebswirtschaftliche wie volkswirtschaftliche Relevanz Dabei sei die Tragweite der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstra tegien an folgendem Beispiel verdeutlicht Wenn in den kommenden 10 Jahren Neuinvestitio nen in 1000 Stellwerke notwendig sind Bor06 w rden geringere Lebenszykluskosten jedes einzelnen Stellwerks von im Mittel lediglich 50 000 Geldeinheiten GE gemessen am Ge samtvolumen solcher Projekte ist dies wenig und damit eine durchaus realistische Gr e bei gleicher Betriebsqualit t zu unternehmerischen Einspa
48. tigt werden Mit einer ersten Investitionsstrategieselektion und der Kenntnis der gesetzlichen wie unter nehmerischen Vorgaben sowie den verf gbaren Ressourcen sind die wesentlichen Randpara meter f r die sich anschlie ende Definition m glicher Instandhaltungsstrategien festgelegt Mit den Investitionsalternativen sind die Art Anzahl und r umliche Anordnung sowie techni sche Beschaffenheit Alter Zuverl ssigkeit etc der verbauten Infrastrukturelemente bekannt Die definierten Instandhaltungsstrategien vgl Abschnitt 4 4 werden in der Modellierungs umgebung hinterlegt und hinsichtlich der Zielfunktion i d R niedrigste Kosten analysiert Im Rahmen der Strategieanalyse erfolgen Optimierungsbetrachtungen die mitunter zu Anpas sungen in den Instandhaltungsstrategien f hren vgl Abschnitt 4 7 Das Ergebnis von Model lierung Analyse und Bewertung ist die Bestimmung einer zu den Investitionsstrategien unter wirtschaftlichem Gesichtspunkt jeweils optimal passenden Instandhaltungsstrategie Dabei muss der Schritt der Instandhaltungsstrategiebewertung und selektion mehrfach d h f r mehrere Investitionsstrategien ausgef hrt werden wenn X gt 1 Dieser Fall tritt dann ein wenn zwei oder mehr m gliche Investitionsstrategien mit hnlichem Kosten Nutzen Verh ltnis iden tifiziert werden Dann ist zu pr fen welche der Investitionsstrategie n mit ggf geringf gig h heren LCC und oder niedrigerem Nutzen durch eventuell kosteng nstig
49. um standhaltung eine Einheit in einen Zustand zu bringen in dem sie eine geforderte Funktion erf llen kann Ausfallrate Anzahl der Ausf lle einer Einheit w hrend eines gegebenen Zeitintervalls dividiert durch dieses Zeitintervall Betrachtungseinheit Jedes Teil Bauelement Ger t Teilsystem jede Funktions einheit jedes Betriebsmittel oder System das f r sich bei der Definition von Instandhaltungsma nahmen betrachtet werden kann Entst rung Siehe Instandsetzung Austausch einer noch funktionsf higen Einheit Fehler Unzul ssige Nicht bereinstimmung eines bestimmten Istmerkmals einer Betrachtungseinheit BE mit dem Soll Inspektion Ma nahmen zur Feststellung und Beurteilung des lst zustands einer Betrachtungseinheit Instandhaltung Kombination aller technischen und administrativen Ma nahmen sowie Ma nahmen des Managements w hrend des Lebenszyklus einer Betrachtungseinheit zur Erhaltung des funktionstahigen Zustands oder die R ckf hrung in die sen so dass sie die geforderte Funktion erf llen kann Anhang A Instandhaltungsterminologie Instandsetzung Korrektive Instandhal tung Perfektive Instandhal tung Pr ventive Instandhal tung Sch digung Verbesserung Verf gbarkeit Wartung Zeitabh ngige Instand haltung Zuverl ssigkeit Zustandsorientierte In standhaltung 134 Ma nahmen zur R ckf hrung einer Betrachtungseinheit in den funktionsf higen Zustand Umfa
50. 07 88 6 2 Investitionsstrategiebewertung 6 2 2 Identifikation von Investitionsstrategien Um alternative Investitionsstrategien bewerten zu k nnen m ssen zun chst die prinzipiell geeigneten Alternativen identifiziert werden Dazu m ssen die Anforderungen an Leistung und Qualit t des Systems bekannt sein die es von den in Frage kommenden Alternativen zu erf llen gilt Darauf aufbauend k nnen die m glichen Betriebsverfahren und damit die alter nativen Streckenausr stungen bestimmt werden 6 2 2 1 Muss Anforderungen Bei der Bestimmung von Investitionsalternativen sind zun chst jene Anforderungen zu Identi fizieren die als sogenannte Muss Kriterien zwingend erf llt sein m ssen F r den hier be schriebenen Anwendungsfall werden e eine Streckengeschwindigkeit gr er gleich 80 km h sowie e eine Mindeststreckenkapazit t in Form des geforderten Fahrplans als Muss Anforderungen identifiziert Damit wird von allen Alternativen erwartet dass sich mit ihnen mindestens die entsprechend des Fahrplans geforderte Transportnachfrage erful len l sst Gleichzeitig ergeben sich daraus f r das hier gew hlte Anwendungsbeispiel keine Unterschiede in den erzielbaren Trassenerl sen Der monet r bewertbare Nutzen ist somit f r alle Investitionsstrategien gleich vgl Abschnitt 6 2 3 3 Eine bererf llung des Fahrplans d h die M glichkeiten zu mehr Z gen auf der Strecke und damit eine erh hte Leistungsf higkeit
51. 1 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60781 LIE6GOFSLILICEOVSLLILEOVSLL s a d ne y 977 Je ds sgq je Punyamag ayas yAjeuezueun ssiuq DBi3 3 Pueyuy s JAONUDIMUN Ja osje Yey 1l uJ UDISSIU 3 A ANZ y219 6 J A UdPJIIP WI apUNduaZINN 0 lu uj Deueuusuonisodsiq ssep s ip 4 N p q Hyayabwun Tuswabeuewsuonisodsig s DBi1uon1suon gt xuni Ula sje JAHIZYDIIM Jain Osje ys 94Jund USZINN y N pu w beuewsuosodsig WNMSNYUSZINN WNZ UOlalfDlan WI yey 1 y y LUNA yUaZINN seq jaidsiag Wasalp ue uol1 idi lul 91yund Jap Buni lne i3 O N N N N L 6 8 Z L 6 S Z L HTU TT ER Eu ES zu EZ m s KA ES ER WE ER ss N m Juswa euew Bunyeyss wn SUMEAA uabunjouseqn Bun joy an MYIS9H Ud 4I913S ene ae S UNIOS 4ayp lneq jusa unzna1y nz jne 6nz Jap SYD Bow sjey zedey 5 UOA JIayIeEqneqqy 6 6 s6 Iqix l4 199 1e1il q x ld uoA yayy gt jboyy ap bunz nupuu 4i4 sbuni li AA43 yu ui Beueuu Bunywy maH suol isodsiq jund Hay ayp s I idsi q ej USIuUELUSANLULEIN ssnu5si qn s1e1izedey Juswa euew SBUNIOIS s lqirx 4 Kunyeysa wn Jayrineq 199 JEUIIGIX9 4 uabunjedsiap UOA JlsyAeqneqqy uabunjouysaqn Ju o unzna1y nz UOA Hau Dou B6unBDBj oji A Jne 6nz Jap Bunzinupwe4g MUIS9HUd I913S Jap HAYDI Qu sS6un1 1 M17 Juswo euew suol Isodsiq Hay ayp s U 14
52. 3 die Einordnung des Systems in das Instandhaltungsmanagement einer Anlage bzw eines gesamten Netzes Ausgehend von dem durch Systemstrukturierung und zustandsmodellierung gewonnenen Modellaufbau erfolgt die Simulation der m glichen Instandhaltungsstrategien f r das System A Stellt das System einen Teil einer Anlage bestehend aus mehreren Systemen dar so ist es aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll m gliche Synergieeffekte in der Instandhaltung zu untersuchen Diese ergeben sich z B dann wenn Instandhaltungsma nahmen zusammen ausgef hrt werden k nnen Da solche Effekte in Abh ngigkeit der Instandhaltungsstrategie unterschiedlich ausfallen k nnen sind sie bei der Strategieselektion zu betrachten Eine solche Blockbildung ist vor allem im Schienennetz mit seinen r umlich verteilten Systemen rele vant Hier ist es sinnvoll mehrere Sicherungssysteme durch ihre r umliche Zusammengeh rig keit als eine Anlage zu betrachten und zu bewerten Die Verarbeitung in der Simulation B ist dementsprechend festzulegen Bei der gemeinsamen Instandhaltung von bspw Signal Wei chenantrieb und Achsz hler die sich in einem Blockabschnitt befinden k nnen mitunter er hebliche Wegezeiten und damit Kosten eingespart werden Dabei ist jedoch auch zu pr fen ob die Einsparungen gr er sind als der monet re Wert der nicht genutzten Zustandsreserve vgl Abbildung 18 Vor diesem Hintergrund wird der Strategiesimulation eine Optimier
53. 81 Abbildung 20 verdeutlicht dass die kritischen Einheiten einer Betrachtungseinheit die M glichkeiten der Instandhaltung bestimmen Kritische Einheiten sind dadurch gekenn zeichnet dass sie entscheidend Einfluss auf die Sicherheit und Betriebstauglichkeit der Be trachtungseinheit nehmen vgl Abschnitt 4 4 2 Besteht das System ausschlie lich aus unkri tischen Einheiten ist eine zuf llige oder ausfallorientierte Instandhaltung denkbar F r die Systeme der Bahnsicherungstechnik kommt die zuf llige Instandhaltung aufgrund ihrer ver teilten Struktur und hohen betrieblichen Sicherheitsanforderungen eher nicht in Frage Eine ausfallorientiert Instandhaltung ist nur in besonderen F llen denkbar z B bei Anlagen auf kaum benutzten Schienenfahrwegen Werden sicherheitskritische und oder funktionskriti sche Einheiten identifiziert sollte wenn m glich eine pr ventive Instandhaltungsstrategie ge w hlt werden Je nachdem ob eine Zustandserfassung technologisch m glich und oder be triebswirtschaftlich sinnvoll ist sind neben der zeitabh ngigen pr ventiven Instandhaltung die zustandsorientierte Instandhaltung durch Inspektion oder durch ONLINE Monitoring vgl Ab schnitt 4 4 2 m glich In diesem Fall sind alle vier Grundstrategien prinzipiell denkbar 3 Zus tzlich kann auf bestehende L sungen f r eine EDV Unterst tzung bei einer solchen technischen Analyse von Instandhaltungsstrategien zur ckgegriffen werden BR93 51 4 In
54. AAA 87 6 2 2 Identifikation von Investitionsstrategien aa 89 6 2 3 Simulation amp Bewertung een 91 6 3 Instandhaltunosstrategiebewertung r 106 6 3 1 Das System Eisenbahnweiche r rra r arr a 107 6 3 2 Definition von Instandhaltunosstrategien 114 Oo SMa onr und BEWER ING ne 116 6 A Entscheidung grundlage aa ee 123 7 Zusammenfassung und Ausblick 125 PAEA E EEEE C E E A ee 125 E UE 126 ADKUFZUNGSVETZEICHNIS EE 129 Verzeichnis Formelzeichen 131 ANNAN W 133 Lterat rverzeichnis u u agoe 151 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 J hrlicher Gesamtautwand f r Bahnsicherungstechnik in Gleiskilometer Pasco aU Gero EE 2 Abbildung 2 Zusammenhang Investitions und Instandhaltungsstrategie 3 Abbildung 3 Wissenschaftliche Einordnung dieser Arben 6 Abbildung 4 Struktur der Arbelt EG 8 Abbildung 5 physische Strukturierung der streckenseitigen EISeERDAaNnnNSICHEFUNGSTECHNIK seien 10 Abbildung 6 Kosteneisberg Bla08 zo 15 Abbildung 7 Lebenszyklus von Bahnsicherunostechnik 15 Abbildung 8 Festlegung vs Entstehung der LCC SchO5 S44 17 ADDIOGUNG D Str UKTUreru
55. Anwendungsfelder sowie die Vorteile die mit Anwendung der neuen Bewertungssystematik 1 Einf hrung erzielbar sind Au erdem werden offene Fragestellungen f r weitergehende Betrachtungen benannt Abbildung 4 verschafft einen berblick ber den Aufbau der Arbeit Kapitel 2 Eisenbahnsicherungstechnik Kapitel 3 Kapitel 4 Investitionsstrategien Instandhaltungsstrategien Kapitel 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien Kapitel 6 Fallstudie Kapitel 7 Zusammenfassung u Ausblick Abbildung 4 Struktur der Arbeit 2 Eisenbahnsicherungstechnik Die Eisenbahnsicherungstechnik ist ein wesentliches Element des Schienenfahrwegs Somit liegen Investitions und Instandhaltungsentscheidungen in der Verantwortung der Eisenbahn infrastrukturunternehmen Die Eisenbahnsicherungstechnik geh rt zu der Anlagenklasse der aufgrund von e hohen Investitionsausgaben e langen Anlagenlebensdauern und e hohen Verf gbarkeitsanforderungen umfassenden Analysen und Bewertungen von alternativen Investitionsstrategien ein hoher Stellenwert beigemessen werden sollte Dabei spielen richtige Investitions und Instandhal tungsentscheidungen f r die Sicherungstechnik sowohl aus Unternehmensperspektive als auch aus Sicht der Volkswirtschaft eine wichtige Rolle vgl Abschnitt 1 1 Deshalb soll das Verfahren der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien in die ser Arbei
56. Aspekte beschrieben e Ausl ser f r pr ventive Instandhaltungsma nahmen Zeit und Zustand e Ausl ser f r korrektive Instandhaltungsma nahmen absehbar in Abh ngigkeit vom Zustand systembedingt und zuf llig 114 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung Zustandsabh ngige Instandhaltung Mit der Abbildung der zustandsorientierten Instandhaltungsstrategie k nnen die wirtschaftli chen Potentiale einer rein auf den Erkenntnissen aus zustands berwachenden Systemen Di agnosesystemen basierenden Instandhaltung simulativ bewertet werden F r die Modellierung und Bewertung gilt dass zus tzlich zu zustandsabh ngigen pr ventiven Ma nahmen Instand setzungen als Folge zuf lliger Ausf lle notwendig sind Die Simulation dieser Strategie fu t in Anlehnung auf die Ausf hrungen in Abschnitt 5 3 2 auf den folgenden zwei S ulen e Ausl ser f r pr ventive Instandhaltungsma nahmen Zustand e Ausl ser f r korrektive Instandhaltungsma nahmen Zufall Entsprechend dem praktischen Einsatz des Weichendiagnosesystems wird bei der Bewertung dieser Strategie eine kontinuierliche Zustandsabfrage vgl Abschnitt 4 4 2 nachgebildet Ausfallorientierte Instandhaltung Bei einer ausfallorientierten Instandhaltung werden keine pr ventiven Instandhaltungsmab nahmen durchgef hrt Ist der hinterlegte Grenzwert des Zustandsparameters erreicht f llt das System aus Eine Entst rung ist notwendig und wird entsprechend im Simulationsmodell a
57. Ausf hrungen in den Abschnitten 4 1 und 4 2 folgend l sst sich mit der Zustandsbeschreibung zum einen eine Aussage zur Systemverf gbarkeit treffen Zum anderen bedarf es der Zustandsbeschreibung zur Abbildung von zustands und ausfallorientierter Instandhaltung sowie der Auswirkungen der Instandhaltungsma nahmen auf den Systemzustand vgl Abschnitt 4 4 Mit der Abbil dung der Systemverf gbarkeit der Instandhaltungsereignisse und der Auswirkungen der Ma nahmen auf den Zustand sowie auf Instandhaltungskosten und Personalbedarf erm g licht die Modellierung die Bewertung der Instandhaltungsstrategien Dabei ist die Modellierung f r die Bewertung von Basis und kombinierten Instandhaltungs strategien vgl Abschnitt 4 4 gleicherma en geeignet Auftretende Ver nderungen im Sys temumfeld Beanspruchung Betriebszeit etc die w hrend der langen Lebensdauer der An lage eintreten k nnen und eventuell zum Investitionszeitpunkt vorhersehbar sind k nnen in das Modell eingepflegt und Strategieanpassungen analysiert werden vgl Kel97 S 167 ff 58 4 7 Modellierung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien Personalbedarf Systemeinheit n any Instandhaltungsereignis H lt Wartung Beanspruchung gt Systemeinheit 1 Instandsetzung VerschleiBverhalten System I A Systemverf gbarkeit Systemgrenzwerte Zeit Zustand AkA Instandhaltungskosten
58. Bahnbetrieb planen steuern und sichern 4 Aufl Stuttgart Teubner Pachl J rn 2005 Entwicklung der Leit und Sicherungstechnik f r das System Bahn In Eisenbahntechnische Rundschau ETR Jg 54 H 3 S 96 102 P tzold Wittenberg Heinrichs et al Hg 2001 Kommentar zur Eisenbahn Bau und Betriebsordnung EBO 4 Aufl Darmstadt Hestra Verlag Perridon Louis Steiner Manfred 2007 Finanzwirtschaft der Unternehmung 14 Aufl M nchen Vahlen Pfeiffer W Metze G Schneider W Amler R 1991 Technologie Porttfolio zum Management strategischer Zukunftsgesch ftsfelder 6 Aufl G ttingen Vandenhoeck und Ruprecht Pomerol Jean Charles Barba Romero Casillas Sergio 2000 Multicriterion de cision in management principles and practice Boston u a Kluwer Acad Publ P rner Ronald 2007 Anschluss finden Europas Anstrengungen f r die Ein heit auf der Schiene In ZEVrail Glasers Annalen Jg 131 H 6 7 S 239 245 Preu Erich 1996 Stellwerke deutscher Eisenbahnen Technik und Bauwerk Stuttgart Transpress Verl Ges ProO2 Rad06 Rai04 Rai06 RH04 RBO3 Rie96 Rud08 Saa97 Saa94 Sch06 SchO7a SchO7b Sch05 Literaturverzeichnis Proksch R diger 2002 Modellbasierte Planung und Bewertung von Instand haltungsstrategien am Beispiel einer Serienfertigung mit geringer Variantenzahl Heimsheim Jost Jetter Verl Radtke A
59. Bestimmung der Besitzkosten beruft man sich zumeist auf Erfahrungen die man mit hnlichen Anlagen oder aus Prototypentests gesammelt hat Zu den Besitzkosten z hlen in erster Linie alle Aufwendungen f r den eigentlichen Betrieb der Anlage F r die Bahnsicherungstechnik machen die Betriebskosten den gr ten Teil der Be sitzkosten aus Sie setzen sich zusammen aus den Kosten f r Personal z B Fahrdienstleiter Betriebsmittel Energie und notwendige Betriebsr ume z B Stellwerksgebdude 3 Investitionsstrategien Neben den Betriebskosten beeinflussen die Kosten f r notwendige Instandhaltungsma nah men Wartung Inspektion und Instandsetzung und damit verbundene Ausgaben f r not wendige Ersatzteile die Besitzkosten in zum Teil erheblichem Umfang Ada89 S 19 Dabei unterscheidet man zwischen direkten und indirekten Instandhaltungskosten Letztere werden auch als Folgekosten bezeichnet d h Kosten die aufgrund der Nichtverf gbarkeit der Be trachtungseinheit entstehen Die Zuordnung richtet sich danach ob die Kosten unmittelbar mit der Instandhaltungsma nahme verbunden sind direkt oder aufgrund von Folgeereignis sen entstehen indirekt Direkte Instandhaltungskosten werden durch die konkreten Ma nahmen im Rahmen einer Wartung Inspektion oder Instandsetzung verursacht Des Weiteren geh ren dazu Kosten die aufgrund von nderungen an der Betrachtungseinheit i d R mit dem Ziel der Anlagenverbesserung bzw Modernisieru
60. Dabei sind die Entsorgungskosten im Lebenszyklus von Systemen der Eisenbahnsicherungs technik von untergeordneter Bedeutung Dies liegt vor allem daran dass bei Einsatzzeitr u men der Anlagen von mindestens 25 Jahren der Einfluss der Kosten f r die Anlagenentsor gung auf das Gesamtergebnis durch die starke Abzinsung vgl Abbildung 11 vergleichsweise gering ist Des Weiteren kann bei Entsorgungskosten aufgrund der Informationsunsicherheit nur mit groben Absch tzungen gearbeitet werden 21 Sollte durch eine Investitionsalternative aus technischer Sicht eine Steigerung des Verkehrsvolumens m glich sein so wird dies im Rahmen der qualitativen Nutzenbewertung ber cksichtigt Eine Monetarisierung ist nicht m glich da dies eine entsprechende Nachfrage nach mehr Verkehrsleistungen voraussetzt 22 Die einzelnen Kostenpositionen k nnen nur Circa Werte sein Ausnahme bilden die Anschaffungsausgaben die anhand der Angebots bzw der Ausschreibungsunterlagen genau beziffert werden k nnen 23 Die Instandhaltungskosten werden getrennt hiervon bewertet vgl Abschnitt 4 7 27 3 Investitionsstrategien F r die Erl sstruktur k nnen je nach Bewertungsabsicht 1 Erl se aus Trassenverk ufen und 2 Liquidationserl se 4 relevant sein Daneben spielen Subventionen in der praktischen Alternativenbewertung eine entscheidende Rolle Konsequenterweise sollten sie in einem Bewertungsinstrument aus Sicht des Infrastruk turunternehmens ber cksic
61. ESVSVE O60ELE LEGCOY CZLSEV 586697 785 05 L6L8V5 9 758 6l Em sslo ozto r8lo 6e6Lo s zo zero Joszo 0 Z0 zezo SI O orEo 89E 0 Z6E 0 ezrio EPO 0060 OFSO Jesso oec9 o 189 0 SE O ren ZS8 0 19760 000 9V0 6S 970265 970265 970265 9Y0L65 970265 970265 VOCS 970265 970265 970265 970265 970265 970265 970265 970265 970265 VOCS 970265 970765 970265 970265 970765 970765 9 758 61l E 970765 970765 970265 970765 970765 970765 970765 970765 970265 970765 970765 970265 970765 970765 970265 970765 970765 970265 970765 970765 970765 970765 970765 970765 970765 s a d ney 0009E891 ZV 9753 jaldsieqije4 Punyamag audsijAjeuezueul 3ss uqab1F D OUeYyUY 056 976 El J E 981 169907 JEQBZILC VE GVOVSC JO9EVLC BLEIGT ECOOZCE GCOSGVE GLCELE VELEOV Stot 6L O V ZEBZLOS PISS LVECOS BC 6E9 06069 J6ZLOVZ E 8508 EPO LZO6E6 BYLSLOLICSE9YEOLPL66 VL H mieg 8 esio zlo 810 60 sizo ECH joszo D ZO 620 SLE re o Soco Keco G k 9 0 D e0 Den lesso 90 189 0 sezo 6 0 ZS8 0 D e0 000 10 e s6un ceor8elllceorelliccorelikeorslllceorelliccoreli iceorelllceorelllc6oreliiceorslliceorelllceorelliccorelllceorelllc6orelliccorelliceorslllceorellic6orellic6orslLlceorelllc6orellic6orsliic6e0resll r66 rl c60Or8L LIC60781 LIZ60V81 LIC60V81 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60V81 LIZ60781 LIZ60781 LIZ60V81 L C60781 LIZ60781 LIZ60781 LIZ6078
62. Eine Weiterent wicklung des einfachen Zugleitbetriebs ist der signalisierte Zugleitbetrieb mit dem Streckenge schwindigkeiten von bis zu 120 km h m glich sind Dies wird durch den Einsatz eines verein 90 6 2 Investitionsstrategiebewertung fachten Signalsystems m glich F r die hier bewertete Investitionsalternative des signalisierten Zugleitbetriebs wird davon ausgegangen dass die Gesamtheit der Stellbefehle von zwei Zug leitern vorgenommen und ber ein Fernwirksystem an die lokalen Arbeitspl tze bertragen wird NP04 Dem Schritt der Bestimmung alternativ m glicher Investitionsstrategien schlie t sich deren Simulation und Bewertung an vgl Abbildung 26 6 2 3 Simulation amp Bewertung Zur Orientierung sind einleitend in Abschnitt 6 2 3 1 die im Rahmen der Fallstudie ergriffenen Schritte zur Investitionsstrategiebewertung benannt Die Ausf hrung und die dabei gewon nenen Ergebnisse sind in den Abschnitten 6 2 3 2 bis 6 2 3 4 erl utert 6 2 3 1 Schrittfolge Investitionsstrategiebewertung In Anlehnung an die Ausf hrungen in Abschnitt 5 4 sind folgende Arbeitsschritte im Rahmen der Investitionsstrategiebewertung durchzuf hren 1 Es sind die identifizierten Investitionsalternativen in der Simulationsumgebung zu hin terlegen vgl Tabelle 2 und zur Bewertung ihrer betrieblichen Qualit t zu simulieren vgl Abschnitt 6 2 3 2 Mit den Erkenntnissen aus den Simulationsl ufen erfolgt die Bewertung der Investitionsstr
63. Funktionsweise der sie zustandsbeschreibenden Diagnosesysteme beschrieben Dies schafft die Grundlage f r die Zustandsmodellierung Mit diesen Hintergrundinformationen kann die eigentliche Bewertung der ausgew hlten Instandhaltungsstrategien erfolgen vgl Abschnitte 6 3 2 und 6 3 3 6 3 1 Das System Eisenbahnweiche Dieser folgende Abschnitt untergliedert sich entsprechend Abbildung 35 und hat aufbauend auf den Kenntnissen von System und Verhalten die Zustandsmodellierung mittels Zustands funktion zum Ziel 63 1 1 6 3 1 2 Weichendiagnosesysteme 6 3 1 3 Systemaufbau und gt l Quelle f r Zustandsmodellierung funktion l Zustandsinformationen Abbildung 35 Struktur Abschnitt 6 3 1 6 3 1 1 Aufbau und Funktion Der Weichenantrieb siehe Abbildung 36 ist ein wesentlicher Bestandteil der Weichenstellvor richtung und erm glicht gemeinsam mit dem Weichenoberbau der sich aus Herzst ck Wei chenzunge Weichenschwelle und Fahrschiene mit Radlenker zusammensetzt vgl Abbildung 37 den Gleiswechsel eines Zuges ohne eine Fahrtunterbrechung notwendig zu machen BH86 62 Offen bleibt an dieser Stelle die Instandhaltungsstrategiebewertung f r die anderen in der Investitionsstrategie vorgesehenen Sicherungssysteme Signale Achsz hler Gleisstromkreise Gleismagnete Signaltafeln vgl Ab schnitt 6 2 2 2 Dies m sste analog zum System Weiche erfolgen Dieser Umstand schlie t eine Netzbe
64. Gleisbett Oberbau Sto02 S 27 f Das Diagnoseprinzip von Wei chen beruht bei allen Systemanbietern auf der Proportionalit t zwischen abgegebener Kraft des Motors zu aufgenommener Wirkleistung des Motors vgl Abbildung 39 Das Diagnose system misst dazu den zeitlichen Verlauf von Stellspannung und strom w hrend des Wei chenumlaufs Aus diesen Spannungs und Stromwerten wird vom Diagnosesystem eine Wirk leistungskurve in Abh ngigkeit von der Zeit errechnet Aus dem damit berechneten Kurven verlauf der den Ist Zustand der Weiche abbildet k nnen bereits vorhandene oder sich ab zeichnende Weichenm ngel abgeleitet werden Hierbei unterst tzend wirken systeminterne Auswertemodule mittels derer wichtige Kennwerte zur Zustandsbeurteilung aus dem Um stellvorgang ermittelt werden Diese Kennwerte werden mit den zeitfensterspezifischen Wirk leistungsgrenzwerten verglichen wobei die Grenzwerte in Abh ngigkeit vom Weichentyp Verschlusstyp und Weichenantriebstyp definiert sind Sie98b In Abbildung 39 ist der zeitliche Verlauf der Wirkleistung eines Weichenantriebsmotors dargestellt Au erdem sind die defi nierten Zeitfenster horizontale Linien hinterlegt sowie beispielhaft der Grenzwertbereich f r 109 6 Fallstudie den Parameter Zungenschwergang skizziert Ergibt der Abgleich eine berschreitung des Grenzwertbereichs vgl Abbildung 40 wird eine Warnmeldung ausgegeben Sto02 Verschlusspeak Bewegung beider Beginn der St
65. I AA J JAJ S P Vi JOM J UuDSI1l eIUDIO11O uol eyiJiz dsuu 1s s Ye Buuonuon 768 IIYOX IA yeu NN uijuo Bunssayy uoNedsu YoINp usynejabge J ugz1l z op H AZU 1C I NIJN NI3N UDIUOINUNUON Dunssay SISAISIG puelsnz usjepuejdiye sne Wezsqaliied wor Nayb bueygav ul sojabsne jejsnv Yamsbuebsny Jab le4nz H M YSP osiodiuauiaune omzusig JPG Lawes ln Bunqi iu3s qspue1snz Ca Buni ss qu Aspue1snz sn y 7 Bunyeypugsuj aualuauojeysne Dunyem Bi6ueuqespue1snz bunuem ab bueygel1laz bunbansayual3Wweleg gt I6 1e411S g I6 1e11S y I6 1le1ns Buni1se qu 32 41s uon layHbibueuqy Ul 768 IH0J 4q Yeu Buniaisi1069a e4U999135 Janepsbarq UaPUNIssSqaljaquaydaI1S u yye qnN uezuv BueBiuoA 1lsuin uezuv uone nuuissq 1l g Jaiy ue diued u ls q ui qu yp 11sSs Abbildung 28 Simulationsablauf bei der Bewertung von Instandhaltunosstrategien auf Systemebene 7 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien Abbildung 28 macht deutlich dass der Kern der Instandhaltungsstrategiemodellierung die kontinuierliche Simulation Berechnung des Systemzustands ist Dieser ist zum einen abh n gig von dem betrachteten Objekt und dessen Anfangsqualit t sowie den zutreffenden tech nikspezifischen Sch digungsmechanismen vgl Abschnitt 4 2 Zum andere
66. J ger B rbel 2008 Efficient maintenance strategy through System Dynamics In Allan J Arias E Brebbia C A Goodman C J Rumsey A F Sciutto G Tomi N Hg Computer System Design and Operation in the Railway and other Transit Systems Com puters in railways XI WIT Press S 755 764 Bormet J rg 2006 Anforderungen des Betreibers an den Life cycle 6 Interna tionaler Signal amp Draht Kongress Innovationen und Veralterung in der Fahrweg sicherungstechnik Fulda Bormet J rg 2007 Anforderungen des Betreibers an den Life cycle in der Fahrwegsicherungstechnik In Signal amp Draht Jg 99 H 1 2 S 6 16 Br ggemann Holger 1999 Evolution res Management von Produktionsanla gen Aachen Shaker Busemann Andreas 2009 Die beste Technik f r das beste Netz In Deine Bahn H 3 S 2 7 Coenenberg Adolf G Fischer Thomas M G nther Thomas 2007 Kosten rechnung und Kostenanalyse Stuttgart Sch ffer Poeschel 6 Daum Bernd 2002 Lifecycle integrierte Produktentwicklungsumgebung Aa chen Shaker DBO8 DB02a DBO2b DBO6a DBO6b DBO6c DIN9O DINO1 DINO3 DINO5 DINO8 EDO7 Eng86 Eng03 Eur01 Fen07 FKHO3 Literaturverzeichnis DB AG 2008 Wettbewerbsbericht 2008 DB Netz AG 2002 Konzernrichtlinie 405 Fahrwegkapazit t DB Netz AG 2002 Konzernrichtlinie 413 Infrastruktur gestalten DB Netz AG 2006
67. Kenntnis ber die relevanten Kostengr en also je nen Kosten die den wirtschaftlichen Erfolg einer Anlage ma geblich bestimmen In Anleh nung an die in der DIN EN 60300 3 3 beschriebene W rfeldarstellung der LCC mit den drei Dimensionen Produkt Kostenstruktur und Zeit vgl DINO5 S 14 wurde die in Abbildung 9 dargestellte Strukturierung der Betreiber LCC vorgenommen Eine Ber cksichtigung der Pro duktstruktur erfolgt dabei nicht vielmehr ist das hier abge bildete LCC GerUst individuell f r die jeweils zu untersuchende Betrachtungseinheit anzupassen Somit bildet die in Abbil dung 9 wiedergegebene Struktur die Grundlage f r LCC Analysen f r Systeme der Bahnsiche rungstechnik aus Betreibersicht Die farbliche Differenzierung l sst zwischen einmaligen und wiederkehrenden Kostengr en unterscheiden Die wiederkehrenden Kostenbestandteile werden hinsichtlich ihres Betrages in variierend und fest unterteilt Anschaffungs Besitz und Entsorgungskosten bilden angelehnt an die Phasen des Lebens zyklus vgl Abbildung 7 die drei Grunds ulen der Lebenszykluskosten aus Betreibersicht Eine eventuell feinere Gliederung h ngt zum einen vom Entscheidungsumfeld ab und zum ande ren vom zu bewertenden Produkt bzw der zu bewertenden Anlage Die VDI Richtlinie 2884 bietet eine umfassende Auflistung von m glichen Kosten im Lebenszyklus einer Anlage VDIO5 3 1 Investition und Investitionsstrategie Anschattungs osten Besitzkoste
68. Konzernrichtlinie 408 Z ge fahren und rangieren DB Netz AG 2006 Konzernrichtlinie 892 LST Anlagen montieren und instandhalten DB Netz AG 2006 Mobile L sungen zur Unterst tzung der Instandhaltung bei Schieneninfrastrukturdienstleistern e main F rderkennzeichen BMBF 19G2063A und 19G4014 Frankfurt am Main DIN 40041 1990 12 Begriffe der Zuverl ssigkeit DIN EN 13306 2001 09 Begriffe der Instandhaltung DIN 31051 2003 06 Grundlagen der Instandhaltung DINEN 60300 3 3 2005 03 Zuverl ssigkeitsmanagement Teil 3 3 Anwen dungsleitfaden Lebenszykluskosten IEC 60300 3 3 2004 DIN IEC 61709 2008 08 Bauelemente der Elektronik Zuverl ssigkeit Refe renzbedingungen f r Ausfallraten und Beanspruchungsmodelle zur Umrech nung Egiste mer Delalic Haris 2007 Vergleich von Entscheidungsunterst tzungs verfahren DLR e V Institut f r Verkehrsf hrung und Fahrzeugsteuerung Studi enarbeit Engelmann Hans 1986 Modell zur Quantifizierung und Bewertung von Be triebserschwernissen am Beispiel der Durcharbeitung von Gleisen Hannover Engels Lindemann Marcus 2003 Optimierung von Programm und Budget entscheidungen der betrieblichen Instandhaltung Heimsheim Jost Jetter Verl Europ ische Kommission 2001 Die europ ische Verkehrspolitik bis 2010 Wei chenstellungen f r die Zukunft Weissbuch Luxemburg Amt f r amtliche Ver ffentlichungen der Europ ischen Gemeinschaften Fendrich L
69. LF OLE9ELY 0 c9c V0 c9c V0 c9c Vv0 c9c V0 c9c V0 Cc9c V0 c9c Vv0 c8c9c V0 c9c VvV0 S9c V0D C9c V0 c9c Vv0 S9c VO c9c V0 8c9c V0 C9c rVv0 c9c V0 c9c V0 c9c VvV0 c9c V0 c9c v0 S9c V0 Cc9c V0 89c v OLE9ELY OV oneu zszu 1 4 Idsi q jejJ PDuny m g uo5sn jeuezueuiJ ssiuq Di3 I bGueuuv pj 695 LVO 8C BR E3997 ZLVOS SHVS 1 0885 L1SE9 106589 6 07 190008 90798 6LEEG VBLOOL LV8801 SSSZLL 6S6971 OLLZEL S8O8TL LE66ST LELELL SVS98L 8S9VLOZ 98GZ LZ E66VEL COLESZ S6OV Z ELBOESST sslo ozo v8L 0 e6Lo s zo zero Joszo 0 Z0 z6zo SLE O OvE O 89E 0 Ten ezrio EOP0 0060 OFSO Jesso 0890 1890 SE O F6 0 S80O 976 0 000 l ELOIEL ELOIYEL ECOIEGZ ECO96Z ELOYEL ELOIYEL ELO9EL ELOYEL ELOYEL ELOIYEL ECOIEGZ ECOIEZT ELOYEL ELO9YEL ECOIEGZ ELOYEL ELOYEL ECOIEGZT ELO9EL ELOYEL ELOYEL ECOIEGZ ELO9EL ELOYEL ELBOEBSC EZOIEL ECO96Z EZOY6L EZO96L EZOIGT EZO96L EZO96L EZOIGT EL096L ELO96L EL096L EL096L EL096L S lt Z096 EL096L aa era ETOIEZ EL096L ECO9GZ ECOIEZ ETOIEZ ELOIET ETOIGZ ETOIEZ EZOIEZ s a d ney 00087777 LV MLSI UU Uayeparepjawbnz jaidsieqije4 Ounyameg auDsijAjeuezueUlL assiuqabiq Z D OUeYyUY 38L 810 92 DD S9EE6 GEBOOL LOGSOL ELOZLL CCOLZL VBLZEL OSLSVL CLOO9L ELSCZLL 8E9981 69S LOL VOOZLCZ OLLSEC SLOEST CELVLL LLLO6Z V986LE
70. Nng ECC EE 19 Abbildung 10 2 Stufen Verfahren zur WA 23 Abbildung 11 Zeitwert versus Banwert ra anrrarrraariaass 24 Abbildung 12 Instandhaltung als Funktion von Sch dioung 37 Abbildung 13 Zeitlicher Verlauf des Abnutzungsvorrats in Anlehnung an DINO3 38 Abbildung 14 Messwertverl ufe zur Zustandsbeschreibung 39 Abbildung 15 Instandhaltungsstrategie Zusammenhang zwischen Zustand NEIEN 41 Abbildung 16 Strukturierung Instandhaltung vgl DINO3 43 Abbildung 17 Zusammenhang zwischen pr ventiven und korrektiven Instandhaltungsma nahmen in Anlehnung an Kel97 S 98 44 Abbildung 18 Produktivit tsverlust durch zeitabh ngige Instandhaltung in Anlehnung Sieg ZN EE EE 45 Abbildung 19 Methoden der Zustandserfassung a aaa 48 Abbildung 20 Instandhaltungsstrategieauswahl r a 52 Abbildung 21 Modellbausteine a rrarraaaraaass 59 Abbildung 22 Ursache Wirkungsbeziehungen Instandhaltung 61 Abbildung 23 Aufbau und Ablauf der Instandhaltungsstrategiemodellierung und DEWE UNO sauren ee ee ren ersehen 64 Abbildung 24 Anschaffungsausgaben versus Betreiber LCC 68 Abbildung 25 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien 69
71. OFFLINE Monitoring mitunter auch als Inspektion bezeichnet erfolgt die Zustandserfassung entweder nach einem fixen Zeitintervall oder die Zeitpunkte werden sequentiell festgelegt Das bedeutet dass nach jeder Inspektion der Zeitpunkt der n chsten bestimmt wird In der Regel werden dabei Messger te verwendet die die zuvor definierten Zustandsparameter abfragen ONLINE Monitoring beruht auf dem Einsatz von permanent in die Betrachtungseinheit eingebauter Messtechnik und einer konti nulerlichen Datenaufzeichnung Damit wird eine Zustandsabfrage zu jedwedem Zeitpunkt erm glicht Der erkennbare Vorteil des ONLINE Monitoring dass auf mitunter kostenintensive Inspektionen verzichtet werden kann kommt jedoch erst dann zum Tragen wenn die not wendige Messtechnik nicht zu teuer ist Als Konsequenz ist festzuhalten dass das ONLINE Monitoring nur dann angewendet werden sollte wenn die Messtechnik kosteng nstiger Ist als die Durchf hrung regelm iger Inspektionen Bei beiden Monitoring Verfahren werden die ermittelten Daten im Anschluss entweder direkt vor Ort oder nachtr glich durch stationa res Wartungspersonal hinsichtlich der hinterlegten Grenzwerte ausgewertet Das Ergebnis liefert eine Aussage zum Systemzustand und l sst damit R ckschl sse auf notwendige Instandhaltungsma nahmen zu Unabh ngig davon welche Art der Zustands berwachung gew hlt wird bei beiden sind die geeignete n Methode n und Messgr en der Zustandser fassung zu ide
72. S vgl Abschnitt 4 4 78 5 3 Vorgehensweise Kia Ko Materialkosten Anzahl Personal x Einsatzdauer x Personalstundensatz King 9 mit Ko fixe Kosten d h vom Umfang der Instandhaltungsma nahme unabh ngige Kosten z B Wegekosten King indirekte Instandhaltungskosten Der Zusammenhang der Gr en Instandhaltungsma nahme Zustand und Kosten beschreibt sich ber den Abnutzungsvorrat vgl Abbildung 22 Abschnitt 4 7 3 Parallel zur reinen Kos tenbewertung erm glicht das Modell einen Abgleich von verf gbaren mit ben tigten Res sourcen vgl Abbildung 23 F r die Grundstrategien der zeitabh ngigen zustandsorientierten und ausfallorientierten In standhaltung wird das Simulations und Bewertungsverfahren nachfolgend kurz verbal be schrieben Mit dem Fallbeispiel in Kapitel 6 werden diese Inhalte veranschaulicht Zeitabh ngige Instandhaltung Bei der zeitabh ngigen Instandhaltungsstrategie Strategie A vgl Abbildung 28 erfolgt die pr ventive Instandhaltung zun chst unabh ngig von dem eigentlichen Systemzustand son dern ausschlie lich auf Bas s des Wartungszyklus Im Modell wird deshalb kontinuierlich abge fragt wie viel Zeit seit der letzten Wartung vergangen ist Ein Abgleich mit dem hinterlegten Wartungsintervall nach KoRil 892 f hrt bei bereinstimmung zu einer Wartungsma nahme Dauer sowie notwendiges Personal und Material sind im Modell festgeschrieben Danach be rechnen sich die pr vent
73. S be EN JIS bi UA OTS e osdaqzuy Ors fe JsnepgIs MSIOIS sa sbunsaqsny A MSICIS sald e JWUYEUJEW HI SUSISeEqspueIsny BUeHIOAQTS YeZUy A DuebIoAacne A Bbundao35juJ e UOUN JASSE A Eueb4ossbundaozsjug gt USBUNASOISJUJIUEZUF A dun Al sjaejsnyigezug ii eny 4 2je5439 Le jesuspun 505434 DUPLUSOISIU e JEW DUDUSOTISIUZ ge CU Bun4sojsju3 e Os4adzug DUDUSOTISIUZ ge Janepsbundsczsju3 e AUNSUDN Jejaweled HI UDJI AA ul IN S baje1lssbunyjeypueIsuj usbIbueygespuelsnz Jop jaidsiag We 1 j 1s Diedg Bunyyamagqs are1ysspunyeypuezsuj sip un Hunqabwinsuolzejnwis 4 Pueyuy Literaturverzeichnis Ack98 Ada89 BBMO6 BR93 Bec05 BecO8 BJLO7 BRJO8 BSJO7 BSJO8 Ackermann Till 1998 Die Bewertung der P nktlichkeit als Qualit tsparameter im Schienenpersonenverkehr auf Basis der direkten Nutzenmessung Stuttgart Adam Sarwat 1989 Optimierung der Anlageninstandhaltung Verf gbarkeits antorderung Austallfolgekosten und Ausfallverhalten als Bestimmungsgr en wirtschaftlich sinnvoller Instandhaltungsstrategien Berlin E Schmidt Barkawi K Baader A Montanus S 2006 Erfolgreich im After Sales Ser vices Gesch ftsstrategie f r Service Management und Ersatzteillogistik Berlin IO al Springer Baum A Rosenbrock S 1993 Entwicklung eines EDV unterst tzten Verfah rens zur Bestimmung von geeigneten Instandhaltungsstrateg
74. Simulation In Allan J Arias E Brebbia C A Goodman C J Rumsey A F Sciutto G Tomii N Hg Computer System Design and Operation in the Railway and other Transit Systems Computers in railways XI WIT Press S 65 74 151 Literaturverzeichnis Bei93 BH86 BLO4 BSO2 Bir07 Bla08 BLSO6 BBK 08 Bor06 Bor07 Br 99 Bus09 ICFGO7 DauO2 152 Beichelt Frank 1993 Zuverl ssigkeits und Instandhaltungstheorie Stuttgart Teubner Berg G nter Henker Horst 1986 Weichen 2 Aufl Berlin Transpress Verlag f r Verkehrswesen Bertsche B Lechner Gisbert 2004 Zuverl ssigkeit im Fahrzeug und Maschi nenbau Ermittlung von Bauteil und Systemzuverl ssigkeiten 3 Aufl Berlin u al Springer Bikker Gert Schroeder Martin 2002 Methodische Anforderungsanalyse und automatisierter Entwurf sicherheitsrelevanter Eisenbahnleitsysteme mit koope rierenden Werkzeugen D sseldorf VDI Verlag Birolini Alessandro 2007 Reliability engineering theory and practice with 60 tables 120 examples and 50 problems Berlin u a Springer Blanchard Benjamin S 2008 System engineering management 4 Aufl Hoboken NJ Wiley Blohm Hans L der Klaus Schaefer Christina 2006 Investition Schwachstel lenanalyse des Investitionsbereichs und Investitionsrechnung 9 Aufl M nchen Vahlen B hm Thomas Beck Katja Knaak Ann Kristin
75. Tabelle 4 Abbildung 34 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung Die Bewertung alternativer Instandhaltungsstrategien ist mitunter aufwendig da die be schreibenden System und Strategieparameter gewissenhaft festgelegt und im Modell hinter legt werden m ssen Entsprechend dem Verfahrensablauf vgl Abbildung 26 ist die Bewer tung alternativer Instandhaltungsstrategien f r die zuvor ausgewahlte n Investitionsalternati ve n vgl Abschnitt 6 2 gefordert Da dies unter Ber cksichtigung des gesamten beispielhaft gew hlten Streckenabschnitts vgl Abbildung 30 und damit der Gesamtheit der jeweils vor gesehenen Infrastrukturelemente zu erfolgen hat w rde eine vollst ndige Bewertung an die ser Stelle zu weit f hren Zudem ermangelt es f r einzelne der verbauten Bahnsicherungs technikelemente an notwendigen Informationen hinsichtlich zeit und belastungsabh n gigen Ver nderungen des Systemzustands Denn w hrend die Betreiber bisher nur vereinzelt Mess und Diagnosesysteme einsetzen aus denen sich derartiges Wissen ableiten lie e treffen die Systemhersteller ihre Aussagen zu der Systemverf gbarkeit prim r basierend auf statisti schen Berechnungen vgl DINO8 Deshalb erfolgt die exemplarische Bewertung m glicher Instandhaltungsstrategien e S vgl Abschnitt 4 4 anhand eines sicherungstechnischen Systems Damit wird die prinzipielle An wendung des entwickelten Verfahrens verdeutlicht gleichwohl kann damit die Durchf hrun
76. VDIO5 Dabei sind insbesondere die Vorgaben bzw Beschr nkungen von Seiten des Streckenab schnitts und des Betreibers mit Blick auf zuk nftige Entwicklungen zu analysieren z B nde rungen in der Verkehrsnachfrage oder dem zur Verf gung stehenden Budget Zu erwartende nderungen innerhalb des Bewertungszeitraums sind festzuhalten damit sie entsprechend in der Modellierung und Strategiebewertung Ber cksichtigung finden siehe hierzu Sensitivit ts analysen in Abschnitt 3 1 1 2 Ver nderungen hinsichtlich der Randbedingungen Vorgaben und verf gbaren Ressourcen sind insbesondere aufgrund des langen Zeithorizonts T gt 20a bei der Bewertung von Bahnsicherungsanlagen zu erwarten Ausgehend von diesem Informationsger st sind die m glichen Investitionsstrategien zu be stimmen Diese sind in dem vorbereiteten Simulationsumfeld Objektimplementierung und Betriebsprogrammfestlegung mittels Eisenbahnbetriebssimulation hinsichtlich ihrer Auswir kungen auf die Betriebsqualit t sowie den zu erwartenden Lebenszykluskosten zu bewerten Dabei findet das neu aufgestellte Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument vgl Abschnitt 3 2 Verwendung mit dessen Hilfe die Simulationsdaten in geeigneter Weise d h umfassend und bersichtlich verarbeitet werden Das Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument fasst die Si mulationsergebnisse in Kennzahlen zusammen die zu einer ersten Auswahl der wirtschaftlich attraktivsten Investitionsstrategien 1 X ben
77. a tegien 2 Die verf gbaren statischen und dynamischen Informationen Kostens tze Infra strukturelemente Betriebssimulationsergebnisse werden in der rein monet ren fi nanzanalytischen Bewertung verarbeitet LCC Berechnung Die dabei ermittelten Zah len der LCC sind f r die Alternativen in ihrem Verlauf vergleichend in Abbildung 32 gegen bergestellt vgl Abschnitt 6 2 3 3 3 Anschlie end erfolgt die nutzwertanalytische Bewertung Hier sind zun chst die be wertenden Nutzenkriterien zu identifizieren vgl Tabelle 3 und zu gewichten vgl An hang D und dann mittels Simulationsergebnissen und Expertenmeinungen f r die ein zelnen Investitionsstrategien zu bewerten vgl Tabelle 4 vgl Abschnitt 6 2 3 4 4 Abschlie end werden die Ergebnisse aus quantitativer und qualitativer Bewertung zu sammengef hrt um so eine Aussage hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der in Ab schnitt 6 2 2 identifizierten Investitionsalternativen machen zu k nnen vgl Abschnitt 6 2 3 5 91 6 Fallstudie Zur Verdeutlichung schafft Abbildung 31 eine Einordnung der einzelnen Schritte und Zwi schen Ergebnisse wie sie nachfolgend erarbeitet werden in den Gesamtprozess der Investi tionsstrategiebewertung Kostens tze Infrastrukturelemente Nutzenkriterien Tabelle 2 gewichtung Y Anhang D Betriebssimulations ergebnisse LCC berechnung Anhang C 1 C 4 y Nutze
78. abelle 7 Parameter f r die Analyse der Instandhaltungsstrategien Weichenantrieb Die Werte aus Tabelle 7 sind im Simulationsmodell hinterlegt und erm glichen eine Strategie bewertung basierend auf den verursachten Kosten ber den Betrachtungszeitraum Demnach werden im Modell sowohl in der zeit als auch der zustandsabh ngigen pr ventiven Instand haltungsstrategie Ma nahmen ausgel st wenn f r den Umstellvorgang eine Motorleistung von 350 Watt und mehr erforderlich sind F r die zeitabh ngige Instandhaltung gilt jedoch dass diese Ma nahmen nur ergriffen werden k nnen wenn der kritische Zustand im Rahmen einer Inspektion rechtzeitig detektiert wird Die Messwertanalyse hat ergeben dass bei Leis tungswerten um 350 Watt in der Praxis vermehrt zus tzliche Instandhaltungsma nahmen ausgel st werden und dass sich nach Erreichen der 350 Watt der Zustand des Systems Wei 68 In der Praxis anfallende Wegekosten werden nicht ber cksichtigt da bisher keine Lageinformationen der Sys teme im Netz in die Bewertung einflie en 6 Belastung und Kostengr en blieben ber den gesamten Zeitraum konstant 118 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung che erheblich schneller verschlechtert Diesen Bereich gilt es im Systemeinsatz entsprechend zu meiden um eine hohe Systemverf gbarkeit sicherzustellen Entsprechend der Datenaus wertungen wird bei der Untersuchung der ausfallorientierten Instandhaltungsstrategie eine Entst rung simuliert
79. aben alle Investitionsalternativen zumeist den gleichen Einsatzzweck 68 5 1 Idee und damit die gleichen Betriebsbedingungen Eine gesonderte Betrachtung der Entsorgungs kosten entf llt aufgrund ihrer geringen wirtschaftlichen Bedeutung und hohen Informations unsicherheit verursacht durch ihr sp tes zeitliches Eintreten vgl Gleichung 1 Abschnitt 3 1 3 Eine Erfassung der Betriebs und Entsorgungskosten im Wirtschaftlichkeitsbewertungs instrument in Abh ngigkeit der Streckenausr stungsspezifika ist deshalb ausreichend Zum besseren Verst ndnis ist die Idee in Abbildung 25 dargestellt Betriebsprogramm Investitionsalternative 1 x E nd B 1 sicherungstechnische Infrastrukturelemente 1 N Betriebssimulation D Investitionsstrategiebewertung in Form einer EWA ber den Lebenszyklus der Elemente 1 N der Investitionsalternativen 1 x exkl Instandhaltung Zustandssimulation Instandhaltungsstrategiebewertung anhand der Verschlei proze beschreibung ber den Lebenszyklus der Elemente 1 N der Investitionsalternativen 1 X Identifikation der wirtschaftlichsten Investitionsalternative Abbildung 25 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien Abbildung 25 verdeutlicht dass f r die auszur stende Infrastruktur mit gegebenen Betriebs programm A Investitionsalternativen zu identifizieren und mittels Betriebssimulation und Wirtschaftlichkeitsbewer
80. abh ngige Instandhaltung 2 930 740 GE 2 937 900 GE e zustandsabhangige Instandhaltung 216 816 GE 222 417 GE e ausfallorientierte Instandhaltung 3 302 745 GE 3 302 977 GE Das hei t verdeutlicht am Konfidenzintervall der zustandsabh ngigen Instandhaltungsstrate gie dass in 95 der F lle der tats chlich zu erwartende Wert f r die Instandhaltungskosten ber den Betrachtungszeitraum bei einer zustandsabh ngigen Instandhaltung zwischen 120 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung 216 816 und 222 417 Geldeinheiten liegt Diese Aussage ist bei einer L nge des Konfidenzintervalls von rund 6 000 GE ohne Diskontierung zum Zeitpunkt der Investitions entscheidung sehr aussagekr ftig Gleiches gilt auch f r die beiden anderen Konfidenzintervalle 6 3 3 5 Strategiebewertung Die Mehrfachsimulation der drei Instandhaltungsstrategien jeweils 25 Durchl ufe unter den zuvor definierten Parametern vgl Tabelle 7 und einer Diskontierung mit dem Kalkulations zinssatz von 8 Prozent vgl Formel 1 Abschnitt 3 1 3 ergibt in Abh ngigkeit der Instandhal tungsstrategie folgendes Ergebnis bez glich der Gesamtaufwendungen f r die Systemin standhaltung und der Gesamtanzahl zuf lliger und vorhersehbarer Ausf lle siehe Tabelle 8 Wobei bei der zustandsabh ngigen Instandhaltung ausschlie lich zuf llige Ausf lle und keine systembedingten Ausf lle auftreten vgl Abschnitt 6 3 2 Die Berechnung der Kosten je Instandhaltungsma nah
81. achtung und Be wertung von Instandhaltungsstrategien wurden hingegen bisher nicht analysiert obwohl die 33 4 Instandhaltungsstrategien aktuelle Situation und die langen Nutzungsdauern der Bahnsicherungstechnik gro e Kosten senkungspotentiale in der Instandhaltung erwarten lassen So erfolgt die Instandhaltung der bahnsicherungstechnischen Anlagen heute vorrangig zeit abh ngig Begr ndet wird dies mit der Notwendigkeit einer besseren Prozessplanbarkeit die sich laut Prozessverantwortlichen aus e der Tatsache dass es nur bestimmte Zeitfenster gibt in denen Wartungsarbeiten ohne St rung des Normalbetriebs durchgef hrt werden k nnen und e limitierten Personalressourcen und damit eingeschr nkter Prozessflexibilit t ergibt Die Instandhaltung der Anlagen an den Strecken der DB Netz AG wird durch die Kon zernrichtlinie 892 DBO6b geregelt und wird nach einer festgeschriebenen Prozessabfolge organisiert DBO6c S 16 ff In KoRil 892 sind zum einen Zeitr ume zwischen zyklischen berpr fungen Inspektionen als auch konkrete Ma nahmen die nach Ablauf einer Frist zu erfolgen haben festgelegt Nach dieser Konzernrichtlinie erfolgt eine Differenzierung der Ma nahmen f r ein Fahrwegsicherungselement in Abh ngigkeit der Streckenbelastung Die Annahme dass mit diesem belastungsorientierten Ansatz der Anlagenzustand in ausreichen dem Ma e Ber cksichtigung findet wurde widerlegt BJLO7 Langj hrige Erfahrungen best t
82. altungsstrategie ein hohes Ma an Gestaltungsfreiheit vgl Ada89 S 54 ff Unabh ngig davon werden vier grundle gende Instandhaltungsstrategien unterschieden Zum einen unterscheidet man in die zwei pr ventiven Strategien bei denen die Ma nahmen je nach Strategie entweder zeitabh ngig oder zustandsabh ngig ausgel st werden Daneben existiert die korrektive Instandhaltungs strategie Hier ist der Ausfall das ausl sende Ereignis Die zuf llige Instandhaltung bildet die vierte Grundstrategie Hier erfolgen die Instandhaltungsma nahmen kurzfristig ohne erkenn bares Schema Bei hochwertigen Anlageg tern spielt sie keine Rolle und soll deshalb in dieser Arbeit nicht weiter betrachtet werden Die Instandhaltungsstrategien unterscheiden sich somit in der Art und Weise wie Instandhaltungsma nahmen ausgel st werden sowie in deren Um fang Wartung Inspektion Instandsetzung siehe Abbildung 16 Die perfektive Instandhal tung sei hier nur der Vollst ndigkeit genannt Sie nimmt mit ihrer Aufgabe der Systemverbes serung eine bezogen auf das prim re Instandhaltungsziel der Zustandsverbesserung unter geordnete Rolle ein Mit den Ma nahmen der perfektiven Instandhaltung wird in erster Linie das Ziel einer Effizienzsteigerung in oder durch die Betrachtungseinheit verfolgt weniger das im Bahnbetrieb vordergr ndige Ziele der Sicherung der Systemverf gbarkeit 42 4 4 Instandhaltungsstrategien Instandhaltung
83. andteil des European Rail Traffic Management Systems ERTMS einem Konzept zur technischen Harmonisierung der europ ischen Schienennetze und soll die l nderspezifischen L sungen zur Zugbeeinflussung in Europa abl sen und somit zur Interoperabilit t der Triebfahrzeuge beitragen gt F r n here Informationen siehe Pre96 und Lor98 2 Eisenbahnsicherungstechnik Sicht besonders wichtige Rolle einnimmt erm glichen einen Gleiswechsel oder den Aufent halt eines Schienenfahrzeugs auf einem Streckenabschnitt Bei einer reinen Betrachtung der Bahnsicherungstechnik spielt nur das Weichenstellsystem als die Einheit die sichernde Funkti onen wahrnimmt eine Rolle Alle brigen Weichenelemente werden zum Oberbau gez hlt Die sichernden Funktionen einer Weiche umfassen das Umstellen der Weiche das Festhalten sowie die Endlagenpr fung Bei den ortsfesten Signalen die die Fahrstra ensignalisierung f r den Triebfahrzeugf hrer bernehmen wird je nach Funktion und Ausstattung des Signals in Vor und Hauptsignale unterschieden Dabei werden bei Neuinvestitionen nur noch Lichtsig nale verwendet Formsignale sollen deshalb nicht Gegenstand der Betrachtung sein Zus tz lich gibt es noch statische Streckensignalisierung wie sie beispielsweise mit Halte oder Tra peztateln realisiert wird Diese Elemente der Bahnsicherungstechnik sind vor allem bei Regio nalbahnen vorzufinden 2 2 Fokus der Betrachtung Ausgehend von der gegebenen Struktur
84. annover danke ich f r die bernahme des Koreferats Durch seine kritische Auseinanderset zung mit der Arbeit und den in gemeinsamen Diskussionen erarbeiteten Ideen hat er diese Arbeit auf besondere Weise bereichert Mein Dank gilt au erdem Herrn Professor Dr Ing Dr h c Eckehard Schnieder Leiter des In stituts f r Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik der TU Braunschweig f r die bernahme des Vorsitzes der Pr fungskommission Den Herren Manfred Brauer und Torsten Woicke von der DB Netz AG Regionalbereich Ost danke ich f r ihre bereitwillige inhaltliche Zusammenarbeit Sie verschafften mir tiefgehende Einblicke in die Entst rungspraxis im Netz der DB und erm glichten mir so die bertragung der Theorie in die Praxis Des Weiteren m chte ich allen Kollegen und Studenten danken die in den letzten Jahren zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben Insbesondere gilt mein Dank den Kollegen Herrn Dipl Wirtsch Ing FH Benedikt Scheier und Dipl Ing Int Thomas B hm Beide haben mich mit ihren Spezialkenntnissen in entscheidenden Punkten inhaltlich unterst tzt Auf ganz besondere Weise m chte ich meiner Familie danken Meinen Eltern danke ich f r ein vorgelebtes Wertesystem welches den N hrboden f r diese Arbeit schaffte Meinem Ehemann Thomas bin ich f r seine stete Unterst tzung im Verlauf meines Vorhabens dank bar Seine objektive Sicht der Dinge war ein wichtiger Baustein in Entstehung und erfolgrei chem Abschlu
85. ategiebewertung 6 2 Investitionsstrategiebewertung Das entwickelte Verfahren soll entsprechend den obigen Ausf hrungen an dem Streckenbei spiel des Nebenstreckensektors vgl Abbildung 30 verdeutlicht werden Es gilt f r die beste hende voll ausger stete Strecke alternative Varianten der Ausr stung mit Bahnsicherungs technik zu finden und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu bewerten BecO8 Damit soll die aktuell verbaute Technik als Referenzszenario gelten Entsprechend den in Abschnitt 3 1 1 gemachten Ausf hrungen bildet dabei die Ermittlung der LCC einen wesentlichen Bestandteil des Bewertungskonzepts Es geht hier zum einen um den Prozess der wirtschaftlichen Analyse zur Absch tzung der gesamten Beschaffungs und Besitz sowie Entsorgungskosten DINO5 der Bahnsicherungstechniksysteme Desweiteren schlie t dies die Erfassung der Nutzenpara meter der alternativen Ausr stungsvarianten ein 6 2 1 Randparameter Um alternative Investitionsstrategien f r das Streckenbeispiel definieren und bewerten zu k nnen sind einige f r die Untersuchung relevante Randbedingungen festzulegen F r die nachfolgende Bewertung gilt 1 Es erfolgt die Bewertung sich ver ndernder Streckenausr stungsmerkmale mit Ele menten der Bahnsicherungstechnik Andere Streckenparameter wie etwa Gleislange Tunnel etc werden weder quantitativ noch qualitativ bewertet da diese in den In vestitionsalternativen unver ndert bleiben 2 F r die Ermittl
86. auptsignal und Zusatzanzeiger verstan den Bor07 S 7 95 6 Fallstudie Investitionsalternativen durch h here Investitionsaufwendungen gekennzeichnet die sich aus der f r die Umsetzung der BV notwendigen Infrastruktur mit h herem Automatisierungsgrad ergeben Aufgrund der geringeren j hrlichen Kosten ist f r die Investitionsstrategien Zug meldeverfahren mit ESTW und Zugleitbetrieb mit ESTW ESZB trotz der anfallenden An fangsinvestitionen der Break even Punkt mit dem Istzustand Referenzszenario bereits nach ca sieben Jahren bzw nach f nf Jahren erreicht siehe Abbildung 32 Eine Investition in den Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung ist unter den vier Strategien die kosteng nstigs te Variante Neben den anf nglichen R ckbaukosten und geringf gigen Investitionen in neue Signalanlagen bedarf es auch im Betrieb deutlich weniger personeller Ressourcen als bei Wei terbewirtschaftung des Istzustands vgl Anhang C 1 C 4 Abbildung 32 macht zudem die Dringlichkeit einer Reinvestition in den betrachteten Streckenabschnitt deutlich Die Spanne zwischen den Kosten bei Weiterbewirtschattung der bestehenden Infrastruktur und dem Ein satz alternativer Technik ist auffallend gro und spricht trotz anf nglicher Mehrkosten f r den Einsatz anderer Sicherungstechnik Welche Bewertung die vier Investitionsstrategien hinsichtlich der qualitativen Bewertungskrite rien erfahren wird mit der nun folgenden nutzwertanalytis
87. bewertete Verzehr von wirtschaftlichen G tern materieller und immaterieller Art zur Erstellung und zum Absatz von Sach und oder Dienstleistungen Had00 16 3 1 Investition und Investitionsstrategie k nnen muss sichergestellt werden dass die Unsicherheit in den Informationen in der Bewer tung ber cksichtigt sind Dazu sind sogenannte Sensitivit tsanalysen durchzuf hren Lec Festlegung der Kosten LEE Ken e Anfall der Kosten Beeinflussbarkeit der Kosten gt Zeit Entwicklung Installation Betrieb amp Instandhaltung Entsorgung ros Abbildung 8 Festlegung vs Entstehung der LCC Sch05 S 44 Sensitivit tsanalysen Empfindlichkeitsanalysen geh ren zu den Verfahren zur Risikober ck sichtigung bei Investitionsentscheidungen Dass Investitionsentscheidungen mit Risiko behaf tet sind gilt f r die Mehrzahl der Entscheidungssituationen Vor allem bei langen Betrach tungshorizonten wie es bei den langlebigen Systemen der Eisenbahnsicherungstechnik der Fall ist ist das Eintreten bestimmter Kosten und Nutzengr en mit Ungewissheit behaftet Um m gliche Unterschiede zwischen den Zukunftserwartungen und den tats chlichen Reali sierungen abzubilden eignen sich Sensitivit tsbetrachtungen Sie erm glichen im Rahmen von Investitionsrechnungen eine Aussage ber die H he der Ver nderungen des Investitions rechnungszielkriteriums hier Kapitalwert in Abh ngigkeit von Ver nderungen bestimmter in die
88. chen Bauteilen vor allem mechanische Systeme weisen eine zeitlich ver nderliche Ausfallrate auf e Abnutzungsvorrat AV t ist nach DIN 31051 der Vorrat der m glichen Funktionser t llung unter festgelegten Bedingungen vgl Abbildung 13 max AV t ROdt 7 22 Konstante Ausfallraten beschreiben den Bereich des Badewannenbodens in der sogenannten Badewannen kurve Die Badewannenkurve wird durch die Ausfallrate A t beschrieben und unterteilt das Leben einer Anlage in die Zeit der Fr hausf lle der Zufallsausf lle und der Sp tausf lle Fr hausf lle sind der Unreife des Systems ge schuldet Zufallsausf lle charakterisieren den Normalbetrieb Sp tausf lle sind ein Indikator f r einen angestiege nen Abnutzungsgrad des Systems und eine baldig zu erfolgende Systemerneuerung 35 4 Instandhaltungsstrategien Damit wird deutlich dass ber R t ein mathematischer Zusammenhang zwischen der Ausfall rate A t und dem Abnutzungsvorrat AV t besteht Eine Minderung des Abnutzungsvorrats bedeutet entsprechend 7 eine sinkende Systemzuverl ssigkeit R t Damit verbunden sind eine h here Wahrscheinlichkeit f r abnutzungsbedingte Ausf lle und eine h here Fehler wahrscheinlichkeit also jener Wahrscheinlichkeit mit der die Betrachtungseinheit von ihrem spezifizierten Verhalten abweicht vgl Anhang A Es muss also stets gelten dass die Ausfall rate steigt wenn der Abnutzungsvorrat sinkt bzw umgekehrt Diese Abh
89. chen Bewertung betrachtet 6 2 3 4 Nutzwertanalytische Bewertung Zun chst gilt es im Rahmen der Nutzwertanalyse die relevanten Nutzenkriterien FKHO3 zu bestimmen Relevant bedeutet erfolgswirksam aus Sicht des Infrastrukturbetreibers Dabei sollte sich auf eine kleinere Anzahl sehr aussagekr ftiger Kriterien beschr nkt werden Denn bei zu vielen Kriterien sinkt die mit einer Nutzwertanalyse erzielbare Aussagekraft Sie sind die Indikatoren an denen die Qualit t der Investitionsstrategie bewertet wird Deren Bewertung tr gt erheblich zu einer fundierten Investitionsempfehlung bei die nicht ausschlie lich auf dem Ergebnis einer LCC Analyse beruht Die Auswahl der differenzierenden Nutzenkriterien richtet sich stets nach dem Entscheidungsumfeld An dieser Stelle sind jene Kriterien identifi ziert siehe Tabelle 3 die wesentlich f r eine vergleichende Nutzenbewertung alternativer Betriebsverfahren f r den Nebenstreckenbetrieb sind gt Des Weiteren ist in Tabelle 3 aufge f hrt was unter jedem einzelnen Nutzenkriterium zu verstehen ist vgl u a DBO2a BSJO8 2 Die in Tabelle 3 zusammengetragenen Nutzenkriterien erheben nicht den Anspruch auf Vollst ndigkeit Es wird sich hierbei auf Expertenmeinungen berufen Tro06 Zim02 DBO2a In einer realistischen Investitionsent scheidungssituation k nnen andere bzw zus tzliche Kriterien relevant sein 96 6 2 Investitionsstrategiebewertung Nutzenkriterium Bemerkung 1 Sicherh
90. d Sicherheitslevels und d Minimierung der Nichtverf gbarkeitszeiten im Normalbetrieb Har95 S 52 Kernaufgaben bei der Definition von Instandhaltungsstrategien sind 41 4 Instandhaltungsstrategien 1 die sinnvolle Aufstellung eines Instandhaltungsprogramms d h die Art und H ufig keit von Instandhaltungsma nahmen sowohl ber die gesamte Lebensdauer der Systemkomponenten als auch ber die der Anlage und 2 die Aufstellung einer geeigneten Organisationsstruktur d h die Planung von Perso nal Ersatzteilen und Werkzeugen um die Instandhaltungsaufgaben mit den vorhan denen Ressourcen wirtschaftlich effizient wahrnehmen zu k nnen Kel97 S 41f sowie eines kontinuierlichen Controllings von Instandhaltungskosten und leistungen Stu96 5 141 ff Die Bestimmung eines geeigneten Instandhaltungsprogramms 1 ist im Gegensatz zur Auf stellung der Organisationsstruktur 2 eine Schnittstellenaufgabe f r die neben betriebswirt schaftlichem Know how detaillierte Anlagenkenntnisse notwendig sind Mit der Programm entscheidung wird die Kernaufgabe der Instandhaltung adressiert Sie steht deshalb im Zent rum dieser Arbeit Mit dem hier aufgestellten Bewertungsverfahren gelingt damit die Definiti on von Instandhaltungsstrategien i e S also die Aufstellung des Instandhaltungsprogramms 1 ohne die Ber cksichtigung organisatorischer Fragestellungen 2 Grunds tzlich besteht bei der Auslegung einer geeigneten Instandh
91. dem Anspruch einer Strategiebewertung gerecht zu werden sind die erfolgswirksamen Faktoren zu bestimmen und ihr Verhalten zu beschreiben Aufbauend auf den Abschnitten 4 1 bis 4 4 k nnen folgende vier Modellbausteine identifiziert werden 38 Beispielhaft seien f r den Schienentahrweg die Softwarel sungen POSS IRISSYS vips genannt 5 4 Instandhaltungsstrategien 1 Zustandsbeschreibung ber den gesamten Betriebszeitraum 2 Abbildung notwendiger Instandhaltungsma nahmen 3 Erfassung der Systemverf gbarkeit 4 Bestimmung von Kosteneintritt und h he und des Personalbedarfs Mit ihnen wird man der grundlegenden Erkenntnis gerecht dass Art und Zeitpunkt der Instandhaltungsma nahmen die Wirtschaftlichkeit einer Instandhaltungsstrategie und damit das Strategiebewertungskriterium Instandhaltungskosten bestimmen vgl Abbildung 15 Abbildung 21 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen den vier Bausteinen und deren Be zug zum Bewertungsziel der minimalen Instandhaltungskosten In der Gr e Instandhal tungskosten sind die Auswirkungen der relevanten Instandhaltungsszenarien Ausfall War tung etc abgebildet siehe Abschnitt 4 3 Zudem erm glicht diese Zahl einen objektiv nach vollziehbaren Strategievergleich Kern der Modellierung ist die Systemabbildung mit den Zu st nden der Systemeinheiten in Abh ngigkeit vom Sch digungsverhalten Dieses bestimmt sich durch Nutzungszeit Beanspruchung und Instandhaltungsintensit t Den
92. den ge ringsten Anschaffungsausgaben aber nicht jene mit den niedrigsten LCC ist Abbildung 24 verdeutlicht den Zusammenhang Kosten kumuliert LCC Alternative B Alternative A Anschaffung Betrieb amp Entsorgung amp amp Einbau Instandhaltung vi Recycling Abbildung 24 Anschaffungsausgaben versus Betreiber LCC Schematisch sind hier zwei verschiedene Investitionsalternativen in ihrem Kostenverlaut dar gestellt Darin wird ersichtlich dass Alternative A zum Zeitpunkt der Anschaffung aufgrund h herer Entwicklungsaufwendungen teurer ist als Alternative B Alternative B ist jedoch so wohl hinsichtlich Einbau als auch Betrieb und Instandhaltung kostspieliger Dies f hrt dazu dass am Ende der Nutzungsdauer Anlage A niedrigere kumulierte Kosten LCC verursacht hat als Anlage B ber einen vergleichbaren Zeitraum Weil sich dieses Verh ltnis auch nicht mehr durch die Entsorgungskosten verschiebt gilt dass Anlage A gleiche Lebensdauer und Leis tungsf higkeit vorausgesetzt f r den Anlagenbetreiber wirtschaftlich attraktiver ist als Anla ge B LCCg gt LCC Eine analog zu der Instandhaltungsstrategiebewertung gesonderte Bewertung von Betriebs und Entsorgungsstrategien ist f r Investitionen in die Bahnsicherungstechnik in der Regel nicht notwendig Die Betriebsstrategie ist mit der Wahl der Produktionsmittel weitestgehend festgeschrieben Zudem h
93. den und zugleich kosteng nstigen Messtechnik und G a Auswertung von Testl ufen z B Belastungstests Zuverl ssigkeitstests und Bestim mung von Instandhaltungsma nahmen in Abh ngigkeit vom Zustand der kritischen Einheiten Da diese Schrittfolge mit zum Teil erheblichen Arbeitsaufwand verbunden ist sind zun chst jene kritischen Systemeinheiten zu identifizieren f r die aufgrund ihrer Eigenschaften keine zustandsabh ngige Instandhaltung m glich ist Dies gilt wenn zum einen der Zustand der 46 4 4 Instandhaltungsstrategien Einheit nicht messbar ist und oder das Fehlerverhalten nicht durch kontinuierliche Sch di gung sondern durch eine pl tzliche Zustands nderung beschrieben wird M gliche Abnutzungsursachen sind in Abbildung 12 dargestellt Die Auswirkungen richten sich jeweils nach dem System selbst sowie seinen betrieblichen Aufgaben Aus den Schritten drei und vier wird deutlich dass f r die Umsetzung einer zustandsorientier ten Instandhaltung die Messung des Systemzustands mittels geeigneter Messtechnik unab dingbar ist Umgekehrt bedeutet dies dass eine zustandsorientierte Instandhaltung nur f r solche System einheiten umsetzbar ist deren Abnutzungsverhalten in der Nutzungsphase bestimmt werden kann Dies kann entweder mittels einer zeitkontinuierlichen Zustandser fassung dem sogenannten ONLINE Monitoring oder einer zeitdiskreten Zustandserfassung dem sogenannten OFFLINE Monitoring erfolgen Beim
94. dere durch die Zustandsprognose 1 3 Aufbau der Arbeit Daneben gibt es zweifelsohne weitere wissenschaftliche Betrachtungen zu Fragen die mehr oder weniger die Anlage in ihrem Lebenszyklus beeinflussen Sie sind aber in erster Linie De tailuntersuchungen und k nnen in keinen direkten Bezug zu dieser Arbeit gestellt werden Arbeiten mit Bezug zum Lebenszyklusansatz aber ohne Bezug zur Bahnsicherungstechnik sind aufgrund ihrer Vielzahl hier nicht aufgef hrt 1 3 Aufbau der Arbeit Zur technologischen Einordnung der Arbeit wird in Kapitel 2 zun chst ein berblick ber die betrachtete Anlagengruppe der Eisenbahnsicherungstechnik gegeben Dabei wird auf die Funktionsweise der einzelnen Systeme sowie auf deren funktionale Zusammengeh rigkeit eingegangen Abschlie end werden jene Systeme identifiziert die im Fokus der hier durchge f hrten Betrachtungen liegen In Kapitel 3 werden die wesentlichen betriebswirtschaftlichen Grundlagen wie sie f r die Be wertung von Investitionsstrategien ben tigt werden zusammengestellt Neben der Erl ute rung des Investitionsbegriffs wird die Notwendigkeit f r eine den gesamten Lebenszyklus der Bahnsicherungstechnikanlagen umfassende Bewertung hinsichtlich Kosten und Nutzen ver deutlicht Aufbauend auf den theoretischen Grundlagen werden Struktur und Aufbau des entwickelten Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstruments erl utert Da dieses unter anderem auf Informationen aus Eisenbahnbetriebssimulationen a
95. dhaltungsma nahmen zu finden um damit m glichst niedrige Instandhaltungskosten ber den gesamten Nutzungszeitraum der Anlage zu verursachen Dabei sind die Antorde rungen bez glich Sicherheit Anlagenverf gbarkeit Betriebsqualit t und Lebensdauer der An lage zu ber cksichtigen Wenn m glich sind diese Aspekte in die Kennzahl Instandhaltungs kosten zu integrieren vgl Abschnitt 4 3 Dadurch ist eine aussagekr ftige Gegen berstellung denkbarer Instandhaltungsstrategien anhand der Erfolgsgr e Instandhaltungskosten m g lich Dieser Aspekt wird in der Instandhaltungsstrategiebewertungssystematik ber cksichtigt vgl Abschnitt 4 7 43 4 Instandhaltungsstrategien Kosten Gesamtkosten F Dr ventwe Ausfallkosten Optimale Instandhaltungsstratege Preventive Instandhaltungskosten Korrektve Instandhaltungskostetes i ff f Anzahl Instandhaltungs SZ Wartung w hrend Wartung w hrend ds ma nahmen Betnebspausen Betriebs Unter der Pr misse dass die Kosten je Warung Inspektion konstant bleiben Abbildung 17 Zusammenhang zwischen pr ventiven und korrektiven Instandhaltungsma nahmen in Anleh nung an Kel97 S 98 Vorab werden zun chst die im Bahnumfeld relevanten Basisinstandhaltungsstrategien einge hender erl utert 4 4 1 Zeitabh ngige Instandhaltung Die Strategie der zeitabh ngigen Instandhaltung ist eine der beiden pr ventiven Instandhal tungsgrundstrategien vgl Abbildung 16 Bei
96. die Wand dicke des Bauteils determinieren Stu96 S 64 Verdeutlichen l sst sich STURMs Ansatz mit Abbildung 14 Das geeignete Zustandsma wird durch einen Messwert beschrieben vgl VDI99 Mit diesem Messwert wird die Zustands nderung der Betrachtungseinheit ber wacht Abbildung 14 stellt die zwei grunds tzlichen Verl ufe eines Messwertes gegen ber ohne Instandhaltungsma nahmen Bei einem gleitenden Element kann bspw der linke Verlauf zutreffen Mit steigender Betriebsdauer nimmt die Reibung durch schlechtere Schmierung zu Entsprechend muss zur Gleitbewegung mehr Kraft aufgewendet werden oder die Gleitbewe gung dauert l nger Dies kann durch den zugeh rigen Messwert erfasst werden Umgekehrt ist beim Zustandsma Wanddicke das Fertigungs Istma ein Maximalwert Entsprechend er fasst der Messwert die Abnahme der Wanddicke durch Korrosion etc und f llt mit zuneh mender Einsatzdauer der Betrachtungseinheit vgl Abbildung 14 rechter Verlauf 38 4 3 Instandhaltungskosten Grenzwert kritischer Wert Grenzwert Betriebszeit Betriebszeit Abbildung 14 Messwertverl ufe zur Zustandsbeschreibung Bei pr ventiven Instandhaltungsma nahmen definiert der kritische Wert den sp testen Zeit punkt f r Instandhaltungsma nahmen Das Sicherheitspolster das den Abstand zwischen definiertem kritischen Wert und Grenzwert Messwert ab dem die Einheit nicht mehr intakt ist beschreibt sollte dabei umso gr er gew
97. die niedrigen LCC von rund 14 Millionen Geldeinheiten die geringe Anzahl erreichter Nutzenpunkte Qualit t rechtfertigen ist im Einzelfall zu pr fen An dieser Stelle obliegt es dem Entscheider und seinen erweiterten Kenntnissen ber unterneh merische Rahmenbedingungen und Zukunftsperspektiven welche der Investitionsstrategien dem nun folgenden Schritt der Instandhaltungsstrategiebewertung unterzogen werden vgl Abbildung 26 Erst danach kann die endg ltige Investitionsstrategieentscheidung getroffen werden Dabei kann bereits an dieser Stelle festgehalten werden dass der Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung auch nach Definition der sinnvollsten Instandhaltungsstrategie und der Ber cksichtigung der zugeh rigen Instandhaltungskosten die kosteng nstigste Alter native bleiben wird Dies ist durch die geringe Anzahl an instand zu haltenden Infrastruktur elementen bedingt Dass diese Variante jedoch nicht die wirtschaftlichste darstellt wird durch Abbildung 34 deutlich Eine relative Darstellung von LCC je Nutzenpunkt stellt klar heraus dass der Einsatz von ESTW aufgrund der wesentlich besseren qualitativen Bewertung aus un ternehmerischer Sicht sinnvoll ist 104 6 2 Investitionsstrategiebewertung 8 0 6 0 4 0 2 0 4 m Zugmeldeverfahren MSTW AO mwZugmeldeverfahren ESTW A1 ESZB A2 ZLB A3 Abbildung 34 LCC je Nutzenpunkt Fallstudie E NM c gt ok Cc w N gt Z A QO QO Im Falle
98. e 3 Tabelle 4 Tabelle 5 Tabelle 6 Tabelle 7 Tabelle 8 bersicht Grundstrategien der Instandhaltung 2 50 Investitionsalternativen Fallbeispiel BSJ08 98 Auswahl monet r nicht bewertbarer Nutzenaspekte 97 Qualitative Nutzenbewertung Blog 100 Bewertungsergebnisse Fallstudie Teil 103 Bewertungsergebnisse Fallstudie Teil 103 Parameter f r die Analyse der Instandhaltungsstrategien Weichenantrieb 118 Ergebnisse Strategiebewertung cccccecccceeccceeeeceeeeceeeeeeeeseeeeeeneeeeaneeeeans 122 XIII Kurzfassung Die Akteure des Schienenverkehrs erleben aktuell einen zunehmenden Wettbewerb zwischen den Verkehrsmoden Stra en Schienen Luft und Schiffsverkehr Um sich in diesem unter nehmerischen Umfeld langfristig behaupten zu k nnen verlangt es nach betriebswirtschaft lich nachhaltigen Entscheidungen Der Gesamterfolg und damit die Wettbewerbsf higkeit des Verkehrssystems Schiene wird wesentlich durch Art und Umfang der im Betrieb befindlichen Anlagen bestimmt Entspre chend sind Investitionsentscheidungen in langlebige Bahntechnik umsichtig zu treffen Investi tions und Instandhaltungsstrategie sind aufgrund ihrer Abh ngigkeiten zueinander und we gen ihrer betriebswirtschaftlichen Relevanz als Kostentreiber gemeinschaftlich zu bewerten Denn nur so gelingt es die verf gbaren Ressourcen bestm glich einzusetzen Um dieses mehrdimensionale Entscheidungsumfeld um
99. e Anlagenzuver lassigkeit nur wenn Ausf lle durch Sch di standhaltung wird nach fixen Zeitin kaum unerwartete Stillstandszeiten tervallen bzw gung begr ndet sind nach fixer Aus und wenn die Lebens niedrige Ausfall bringungsmenge dauer der zu wartenden kosten Betriebsdauer Komponente geringer etc ausgef hrt als die des zugeh rigen Sub Systems Ist Instandhaltungseffizienz hangt von der Voraussagbarkeit des Ausfallzeitpunktes ab je genauer desto effizien ter Instandhaltung erfolgt weitgehend unabh ngig vom Systemzustand erh hter dispositiver Aufwand f r Personal und Material pr ventive weitgehende Zustand muss messbar Instandhal Ausnutzung des beschreibbar sein tungsma nahm Abnutzungsvorrats en in Abh ngig Zustands berwachung keit der Sch di inkl Messger ten not hohe Anlagenzu verl ssigkeit wendig gung ber Zu standsmessung on niedrigere z T hohes Datenauf bestimmt Instandhaltungs kommen aasan ringerung der An 7 in Ges Einsatzfeldern der Genauigkeit zahl von Inspektio unzureichende Erfah nen rung Daten bzw Kennt ucts nisse zum Systemverhal ae effizienteres Er ten bisher vor allem Verwendung von MTBF Werten satzteil und Per fallzeitpunktes sonalmanagement m glich bei Wartung vieler gleicher Kom ponenten Wartung vieler unterschiedlicher Komponenten in einem f
100. e qualitative Erfolgsgr en in die Bewertung ein Zum anderen wird der Einfluss alternativer Instandhaltungsstrategien auf die Lebenszykluskosten und damit auf die Attrakti vit t einzelner Investitionsalternativen separat mittels dynamischer Zustandssimulation analy siert Damit stellt dieses Verfahren eine deutliche Weiterentwicklung zu bestehenden auf dem Lebenszyklusansatz basierenden Bewertungsverfahren dar Die Qualit t der Entschei dungsgrundlage wird wesentlich verbessert Das Verfahren ist ein Instrument das Eisenbahn infrastrukturunternehmen und ffentlichen Institutionen umsichtige Investitionsentscheidun gen in langlebige Bahntechnik erleichtert und damit zur Steigerung der Wettbewerbsf hig keit des Verkehrstr gers Schiene beitr gt Prof Dr Ing Karsten Lemmer Vorwort der Autorin Diese Arbeit entstand w hrend meiner T tigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut tur Verkehrssystemtechnik des Deutschen Zentrums f r Luft und Raumfahrt e V in Braun schweig Ich danke in erster Linie dem Institutsleiter Herrn Professor Dr Ing Karsten Lemmer als mei nem Doktorvater f r die wohlwollende Unterst tzung meiner Arbeit mit der er einen z gigen Abschluss der Arbeit erm glichte Der mir durch ihn gebotene wissenschaftliche Freiraum schaffte die Grundlage f r den erfolgreichen Abschluss der vorliegenden Arbeit Herrn Prof Dr Ing Klaus Jobmann vom Institut f r Kommunikationstechnik der Universit t H
101. ehlt sich die Verwendung von System Dynamics System Dynamics ist ein von J W FORRESTER entwickeltes Konzept zur Systembeschreibung mittels bestehen der Ursache Wirkungsbeziehungen For69 Mit Hilfe von System Dynamics soll eine Reduzie rung der Komplexit t realer Systeme erreicht werden und damit das Systemverst ndnis ge steigert werden Dabei eignet sich dieses Konzept im Besonderen f r Problemstellungen die aufgrund fehlender Informationen bzw Systemkenntnis schwer exakt mathematisch beschreibbar sind Dies trifft f r die Bewertung von Instandhaltungsstrategien zu vgl 59 4 Instandhaltungsstrategien SSK92 Die Vielschichtigkeit der Zusammenh nge in der Instandhaltung und dessen Bezug zur Investitionsstrategieselektion vgl Abbildung 26 macht die Prozessmodellierung zu einer komplexen Aufgabe f r deren Bearbeitung der Einsatz von Simulation notwendig wird vgl Anhang B STERMAN beschreibt das Ziel von System Dynamics im Instandhaltungsmanagement wie folgt Using the model as a laboratory to design and test different policies to develop an appreciation tor the dynamic complexity of the maintenance system SteOO S 67 Dass System Dynamics in geeigneter Weise das Instandhaltungsmanagement im Schienenverkehr unterst tzen kann zeigen die Ausf hrungen von SCHMIDT et al SSK92 SCHMIDT benennt f r eine Modellierung mit dem Konzept System Dynamics folgende vier Arbeitsschritte 1 Zusammentragen von Systeminf
102. eilung der Betriebsqualit t bei St rungen werden im Rahmen der Betriebssimulation nach frei w hlbaren statistischen Regeln zuf llige Elemente eingestreut Rad06 S 59 F r das Fallbeispiel werden f r die in RailSys hinter legte Verspatungstunktion vgl Formel 13 folgende Werte f r die durchschnittliche dm und maximale Versp tung dmax sowie die Wahrscheinlichkeit einer Versp tung P gew hlt e d 20min e dmax 60 min e P 20 Formel 13 gibt die Wahrscheinlichkeit Pp an dass eine Versp tung der Gr e u auftritt IRad06 S 72 ff Rai06 P v P d an gd 13 Alle vier Investitionsstrategien werden mit den gleichen Parametern der Versp tungsfunktion jeweils 20 mal simuliert Mehrfachsimulation Die dabei entstehenden Versp tungsminuten werden aufgezeichnet Diese werden ber alle Simulationsl ufe gemittelt und bilden die quantitative Gr e des Nutzenkriteriums Versp tungen Je nach den Auswirkungen der Ver sp tungen auf den Betriebsablauf ergibt sich die H he der Versp tungsminuten und somit die H he eines Versp tungsabbaus innerhalb des betrachteten Netzabschnitts Kriteriengewichtung Die Festlegung der Kriteriengewichte f r die k 9 Nutzenkriterien ist wichtiger Bestandteil der nutzwertanalytischen Punktebewertung Sie ist mit viel Sorgfalt durchzuf hren um die Sub jektivit t der an dieser Stelle den Nutzenkriterien zugeordneten Wichtigkeiten zu minimieren Es empfiehlt sich hi
103. eine neue L sung geschaffen werden Gut09a Mit der Strategiemodellierung wie sie als Teil der Bewertungsmethodik zur inte grierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien vorgesehen ist wird ein umfassendes Verst ndnis des komplexen Entscheidungsumfelds f r ein Gesamtsystem z B Netzabschnitt des Schienennetzes geschaffen Mit seiner strategischen Ausrichtung und sei ner Aufgabe im Investitionsentscheidungsprozess handelt es sich im Gegensatz zu den be stehenden L sungen demzufolge bei der Strategiemodellierung und bewertung weniger um ein betriebsbegleitendes Instrumentarium Entsprechend darf an die Modellierung auch nicht der Anspruch einer exakten Bestimmung der Instandhaltungsaufwendungen gestellt werden vielmehr hat sie eine umfassende Bewertung zum Ziel Ersteres ist in Anbetracht des ver nder lichen betrieblichen Umfelds und des langen Betrachtungszeitraums zum Investitionszeitpunkt nicht m glich Au erdem bleiben einzelne Aspekte wie etwa die Auswirkungen von mensch lichen Fehlhandlungen oder Vandalismus unber cksichtigt Sie stehen in keinem Zusammen hang zur Instandhaltungsstrategie und sind nicht vorab abzusch tzen Gleichzeitig grenzt sich dieser Modellierungsansatz dessen Fokus ausschlie lich auf der In standhaltung i e S vgl Abschnitt 4 4 liegt von aktuellen Bestrebungen der Instandhal tungsprozessoptimierung im Bereich der Eisenbahninfrastruktur ab DBO6c 4 7 2 Modellbausteine Um
104. einer generellen Entscheidung f r ein hohes Qualit tsniveau besteht die Wahl zwi schen Zugmeldeverfahren mit ESTW A1 und ESZB A2 vgl sehr hnliche LCC je Nutzen punkt in Abbildung 34 W hrend beim Zugmeldeverfahren vereinzelt bessere qualitative Werte erzielt werden k nnen punktet der ESZB mit niedrigeren LCC bei gleichzeitig hoher betrieblicher Qualit t Deshalb ist ein zweiter Iterationsschritt denkbar aber in Anbetracht dess en dass den monet ren Werten in der Regel eine h here Bedeutung beigemessen wird eher unwahrscheinlich Denn das Zugmeldeverfahren mit ESTW und der ESZB unterscheiden sich in ihren Nutzenpunkten letztlich nur minimal aber in ihren LCC immerhin um knapp 3 Millionen Geldeinheiten Der ESZB wird diese Geldditferenz nicht mit der Instandhaltung auf brauchen denn Art und Anzahl der Infrastrukturelemente sind bei beiden Varianten hnlich D h bezogen auf die in Abbildung 26 dargestellte Vorgehensweise gilt f r das Fallbeispiel N 1 Im Falle dessen dass die Varianten in der Art und Anzahl der Infrastrukturelemente sehr unterschiedlich gewesen w ren h tte f r beide Investitionsalternativen eine detaillierte Instandhaltungsstrategieanalyse durchgef hrt werden m ssen Dies ist mitunter auch sinnvoll bei Investitionsalternativen mit identischem BV und Technik aber unterschiedlichen Systemlie feranten Eine solche M glichkeit wird im Rahmen der Studie nicht betrachtet Dabei muss klar herausgestellt werden das
105. eines Betriebsverfahrens muss dennoch ber cksichtigt werden Dies kann jedoch ledig lich auf qualitative Weise erfolgen denn zus tzliche Trassenerl se k nnen nur bei konkreter Transportnachfrage erzielt werden Diese ist in der Regel zum Zeitpunkt der Investition nicht absch tzbar Die Unterschiede hinsichtlich der Nutzenwirkung der Alternativen ergeben sich somit ausschlie lich aus den nicht monet r bewertbaren Nutzenkriterien Diese sind ausf hr lich in Abschnitt 6 2 3 4 erl utert Alle denkbaren Investitionsalternativen mit denen die genannten Muss Anforderungen nicht erf llt werden k nnen werden somit an dieser Stelle aus dem Bewertungsprozess gestrichen 6 2 2 2 Definition von Investitionsalternativen Die Investitionsstrategien in Eisenbahnsicherungstechnik sind zwingend von der Wahl des Be triebsverfahrens f r die auszur stende Strecke bzw den auszur stenden Netzabschnitt ab h ngig Somit sind in einem ersten Schritt die technisch wie betrieblich m glichen Betriebsver fahren zu bestimmen d h jene Verfahren mit denen die Anforderungen an die Strecke hin sichtlich Geschwindigkeit Kapazit t und Sicherheit erf llt werden k nnen Daraus ergeben gt Eine in der Praxis bliche Kapazit tsreserve ist in dem Fahrplan bereits enthalten gt Trassenerl se entsprechend den von den EVUs zu zahlenden Entgelten die sie f r die Nutzung der Infrastruk tur an das EIU zu entrichten haben gt Ein Betriebsverfahren
106. eit Art der Zugsicherung Art der Gleisfreimeldung 2 Dispositionsmanagement M glichkeiten des Betriebsverfahrens Informationen in geringer Zeit zu gewinnen die eine Disposition erm glichen bzw effizienter gestal ten 3 maximale Streckenge die maximal mit der Investitionsalternative zul ssige Streckenge schwindigkeit schwindigkeit dieses Nutzenkriterium erm glicht die Abbildung des allgemeing ltigen Zusammenhangs von Schnelligkeit der Verbindung und Attraktivit t des Verkehrstr gers d Zuglaufverfolgung f r Grundlage f r Fahrgastinformationssysteme ist das Vorhandensein Fremdnutzung von Zuglaufverfolgungssystemen 5 M glichkeit von Zugkreu umfasst sowohl planm ige als auch au erplanm ige M glichkeit zungen Zuguberholungen f r zuk nftige Fahrplan nderung 6 Versp tungsabbau Kriterium wird ber Summe der Versp tungsminuten erfasst je weni ger desto besser 7 Flexibilit t bei baulicher Aufwand f r sp tere Erweiterungen Ver nderungen des Bahnhofs Umgestaltung des Bahnhofs 8 St rungsmanagement Effizienz der St rungsbeseitigung Effizienz des Umgangs mit einer Infrastruktur St rung R ckfallebene 9 Kapazit ts berschuss M glichkeit des Betriebsverfahrens ein steigendes Verkehrsaufkom men bew ltigen zu k nnen Tabelle 3 Auswahl monet r nicht bewertbarer Nutzenaspekte Die Kriterien 1 bis 9 sind vorrangig rein qualitativ zu bewerten So ergibt sich die Bewertung
107. elegt dass im Falle eines 4 Daneben sind auch andere Zielfunktionen denkbar vgl Stu96 S 89 Diese sind aber f r die Inves titionsentscheidung von untergeordneter Bedeutung 42 Eine Alternative hierzu w re die zeitlich befristete Integration von Leiharbeitern in das Unternehmen 43 Betriebserschwernisse und damit Betriebserschwerniskosten BEK umfassen den durch Betriebsbehinderungen verursachten betrieblichen Mehraufwand z B Kosten f r Schienenersatzverkehr Genaue Betrachtungen zum Konzept der Betriebserschwerniskosten sind unter anderem in Ack98 und Eng86 zu finden Im Rahmen der Modellierung und Bewertung werden die von der DB AG ermittelten Kostens tze f r Versp tungsminuten in Abh ngigkeit der Streckenkategorie verwendet 62 4 7 Modellierung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien Ausfalls die Instandsetzungsdauer mit der Dauer einer Betriebsst rung gleichgesetzt wird und sich danach die H he der BEK richtet Der Fall dass Ausf lle auch in Betriebspausen auftreten k nnen und in diesem Fall keine Verz gerungen im Betriebsablauf auftreten wird somit nicht differenziert betrachtet Neben den intrasystemischen Abh ngigkeiten sind in einem durchdachten Instandhaltungskonzept auch intersystemische Abh ngigkeiten zu bedenken und in die Bewertung einzubeziehen W hrend sich Abbildung 21 und Abbildung 22 auf die Ursache Wirkungsbeziehungen bei der Instandhaltung eines Systems beziehen verdeutlicht Abbildung 2
108. ell Zungen hieberbewegung 2501 l i yi D triebsleerlauf 000 Bewegung abliegende Zunge Abbildung 39 Wirkleistungskurve eines Weichenantriebsmotors Sto02 Neben dem in Abbildung 39 gekennzeichneten Bereich f r das Zustandskriterium Zungen schwergang k nnen noch weitere Kriterien zur Zustandsdiagnose bestimmt werden Zu ihnen geh ren unter anderem die Umlaufzeit die Zungenvorspannung und der Schwergang im Ver schluss Der Zungenschwergang ist eine aussagekr ftige Zustandsgr e des Systems Weiche Gut08 und die praktischen Erfahrungen zeigen dass Schwierigkeiten im Umstellvorgang der Zungen einen gro en Anteil an den gesamten Weichenst rungen darstellen Entsprechend bildet der Zungenschwergang die Basis f r die nachfolgend beschriebene Instandhaltungsstrategiebe wertung und der dazu notwendigen in Abschnitt 6 3 1 3 erl uterten Zustandsmodellierung Um eine Bewertung der Instandhaltungsstrategien zu erm glichen ist ausgehend von Mess reihen eine zustandsbeschreibende Funktion zu ermitteln Wichtig daf r ist die Kenntnis Uber den zeitlichen Verlauf der Wirkleistung bei der Bewegung beider Zungen innerhalb eines Um stellvorgangs Dieser P beide Zungen lauf ist zusammen mit den Grenzwertbereichen und den Warnstufen 1 und 2 bezogen auf den gesamten Umstellvorgang schematisch in Abbildung 40 dargestellt Dabei ist der tats chliche Verlauf abh ngig von den Einsatzbedingungen Anzahl und Art der Z ge
109. ellt durch das Deutsche Zentrum f r Luft und Raumfahrt e V Gutsche Katja 2009 Intelligent cost efficient maintenance of railway switches based on condition data In Arnaiz A Aranzabe A Rao R Hg 22 Interna tional Congress Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Manage ment Fundacion Tekniker S 289 294 Hadeler Thorsten Hg 2000 Gabler Wirtschaftslexikon 15 Aufl Wiesbaden Gabler Hamprecht Andreas 2006 Service Level Management ergebnisorientierte Bewirtschaftung am Beispiel von Anlagen des spurgebundenen Verkehrs D sseldorf VDI Verlag Haram Mohamed Abdulla El 1995 Integrated approach to condition based reliability assessment and maintenance planning Exeter Heimerl Gerhard 2000 Standardisierte Bewertung von Verkehrswegeinvestiti onen des PNV und Folgekostenrechnung M nchen Hempe Thomas 2006 Ein LCC basiertes Verfahren zur Evaluierung von Schleifstrategien f r Schienenbahnen Hamburg Tetzlatt Hestra IHTO7 HKO6 Hus07 Kal07 Kel97 Kru07 KRO1 Lei07 Lev97 LieQ7 LNG 06 Lor98 Los96 LBO6 Literaturverzeichnis Hentzschel J rgen Trappmann Frank 2007 Kostensenkung bei B ndelung von Instandhaltungsma nahmen In Eisenbahningenieur H 10 S 7 11 H per Axel Bj rn Koriath Holger 2006 Lite Cycle Management f r bauliche Anlagen der Deutschen Bahn AG Kernaussagen und Standards In Eisenbahn tech
110. en pflege ber die Nutzungsphase hat nicht differenziert untersucht oder bewertet Eine hier angestrebte integrierte Untersuchung von Investitions und Instandhaltungsstrategien wird zum einen dem Anspruch einer umfassenden d h im Sinne einer Lebenszyklusanalyse den gesamten Lebenszyklus betrachtenden Bewertung gerecht Zum anderen werden die Instandhaltungskosten die nicht allein durch die Wahl der Produktionsmittel sondern auch durch das Instandhaltungsmanagement des Betreibers und dessen Instandhaltungsstrategie wahl bestimmt werden differenziert betrachtet Diese Analyseergebnisse werden in besonde rer Weise bei der Investitionsentscheidung ber cksichtigt Dass eine solche integrierte Betrachtung zu empfehlen ist und sich nur so das genannte Ziel niedriger LCC und hoher Systemwirtschaftlichkeit erreichen l sst zeigt eine umfassende Stu die UICO2b Darin wird festgehalten dass viele Kostentreiber sowohl f r die Investitionen als auch bei der Instandhaltung G ltigkeit haben Die gleiche Studie stellt weiter fest dass zum einen der Anlagenbestand und zum anderen die Instandhaltungsstrategie die beiden Aspek te darstellen mit denen sich am st rksten eine Kostensenkungen erreichen l sst W hrend eine Ausrichtung des Anlagenbestands an der Verkehrsnachfrage nur im Rahmen der Festle gung der Investitionsstrategie erfolgen kann ist ein effizientes Instandhaltungsmanagement f r die Anlagen der zuvor definierten Investitionsstrate
111. en Messgr e sowie den nachfolgenden Ma nahmen besteht Die Funktions und Messgr en berwachung kann nach Plan auf Anforderung oder kontinuierlich erfolgen Anhang B Komplexit tsberechnung der Instandhal tungsstrategiebewertung Im Folgenden wird die Komplexit t der Instandhaltungsstrategiebewertung ausgewiesen Da bei wird im Besonderen auf Abbildung 23 und Abbildung 26 Bezug genommen Abbildung 23 beschreibt den Prozess der Instandhaltungsstrategiebewertung und Abbildung 26 schafft die Einordnung der Instandhaltungsstrategiebewertung in den Ablauf der integrierten Bewer tung von Investitions und Instandhaltungsstrategien f r die Bahnsicherungstechnik Die Komplexit t der Instandhaltungsstrategiebewertung l sst sich anhand des L sungsraums L Gleichungen 20 und der damit verbundenen Anzahl an Rechenschritten R Gleichung 21 beschreiben Wobei der erste Summand in L die Menge aller m glichen Instandhal tungsstrategien f r jedes einzelne Infrastrukturelement erfasst Der zweite Summand bewer tet dazu alternative Strategien die sich aus dem gemeinsamen instandhalten von z B rtlich beieinanderliegenden Infrastrukturelementen und damit einer m glichen Optimierung der Einzelstrategien ergeben Dazu wird jeweils nur eine Instandhaltungsstrategie i d R die g nstigste je Infrastrukturelement in den Optimierungsschritt bernommen N G A O L gt M Sart z tM 20 i g l el Ze R L S 21 mit G 7
112. en die zu verwendenden Rechengr en CFGO7 S 473 ff Trotz dieser begriff lichen Unsch rfe wird der Begriff Kosten weitl ufig verwendet und soll zum leichteren Verst ndnis auch in dieser Arbeit verwendet werden Lebenszykluskostenanalysen sind mit dem Problem zum Teil erh hter Infor mationsunsicherheit behaftet Wie in Abbildung 8 ersichtlich ist dies besonders gravierend zu Beginn eines Produktlebenszyklus Hier ist die Einflussnahme auf die LCC des Produktes am h chsten denn in der Phase der Systementwicklung werden der gr te Teil der Systemeigen schaften z B Montagef higkeit Systemwartbarkeit Verschlei Zuverl ssigkeit etc vgl BecO5 S 29 und damit auch der Verlauf der LCC festgelegt Dau02 S 3 Hingegen ist der Wissensstand ber die Entwicklung der LCC zu diesem Zeitpunkt am niedrigsten SchO5 Begr ndet ist dies durch e fehlende Systemkenntnis bei Entwicklung und Einf hrung des Produktes e die komplexen Zusammenh nge sowohl zwischen den einzelnen Lebenszykluskosten als auch den Systemkomponenten e die Unsicherheit ber den Lebenszyklus z B nderungen der Einsatzbedingungen der Anlage Letzteres gilt im Besonderen f r die Anlagen der Eisenbahnsicherungstechnik da sich diese entgegen der meisten Konsumg ter oder auch der Automobilindustrie durch sehr lange Le bensdauern auszeichnen SSO7 Um dennoch Lebenszykluskostenanalysen durchf hren zu Kosten sind definiert als der
113. en hier nicht wiederholt zu werden Zuverl ssigkeit ist die Wahrscheinlichkeit einer Komponente dass sie ihre Funktion in der er warteten Weise unter vordefinierten Betriebsbedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt t wahrnimmt Dabei wird insbesondere bei komplexen Anlagen eine Differenzierung in Kom ponenten Subsystem und Systemzuverl ssigkeit vorgenommen Als Komponente wird im Rahmen der Instandhaltung die kleinste reparierbare bzw ersetzbare Einheit verstanden Sub systeme umfassen eine gr ere Anzahl solcher Komponenten und bilden in Summe das Sys tem bzw die gesamte Anlage Die zu w hlende Abgrenzung zwischen den Komponenten und Subsystemen aus Sicht der Instandhaltung ist abh ngig von der betrachteten Anlage und ihrem technischen Aufbau Die Zuverl ssigkeitstheorie setzt somit auf der Annahme auf dass alle Einheiten zu einem gewissen Zeitpunkt nicht mehr ihre Funktion wahrnehmen k nnen damit als defekt gelten 8 In den folgenden Kapiteln folgt eine Vielzahl neuer Begrifflichkeiten Eine Zusammenstellung detaillierter Be griffsdefinitionen erfolgt im Anhang A 33 4 Instandhaltungsstrategien und ihr Lebensende erreicht haben Da eine genaue Bestimmung des Ausfallzeitpunkts nie m glich ist k nnen Aussagen zu Systemzuverl ssigkeit nur in Form von Wahrscheinlichkeiten getroffen werden DIN90 F r die Bewertung der Zuverl ssigkeit von Einheiten und Systemen sind folgende Kennzahlen relevant e Ausfallfunktion F t
114. en nur kurz benannt werden F r eine detaillierte Beschreibung der Betriebsverfahren wird auf einschl gige Literatur verwiesen PacO5 SchO6 SchO7b SchO7a Im Zugmeldevertahren wird die Zugtolge durch Zugmeldungen geregelt und gesichert die vom Fahrdienstleiter erteilt werden Mittels der Zugmeldungen wird eine Zugfahrt gegen nachfolgende sowie entgegenkommende Schienenfahrzeuge gesichert Wird das Zugmelde verfahren mit elektronischen Stellwerken ESTW umgesetzt dann wird rechnerbasiert sicher gestellt dass alle notwendigen Voraussetzungen f r das Zulassen einer Zugfahrt erf llt sind Im Gegensatz dazu erfolgt f r das ausgew hlte Streckenbeispiel aktuell der Betrieb im Zug meldeverfahren unter Einsatz mechanischer und elektromechanischer Stellwerke Dies f hrt zu niedrigen Stellentfernungen und damit zu einem wesentlich h heren Personalbedarf f r kleine lokale Stellbereiche Eine Alternative dazu bietet der Zugleitbetrieb vor allem f r Strecken mit einfacheren betrieb lichen Verh ltnissen Der Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung als die einfachste Form des Zugleitbetriebs basiert auf Zuglaufmeldungen zwischen den verantwortlichen Zugleitern ohne bzw mit we nigen Sicherungsanlagen Der Zugleitbetrieb kann jedoch nur bis zu einer maximalen Stre ckengeschwindigkeit von 80 km h betrieben werden Durch die fehlende technische Unter st tzung der Zugleiter sind f r das Streckenbeispiel vier Zugleiter notwendig
115. en oder die Systemsicherheit zu schm lern Eine Vorreiterrolle im Bereich der Bahnsicherungstechnik nimmt derzeit das System Weichen antrieb ein So werden mit Hilfe von Diagnosesystemen ausgew hlte Weichen inklusive Wei chenantriebe in ihrem Zustand berwacht In der UlC Studie EcoSwitch sind die derzeit im europ ischen Raum verbauten Weichendiagnosesysteme aufgelistet und beschrieben UICO2al S 36 ff Im Netz der Deutschen Bahn ist vorrangig das System SIDIS W der Sie mens AG im Einsatz Sie98al Daneben werden in Teilen der ROADMASTER 2000 von VAE und das System POSS von Strukton Railinfra verwendet Dabei handelt es sich jedoch stets nur um prozessbegleitende Eins tze die Instandhaltung von Weichenantrieben erfolgt nach wie vor zeitabh ngig nach KoRil 892 Die eingesetzten Systeme unterscheiden sich zwar in Teilen in ihrer Ausf hrung Ihr Funktionsprinzip ist jedoch weitestgehend identisch Durch die berwachung des Weichenmotorstroms wird der notwendige Kraftaufwand f r den Umstell vorgang an sensiblen Punkten im Zungen Herzst ck und Weichenantriebspunkt ersichtlich Durch den Abgleich mit hinterlegten Referenzwerten lassen sich kurz oder l ngerfristig ab zeichnende St rungen erkennen Damit kann der Zustand der Weichenkonstruktion von der Ferne beurteilt werden Durch den Einsatz dieser Systeme konnten die Anzahl an St rungen von Weichenantrieben nachweislich gesenkt werden Daneben erlauben die Diagnosedaten ei
116. enschaftlich fundierten Bewertungs schemas mit dem es gelingt fr hzeitig konomische Zielgr en beim Betrieb von Nebenstre cken zu ber cksichtigen Zim02 SchO9 Zur Verdeutlichung der praktischen Anwendbarkeit des in Kapitel 1 erl uterten Verfahrens der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien soll deshalb ein Netzabschnitt aus dem deutschen Nebenstrecken netz exemplarisch analysiert werden Die sich daraus ergebenden Chancen Nutzen wie auch m gliche Schwierigkeiten bei der Umsetzung der Methodik werden nachvollziehbar dargestellt Dabei kommt es an dieser Stel le nicht darauf an alle in Frage kommenden Investitions und Instandhaltungsstrategien voll st ndig abzubilden und zu bewerten Die Annahmen zu anfallenden Kosten und deren H he wurden in Anlehnung an praktische Erkenntnisse getroffen Zun chst ist der Untersuchungsraum n her beschrieben Abschnitt 6 1 Daran anschlie end werden in den Abschnitten 6 2 und 6 3 die in Abbildung 26 dargestellten Schritte f r eine integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien f r die Bahnsicherungs technik verdeutlicht Abschlie end wird darauf aufbauend in Abschnitt 6 4 die Entschei dungsgrundlage gegeben 6 1 Der Untersuchungsraum Bei dem beispielhaft bewerteten Streckenabschnitt Abbildung 30 handelt es sich um eine real existierende Schienenverkehrsinfrastruktur f r die aktuell Investitions berlegungen vor genommen werden
117. entlichen wir spannende wissenschaftliche Themen aus dem Institut f r Verkehrssystemtechnik des Deutschen Zentrums f r Luft und Raumfahrt e V DLR und aus seinem Umfeld Einen Teil der Auflage stellen wir Bibliotheken und Fachbibliotheken f r ihren Buchbestand zur Verf gung Herausragende wissenschaftliche Arbeiten und Dissertationen finden hier ebenso Platz wie Projektberichte und Beitr ge zu Ta gungen in unserem Hause von verschiedenen Referenten aus Wirtschaft Wissenschaft und Politik Mit dieser Ver ffentlichungsreihe verfolgen wir das Ziel einen weiteren Zugang zu wissen schaftlichen Arbeiten und Ergebnissen zu erm glichen Wir nutzen die Reihe auch als prakti sche Nachwuchsf rderung durch die Publikation der wissenschaftlichen Ergebnisse von Dis sertationen unserer Mitarbeiter und auch externer Doktoranden Ver ffentlichungen sind wichtige Meilensteine auf dem akademischen Berufsweg Mit der Reihe Berichte aus dem DLR Institut f r Verkehrssystemtechnik erweitern wir das Spektrum der m glichen Publikati onen um einen Baustein Dar ber hinaus verstehen wir die Kommunikation unserer For schungsthemen als Beitrag zur nationalen und internationalen Forschungslandschaft auf den Gebieten Automotive Bahnsysteme und Verkehrsmanagement Im vorliegenden Band wird ein Bewertungsverfahren f r Investitionen in der Bahnsicherungs technik vorgestellt Dazu flie en zum einen quantitative und aus Eisenbahnbetriebssimulation gewonnen
118. er Sch digung der Weichen und somit in der Zustandsgleichung selbst F r dieses Fallbeispiel bilden die Zustandsinformationen aus Messreihen von Weichen ohne Zun genrollvorrichtung die Grundlage denn ZRV werden bevorzugt bei Weichen mit vielen Umstellvorg ngen eingebaut F r das hier zugrundeliegende Beispiel einer Investition in Infrastruktur auf einer Nebenstrecke trifft dies weniger zu 3 Die Messwerte belegen den Unterschied in der aufzubringenden Motorleistung in Ab h ngigkeit von der Umstellrichtung Bei den beiden Weichen ohne ZRV ist der ben tig te Kraftaufwand in Linksrichtung niedriger begr ndet ist dies durch die Lage im Gleis bett Gut03 Entsprechend formuliert die Zustandsgleichung im Rechtslauf bei diesen Die Anzahl der Umstellvorg nge je Tag betragen zwischen 10 und 25 Die untersuchten Weichen befanden sich bereits vor dem berwachungszeitraum den die Messreihe beschreibt im Einsatz Die weichenspezifische Historie Liegedauer Summe Umstellvorgange etc wird nicht untersucht 64 R ckfallweichen m ssen entsprechend der Erkenntnisse der Investitionsstrategiebewertung nicht weiter be r cksichtigt werden Dabei sind die Messdaten getrennt nach Umlaufrichtung ausgewertet und dargestellt Weiche 302 besitzt eine ZRV Ihre Sch digung in Abh ngigkeit der erfolgten Anzahl Umstellungen nach letztmalig erfolgter Instandhal tung verl uft flacher als bei den beiden Weichen 328 und 332 die keine ZRV besit
119. ere Alternativen in der Instandhaltung im Gesamtergebnis am wirtschaftlich attraktivsten ist Im Ergebnis ist ein Paket aus Investitions und Instandhaltungsstrategie f r den Streckenab schnitt mit h chster wirtschaftlicher Effizienz durch niedrige Lebenszykluskosten und best m glicher betrieblicher Qualit t definiert 73 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien Daneben hat der Betreiber detaillierte Kenntnisse ber H he und Zeitpunkt der zu erwartenden Kosten F r das Instandhaltungsmanagement liefert die Bewertungsmethodik ein tiefgehendes Verst ndnis vom Ursache Wirkungsgef ge zwischen Zustand Ma nahmen und Kosten Das Verfahren der integrierten Bewertung von Investition und Instandhaltung schafft ein umfassendes Wissen welches auch noch nach der eigentlichen Entscheidung genutzt werden kann bspw bei Strategieanpassungen in der Instandhaltung oder bei Entscheidungen zu hnlichen Investitionsprojekten Die Unterschiede in dieser Vorgehensweise zu bestehenden Bewertungsans tzen f r Investiti onsentscheidungen in Eisenbahninfrastruktur lassen sich wie folgt zusammenfassen 1 Investitions und Instandhaltungsalternativen werden integrativ betrachtet wobei die Instandhaltungsstrategien einer gesonderten Analyse unterzogen werden 2 Ergebnisse aus Eisenbahnbetriebssimulationen flie en in eine LCC Nutzen Analyse der Investitionsalternativen ein 3 Die m glichen Instandhaltungsstrategien
120. ernehmen einmalig Bei Anmietung der Werk zeuge entstehen im Betrag variierende wiederkehrende Kosten Entsorgungskosten Prinzipiell fallen unter den Posten Entsorgungskosten alle Aufwendungen die mit der Stillle gung Au erdienststellung Demontage und dem Recycling bzw der sicheren Entsorgung der Betrachtungseinheit verbunden sind Mitunter greifen hier besondere Umweltgesetze die bestimmte Recyclingma nahmen vorschreiben Die geschaffene Struktur der LCC ist die Basis f r weitere Betrachtungen und die Auslegung des Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstruments und seiner Schnittstellen zur Eisenbahnbe triebssimulationssoftware vgl 3 2 3 Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte mit der einleitend gegebenen Begr ndung eines erwarteten erheblichen Erkenntniszugewinns eine separate Betrachtung der Instandhaltungskosten jeweils in Abh ngigkeit der Instandhaltungsstrategie f r die an der Strecke verbaute Bahnsicherungstechnik Mit Hilfe von Simulationen sollen 20 3 1 Investition und Investitionsstrategie Auswirkungen von Ver nderungen im Instandhaltungsmanagement z B Fristenspreizung zwischen regelm ig erfolgenden pr ventiven Instandhaltungsma namen auf die Systemver t gbarkeit und damit auch auf die Wirtschaftlichkeit der Systeme gemessen anhand ihrer LCC betrachtet werden siehe Kapitel 4 Entsprechend werden die Instandhaltungskosten nicht als statische Gr e in das Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument aufgenommen so
121. erst ndnis f r die Unterschiede sowie Vor und Nachteile der Basisinstandhaltungsstrategien wird im nun folgenden Abschnitt das prinzipielle Vorgehen 50 4 5 Strategieauswahl bei einer Strategieauswahl beschrieben Mit einem solchen Auswahlverfahren gelingt eine systematische Identifikation der unter gegebenen betrieblich technologischen Randbedingun gen f r das Untersuchungsobjekt in Frage kommenden Instandhaltungsstrategien 4 5 Strategieauswahl Bevor eine Modellierung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien mit dem Ziel der Iden tifikation der optimalen Instandhaltungsstrategie vgl Abbildung 17 erfolgen kann sind zu n chst f r die Betrachtungseinheit geeignete Instandhaltungsstrategien zu identifizieren Wel che Strategien f r eine Bewertung in Frage kommen richtet sich nach der Betrachtungsein heit selbst Aufbau Material etc und ihren Einsatzbedingungen Sicherheitsrelevanz Be triebsrelevanz etc Der in Abbildung 20 aufgezeichnete Entscheidungsprozess umfasst die wesentlichen Fragestellungen mit deren Hilfe die aus sicherheits technischer und betriebli cher Sicht m glichen Instandhaltungsstrategien identifiziert werden k nnen Das Ergebnis einer solchen systemtechnischen Analyse ist Eingangsgr e bei Anwendung des im Rahmen dieser Arbeit aufgestellten Bewertungskonzepts Wie eine solche fallspezifische Analyse vor zunehmen ist wird verst ndlich in einschlagiger Literatur aufgearbeitet Har95 Stu96 War
122. ertung von Inves titionsalternativen nur ver nderliche Aspekte ber cksichtigt Auf konstante Parameter also jene die sich nicht durch die Wahl einer Bahnsicherungstechnik ver ndern kann dann ver zichtet werden Sie liefern bei allen Investitionsstrategien den gleichen Beitrag zu Kosten bzw Nutzen So kann bspw bei der Bewertung von alternativen Investitionsstrategien in Bahnsi cherungsanlagen f r einen konkreten Netzabschnitt bei gefordertem Fahrplan vgl Kapitel 6 auf Informationen hinsichtlich der Erl se aus dem zu erf llenden Fahrplan verzichtet wer den Gleiches gilt bei konstanter Gleistopologie f r die Erfassung von Oberbaukosten Damit wird deutlich dass das prim re Ziel der hier beschriebenen integrierten Bewertung der Ver gleich von Investitions und Instandhaltungsalternativen ist Weniger geht es darum Aussa gen ber die absolute Kosten bzw Erfolgswirksamkeit der einzelnen Alternativen zu erhal ten Unabh ngig von dem Ziel der Analyse sind jedoch prinzipiell zun chst all jene Bewertungskri terien zusammenzutragen die eine umfassende Lebenszyklusanalyse erm glichen Entspre chend m ssen alle relevanten Kosten und Nutzenaspekten Abschnitte 3 1 1 und 3 1 2 im Bewertungsinstrument abgebildet sein Die f r eine Bewertung von Investitionsstrategien in die Bahnsicherungstechnik relevanten Kosten sind vgl Abbildung 9 1 Anschaffungskosten R ckbaukosten Betriebskosten a E Entsorgungskosten
123. erzu das Matrixverfahren Bei Anwendung des Matrixverfahrens trifft der Entscheider oder besser das zu entscheidende Team f r alle Kriterienpaare i i gt 1 lt k i z J Aussagen ob das Nutzenkriterium i wichtiger etwas wichtiger gleich wichtig etwas un wichtiger oder unwichtiger als Nutzenkriterium j ist Entsprechend werden f r das Kriterienpaar LI 4 0 3 1 2 2 1 3 oder 0 4 Wichtigkeitspunkte zugeordnet Sind alle Kriterienpaare gewichtet sind die vergebenen Wichtigkeitspunkte auf 100 Prozent zu normie ren Das Matrixverfahren bietet mittels paarweiser Vergleiche eine gute Systematik um die Gewichtungen der Nutzenkriterien zu bestimmen Anhang D zeigt die mittels Matrixverfahren gewonnenen Gewichtungen der k Nutzenkriterien und erl utert an einem Beispiel die Punktezuordnung bzw interpretation Es wurden 20 Wiederholungen durchgef hrt um aus den Simulationsergebnissen verl ssliche Aussagen hin sichtlich der zu erwartenden Versp tungsminuten zu erhalten 98 6 2 Investitionsstrategiebewertung Punktbewertung des qualitativen Nutzens Die in Tabelle 4 zugeordneten Gewichtungen f r die identifizierten Nutzenkriterien wurden durch institutsinterne Experten Institut f r Verkehrssystemtechnik des DLR mittels Matrixver fahren siehe Anhang D bestimmt wobei sich der Zahlenwert daran orientiert wie stark das jeweilige Kriterium Einfluss auf die Attraktivit t des Verkehrstr gers Schiene nimmt Dabei gilt umso st r
124. estitionsalternativen 1 X mit ihren instand zu haltenden und im Zustandsverhalten zu beschreibenden Infrastrukturelementen 1 N Messdaten gt Zustandsgleichung zusammenstellen Belastungsparameter gt v lt Ausfallrate A t Instandhaltungsparameter gt Mehrfach Festlegung Simulation Konfidenzintervall Instandhaltungskostenberechung je Ereignis E 1 e Bewertungsergebnis Abbildung 29 Schrittfolge bei Durchf hrung einer integrierten Bewertung 83 6 Fallstudie Die Frage nach einem wirtschaftlicheren Betrieb der Bahnen stellt sich besonders auf Neben strecken welche mit etwa 10 000 km Gesamtstreckenl nge etwa 25 bis 30 Prozent des Ge samtnetzes in Deutschland bilden Hier wird die Versorgung in hohem Ma e durch Subventi onen von Bund und L ndern aufrecht erhalten Eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit d h ein gutes Verh ltnis von monet rem Aufwand zum Nutzen und damit einer m glichen Sen kung der Subventionen bei Sicherung der Streckenbewirtschaftung und Vermeidung drohen der Streckenstilllegungen ist sowohl f r Infrastrukturbetreiber wie f r die Volkswirtschaft von hohem Interesse Daneben besteht f r Nebenstrecken in Deutschland oftmals ein hoher Inves titionsstau aufgrund unterlassener Unterhaltung bzw veralteter Technik Dies ergibt die drin gende Notwendigkeit f r die Anwendung eines wiss
125. etriebs zu steigern Gleichzeitig beste hen Verbesserungspotentiale im Investitionsprozess und dem Instandhaltungsmanagement der Systeme der Bahnsicherungstechnik Diese Rahmenbedingungen bilden den Ausgangs punkt f r die vorliegende wissenschaftliche Arbeit An den Systemen der Bahnsicherungstechnik soll gezeigt werden welchen Beitrag der Ansatz der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategie f r die Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Systems Bahn liefern kann Die Neuartigkeit dieses Ansatzes gr n det sich zum einen auf der integrativen Betrachtung als auch auf der Art und Weise der Be wertung von Investitionsalternativen Kern des Ansatzes ist eine lebenszyklusorientierte Analyse von Investitionsstrategien f r Bahn sicherungstechnik Eine ausschlie liche Betrachtung der Investitionsausgaben gilt f r die lang lebigen instandhaltungsintensiven Systeme der Bahnsicherungstechnik als betriebswirtschaft lich berholt Untermauert wird dies durch Abbildung 1 Sie zeigt dass f r die Bahnsiche Die Richtlinie 2001 12 EG baut auf der Richtlinie 91 440 EWG auf und regelt den Zugang von im internationa len Verkehr zugelassenen Schieneng terverkehrsunternehmen zu nationalen Netzen Der Vorschlag f r eine Verordnung KOM 2004 139 baut ebenfalls auf der Richtlinie 91 440 EWG auf und behandelt die ffnung der Netze f r den grenz berschreitenden Personenverkehr bis 2010 siehe auch P r07 1 Einf hrung run
126. fassend abzubilden muss ein den Entschei dungsprozess unterst tzendes Instrumentarium vorliegen Vor diesem Hintergrund wurde ein Bewertungsverfahren f r Eisenbahninfrastrukturunter nehmen entwickelt mit dessen Hilfe das Entscheidungsproblem bei Investitionen in Bahnsi cherungstechnik strukturiert aufgearbeitet und transparent gemacht wird Dabei erfolgt ent gegen der bisherigen Praxis eine zusammenh ngende Betrachtung von Anschaffungs Be triebs und Instandhaltungsaufwendungen Diese Lebenszyklusbetrachtung schlie t eine de taillierte Analyse und Bewertung der in Abh ngigkeit von den Investitionsalternativen m gli chen Instandhaltungsstrategien ein Die vorliegende Arbeit umfasst e die Vorgehensweise bei der Aufstellung eines Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstru ments unter Ber cksichtigung von Lebenszykluskosten und nutzen e die M glichkeiten der Verwertung von Informationen aus Eisenbahnbetriebssimulatio nen f r Investitionsstrategieentscheidungen e die Bedeutung der Instandhaltung im Lebenszyklus von Eisenbahnintrastrukturanlagen sowie prinzipielle Instandhaltungsstrategien e die Vorgehensweise bei der Instandhaltungsstrategiefindung und e die Instandhaltungsstrategiemodellierung aufbauend auf der Zustandsbeschreibung der Infrastrukturelemente Davon ausgehend werden dem Leser die Potentiale und die Vorgehensweise einer integrier ten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien erl utert Die
127. ffungspreise I tes Fe Qualitative exkl Instandhaltung Nutzenbewertung Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument Wirtschaftlichkeitsportfolio Abbildung 27 Ablauf Bewertung Investitionsstrategien Zun chst gilt es all jene Investitionsstrategien zu bestimmen die unter Ber cksichtigung der definierten Einsatz und Randbedingungen in Frage kommen Hierf r gibt es kein standardi siertes Verfahren Wohl aber kann die Richtlinie 752 vom VDV als Orientierungshilfe einge setzt werden VDVO4 F r eine detaillierte Streckenprojektierung sind umfassendes betriebli ches Wissen und langj hrige Erfahrung gefragt Nach der Bestimmung der zu bewertenden Investitionsstrategien sind diese mit ihrer Infra struktur und Fahrplan in der Betriebssimulationsumgebung zu hinterlegen Darauf aufbauend erfolgt die Durchf hrung von einzelnen Simulationsl ufen Dies erm glicht zum einen die Analyse des Bahnbetriebs bei der gew hlten Investitionsstrategie unter normalem d h st rungstreiem Betrieb Zum anderen kann die Qualit t der Ausr stungsvariante im Falle von Betriebsst rungen untersucht werden Hierzu werden f r alle Investitionsstrategien einheitli che St rszenarien definiert Die Betriebssimulation liefert im Ergebnis umfassende Informatio 75 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien nen die zur qualitativen und quantitativen Bewertung der Investitionsstrateg
128. g einer Optimierung der Instandhaltungsstrategien unter dem Gesichtspunkt der rtlichen Zu sammengeh rigkeit von Systemen sowie eine Machbarkeitsuntersuchung auf Netzebene im Bewertungsmodell nicht verdeutlicht werden M gliche Effekte bezogen auf das Ziel der Kos tenminimierung die sich beispielsweise durch das Zusammenlegen von Instandhaltungsma nahmen vgl auch HTO7 f r rtlich beieinander liegende Systeme ergeben k nnen nicht aufgezeigt bzw untersucht werden Unabh ngig davon liefert der Kern der Instandhaltungs strategiebewertung die Zustandsmodellierung die f r die Investitionsempfehlung wichtigs ten Erkenntnisse Wie in Abschnitt 0 beschrieben wird bisher lediglich ein bahnsicherungs technisches System in seinem Zustand umfassend berwacht Damit liegen auch nur f r die ses System aussagekr ftige Daten aus der Praxis vor und die Auswahl eines geeigneten Unter suchungsgegenstandes ist einfach Wie die Evaluierung von Instandhaltungsstrategien f r Bahnsicherungstechnik erfolgt soll deshalb anhand des Systems Weiche siehe Abbildung 37 erl utert werden Dies ist auch aus Sicht der hohen Kostenrelevanz von Weichen legitim 106 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung SLO3 Weichen stellen einen Infrastrukturkostentreiber dar Sta01 UICO2b und verursachen einen hohen Anteil von Betriebsst rungen UICO2al S 75 ff In dem nun folgenden Abschnitt 6 3 1 werden kurz die Rolle der Eisenbahnweiche und die
129. gebnis entscheiden ob eine Instandhaltungsma nahme sofort ausgel st wird oder der Zustand noch gut genug ist und das Ergebnis der n chsten Inspektion abgewartet werden kann Im Modell erfolgt dies durch einen Abgleich zwischen aktuellem Zustand und dem im Modell hinterlegten Grenzwertbereich Liegt der aktuelle Zu stand innerhalb dieses Bereichs wird eine Instandhaltungsma nahme ausgel st und die dazu geh rigen Instandhaltungskosten sowie Zustandsverbesserung generiert Analog zur zeitab h ngigen Instandhaltungsstrategie treten parallel zu den pr ventiven Instandhaltungsma nahmen zuf llige Ausfallereignisse auf Die Abbildung in der Simulationsumgebung erfolgt hierbei analog zum Vorgehen bei der Modellierung der zeitabh ngigen Instandhaltung Ausfallorientierte Instandhaltung Mitunter kann auch eine ausfallorientierte Instandhaltung sogenannte Feuerwehrstrategie Strategie C vgl Abbildung 28 f r sicherungstechnische Anlagen in Betracht gezogen wer den Wobei dies eher die Ausnahme sein wird Dessen ungeachtet wird sie als dritte Grund strategie an dieser Stelle genannt Da bei dieser Art der Instandhaltung vollst ndig auf vor beugende Ma nahmen verzichtet wird erfolgen Instandhaltungsma nahmen ausschlie lich bei Systemausfall Dies tritt zum einen bei Erreichen des Grenzwertes vgl Abbildung 28 als auch wie bei den beiden zuvor beschriebenen Strategien zuf llig in Abh ngigkeit von exter nen Faktoren und Systemzu
130. gen Dennoch l sst er vermuten dass viele Instandhaltungsma nahmen zu fr h durchgef hrt werden entsprechend die Kom ponente noch einen berdurchschnittlich guten Zustand und damit einen hohen Restabnut zungsvorrat aufweist Effizienzverluste sind die Folge vgl Abbildung 18 Aufgrund dieser Zusammenh nge und den aktuellen Marktentwicklungen l sst sich im Instandhaltungsmanagement sicherungstechnischer Anlagen zunehmend der Wunsch nach 36 Je nach Anzahl der verkehrenden Z ge und Lasttonnen erfolgt die Einteilung der Strecke und seiner Infrastruk tur in eine der drei Belastungsgruppen starker mittlerer oder schwacher Verkehr 54 4 6 Instandhaltung von Bahnsicherungstechnik Alternativen in der Instandhaltung beobachten DBO6c Daneben schaffen die hohen Instandhaltungspersonalkosten von knapp 60 Prozent der gesamten Instandhaltungskosten gro e Anreize f r alternative Instandhaltungsverfahren mit denen sich eine h here Personal effizienz erzielen l sst Sta01 Dabei orientiert man sich zum einen an den Entwicklungen bei ausl ndischen Netzbetreibern Zwa07 RBO3 als auch an den anderen Bereichen der Deut schen Bahn AG wie etwa dem Bereich der Schienenfahrzeuge LBO6 HTO7 oder dem Ober bau Hier fanden und finden seit geraumer Zeit Untersuchungen statt wie der Instandhal tungsprozess wirtschaftlicher gemacht werden kann ohne ein nachteiliges Ausfallverhalten und damit eine steigende Anzahl von Versp tungen zu riskier
131. gend notwendig vgl ZanOO und wird entsprechend bei der Entwicklung des nachfolgend beschriebenen Bewertungsverfahrens ber cksichtigt Die notwendigen Arbeitsschritte f r eine solche quantitative wie qualitative Bewertung der Investitionsalternativen sowie die Notwendigkeit f r eine Lebenszyklusbetrachtung werden nachfolgend erl utert und bilden die Grundlage f r das Verst ndnis des hier entwickelten Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstruments Dabei wird im Folgenden der Begriff der Investiti onsalternativen und Investitionsstrategien gleichbedeutend verwendet Der Begriff der Investi tionsstrategie wird jedoch bevorzugt da er zum einen das Entscheidungsumfeld f r die lang lebigen Anlageng ter der Eisenbahnsicherungstechnik genauer kennzeichnet und zum ande ren den Kern des hier entwickelten Bewertungsverfahrens treffender beschreibt Dessen Fo kus liegt auf einer m glichst umfassenden und nicht m glichst detaillierten Abbildung der relevanten Bewertungsaspekte DINO5 3 1 1 Analyse der Lebenszykluskosten Die mit einer Investitionsstrategie verbundenen Kosten bilden zusammen mit dem erzielbaren Nutzen die Grundlage f r eine Investitionsentscheidung Eine Kostenbewertung ber den ge samten Lebenszyklus siehe Abschnitt 3 1 1 ist dabei zwingend notwendig besonders in An betracht der belegten Tatsache dass nur Lebensdauer bezogene minimale Aufwendungen den Gewinn und Erfolg von Unternehmen auf Dauer sichern W b84 SchO5 R
132. gew hlt da damit die Anforderungen an die Schnittstellengestal tung und die ben tigten Informationen zur Bewertung von Investitionsstrategien weitestge hend erf llt werden k nnen Eingangsdaten f r Simulationen in RailSys sind Infrastruktur Fahrpl ne Fahrzeug und betriebliche Daten mit dem prim ren Ziel der Fahrzeitrechnung und Konflikterkennung Rad06 S 55 Mittels der Eisenbahnbetriebssimulationen werden durch das Einbringen von St rungen in den konfliktfreien Fahrplan Stabilit t und Qualit t der Fahrpl ne bei gegebener Infrastruktur analysiert Ebenso werden Untersuchungen hinsichtlich der M glichkeiten f r zus tzliche Verkehre in einem bestehenden Fahrplan durchgef hrt Die so gewonnenen Aussagen bez glich der zu erwartenden Betriebsrealit t sind ein wichtiger Eingangsparameter f r die Investitionsstrategiebewertung vgl Kapitel 1 und 6 Wichtig hier bei sind die Definition betrieblich sinnvoller St rszenarien wie bspw Haltezeitverl ngerungen in Bahnh fen den Ausfall von Infrastruktur oder zeitlich beschr nkter Langsamfahrstellen und realistischer Zusatzverkehre Das prinzipielle Vorgehen zu deren Simulation in RailSys ist aus t hrlich in Rad06 S 72 ff beschrieben 3 2 3 Instrument zur Wirtschaftlichkeitsbewertung Nach Festlegung der Bewertungskriterien siehe Abschnitt 3 2 1 und der Simulationsumge bung siehe Abschnitt 3 2 2 werden nun das eigentliche Bewertungsinstrument sowie die 26 RailSys
133. gie mit einer passenden Instandhal tungsstrategie m glich Sta01 UICO2b 4 Bestehende Optimierungspotentiale in der Instandhaltung von Bahnsicherungstechnik und damit der Instand haltungskosten werden im Besonderen aufgrund der derzeit vorrangig rein zeitabh ngigen pr ventiven Instand haltung der Anlagen vermutet 6 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien Neben der gro en Bedeutung der Aspekte Investitions und Instandhaltungskosten f r den Betreiber bahnsicherungstechnischer Anlagen bedingt sich deren integrierte Bewertung dem zufolge aus ihrer gegenseitigen Abh ngigkeit So beeinflusst die Wahl der Investitionsstrate gie zum einen die denkbaren Instandhaltungsstrategien Diese wiederum nehmen durch die damit verbundenen Instandhaltungskosten Einfluss auf den Nettobarwert der Investitionsstra tegien bei Ber cksichtigung der LCC vgl Abbildung 2 sowie Abschnitt 3 1 1 Denn wie in Abschnitt 4 4 erl utert bestimmen die Art und Weise der Instandhaltung den Umfang der systemerhaltenden Ma nahmen und die Verf gbarkeit und damit auch die LCC des Systems mitunter erheblich DINO5 F r die Bahnsicherungstechnik gilt dieser Zusammenhang im Be sonderen Deshalb m ssen beide Aspekte gemeinsam optimiert werden Nur durch eine in tegrative Bewertung beider Aspekte kann vermieden werden dass eine Investitionsalternative ausgew hlt wird die bspw aufgrund kostenintensiver Instandhaltung zwar jene mit
134. glichst realistischen Bild des Eisenbahnbetriebs empfehlen sich zum einen die Verwendung des synchronen Simulationsverfahrens und zum anderen eine mikro skopische Intrastrukturmodellierung Bei synchronen Simulationsverfahren werden entgegen der asynchronen Simulation die zeitsynchron ablaufenden Prozesse unmittelbar also in ihrer tats chlichen Abfolge nachgebildet Damit wird eine u erst realistische Abbildung des Be triebsablaufs erm glicht bei der die Anzahl sowie der Zustand der im System vorhandenen Z ge jener auf der tats chlichen Strecke entsprechen Pac04 S 156 Der f r die zu untersu chende Strecke zu erf llende Fahrplan kann dabei als Eingangsgr e verwendet werden Um sich einen Eindruck ber den notwendigen Investitionsumfang an der Strecke machen zu k nnen bedarf es einer Detailbetrachtung der Strecke in Form eines mikroskopischen Kno ten Kanten Modells Entgegen makroskopischer Infrastrukturmodelle erfolgt hierbei keine Aggregation oder Mittelwertbildung an den Knoten und Kanten Rad06 S 8f Vielmehr erfolgen eine realit tsgetreue Abbildung des Sicherungssystems und eine exakte Fahrzeit rechnung Damit k nnen eine Vielzahl von eisenbahnbetrieblichen Fragestellungen adressiert werden so z B der Aspekt der Betriebsqualit t durch Simulation von St rszenarien im kon tliktfreien Fahrplan RailSys 2 erm glicht synchrone mikroskopische Eisenbahnbetriebssimulationen Es wurde im Rahmen dieser Arbeit aus
135. gstechnik die j hrlichen Betriebs und Instandhaltungskosten pro Gleiskilometer h her sind als die durch die Investition verursachten Kapitalkosten Eine Investitionsentscheidung aus schlie lich basierend auf den Investitionsausgaben w re demzufolge nicht zielf hrend 9 000 Betriebskosten m Instandhaltungskosten O Kapitalkosten O Kosten f r Verkehrsbehinderung Abbildung 1 J hrlicher Gesamtaufwand f r Bahnsicherungstechnik in Gleiskilometer Zsc06 UICO2b W hrend sich die Betrachtung der Lebenszykluskosten immer mehr in der Praxis durchsetzt erfolgt dies im Allgemeinen rein monet r ohne Ber cksichtigung qualitativer Aspekte Dies ist als kritisch zu bewerten und wird entsprechend in dem neuartigen Bewertungsverfahren adressiert Dazu wird auf Informationen aus Eisenbahnbetriebssimulationen wie sie f r Fahr planuntersuchungen und Streckenleistungsbetrachtungen ausgef hrt werden zur ckgegrif fen und in den Investitionsentscheidungsprozess einbezogen Derzeit wird dem Einfluss der Instandhaltungsstrategie im Rahmen investiver Entscheidungen nur eine geringe Aufmerksamkeit geschenkt Dies gilt im Besonderen f r die bisher vorrangig traditionell gemanagten Anlagen der Bahnsicherungstechnik Deren Instandhaltung richtet sich derzeit vorrangig nach zeitlichen und weniger nach abnutzungsabh ngigen Kriterien Dies l sst Optimierungsm glichkeiten vermuten deren Umfang und Art es zum Zeitpunkt von Investitionsentscheidunge
136. h dargestellte Grenzwertbereich f r den Zustandsparameter Zungenschwergang Bewegung beider Zungen f r die Zustandsmodellierung genutzt Bei den nachfolgenden Analysen werden entsprechend den praktischen Erfahrungen die Um stellvorgange als die determinierende Gr e betrachtet Gut08 Durch sie und weniger durch die Liege oder Betriebszeit einer Weiche bestimmt sich die Abnutzung des Systems UICO2a S 30 ff Bei der Art und Weise der Zustandsbeschreibung und modellierung k nnen entweder Mess reihen aus einer Vielzahl von technischen Versuchen z B Belastungstests an den identifizier ten kritischen Einheiten des Systems die Grundlage bilden Die andere M glichkeit liegt in der statistischen Auswertung von Messreihen aus dem praktischen Einsatz der Systeme vgl Ab schnitt 4 7 3 In der Fallstudie wird letzteres gemacht Die Datenanalyse soll zun chst umris sen werden Im Anschluss erfolgt die Ermittlung eines zu erwartenden Zustandsverlaufs f r eine Weiche im hier betrachteten Untersuchungsraum Abschnitt 6 1 F r die Analyse werden die Informationen aus dem Einsatz eines SIDIS W Systems im Gro raum Berlin verwendet 111 6 Fallstudie Dabei handelt es sich um Messreihen zu elektronischen Weichen mit und ohne Zungenrollvor richtung ZRV siehe Anhang E 1 Die untersuchten Messreihen umfassen einen Einsatzzeit raum von einem Jahr Die Anzahl der Umstellvorg nge und damit der Messungen je Tag vari eren je nach Ein
137. haltungsma nahmen die direkten Instandhaltungskosten steigen Im Umkehr schluss gilt bei negativer Wirkungsweise dass der beeinflusste Aspekt sinkt wenn der Ver ursacher steigt und umgekehrt So hat bspw eine erh hte Verf gbarkeit sinkende indirekte Instandhaltungskosten zur Folge Abbildung 22 stellt das Grundger st des Modells dar Die erfassten Verkn pfungen sind in der Simulationsumgebung entsprechend hinterlegt 3 Im Rahmen dieser Arbeit wird aufgrund des gebotenen Funktionsumfangs und seiner Bedienbarkeit Anylogic Version 6 2 verwendet Ebenfalls denkbar ist der Einsatz von iThink STELLA DYNAMO Vensim oder Powersim Sie sind z T hnliche Softwareprodukte mit denen das Konzept System Dynamics umsetzbar ist 60 4 7 Modellierung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien Betriebsbedingungen Systemeigenschaften MTBF Y j Abnutzungsvorrat udget inkl 2 Zustand Material l ressourcen PE z Verf gbarkeit tungsmab Ausfallrate nahme H Personal _ _ Wartungen I H R ressourcen planmaBige Ausf lle und au er planm ige Instandhaltungs Instand kosten setzungen Vorgaben Wartungszyklen Zustands grenzwerte Im Modell wurden die Aspekte Nutzungsintensitat d h Inanspruchnahme der Einheit und Niveau der Instandhaltungsma nahme ber cksichtigt Weitere Einflu paramete
138. hlt werden je h her die Sicherheitsanforderun gen an die Betrachtungseinheit sind oder je ungenauer die Zustandsbeschreibung durch den Messwert erfolgt Dabei muss bei einer Strategiebewertung auch bedacht werden ob und wenn ja wie sich bis zum Erreichen des Grenzwerts trotz Funktionst chtigkeit die Ausbrin gungsqualit t bzw Leistungsf higkeit ver ndert oder nicht Da wie beschrieben der Bedarf an Instandhaltung und damit auch die Notwendigkeit f r eine Instandhaltungsstrategie aus der Abnutzung einer Betrachtungseinheit begr ndet ist bildet die Abnutzung und ihr Verlauf beschrieben durch den Abnutzungsvorrat das Kernelement der Strategiemodellierung vgl Abschnitt 4 7 Entsprechend umfangreich wurden die gelten den Zusammenh nge an dieser Stelle beschrieben Aus der H he der Abnutzungsvorr te zu analysierender Systeme lassen sich jedoch nur indi rekt R ckschl sse auf die Erfolgswirksamkeit einer Instandhaltungsstrategie schlie en Hierzu eignet sich die im nachfolgenden Abschnitt beschriebene Gr e der Instandhaltungskosten 4 3 Instandhaltungskosten In der Regel bilden die Instandhaltungskosten das Entscheidungskriterium bei der Wahl einer Instandhaltungsstrategie vgl Stu96 S 89 In dieser Kennzahl werden die Effekte der In standhaltung monetarisiert Sie erm glicht einfach nachvollziehbare Alternativenvergleiche Die Instandhaltungskosten werden grundlegend in direkte und indirekte Instandhaltungskos ten unte
139. ht der Realit t F r die hier im Vordergrund stehende Erl ute rung des Verfahrens sei diese Annahme legitim 8 6 Fallstudie F r die Abzinsung der j hrlichen Geldstr me wird ein nominaler interner Zinssatz von 8 Prozent verwendet Dies entspricht dem im Umfeld der Bahn verwendeten Zins Satz Obwohl Subventionen durch die ffentliche Hand f r den Verkehrstr ger Schiene ei ne wichtige Rolle spielen und in der Praxis einen entsprechenden Einfluss auf die In vestitionsentscheidungen nehmen werden Subventionen an dieser Stelle nicht be r cksichtigt Dies hat im Wesentlichen zwei Gr nde Zum einen verzerren Subventio nen Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Zum anderen sind die deutschen und europ l schen Subventionsregularien sehr vielschichtig was eine m glichst genaue Ber ck sichtigung von Subvention erschwert Gleiches gilt f r m gliche steuerliche Effekte Kru07 S 117 ff BLSO6 S 105 ff Sie sollen aufgrund der vielschichtigen Zusammenh nge im deutschen Steuerrecht an dieser Stelle keine Ber cksichtigung finden Bei der Bewertung erfolgt keine detaillierte Ber cksichtigung von technikabh ngigen Migrationsdauern Der wirtschaftlichen Gegen berstellung der Investitionsalternati ven liegt die Annahme zugrunde dass die Inbetriebnahme alternativer Streckenaus r stungen parallel zum laufenden Betrieb erfolgen kann Bei der Erfassung der j hrlichen Betriebskosten bleiben die Energiekos
140. htigt werden Gleichzeitig sei angemerkt dass dadurch die Aussa ge zugunsten st rker subventionierter Techniken verzerrt wird Bei der Definition der Nutzenaspekte muss es gelingen die qualitativen Unterschiede der In vestitionsstrategien mit Blick auf das Bewertungsziel zu erfassen Dies bedeutet dass bei spielsweise im Rahmen eines Alternativenvergleichs unterschiedliche Streckenh chstge schwindigkeiten oder die Systemreaktion auf St rungen im Betriebsablauf eine Rolle spielen Bedarf es m glicherweise bestimmter On board Systeme um als EVU die Strecke nutzen zu k nnen so muss dies ebenfalls ber cksichtigt werden Damit wird auch deutlich dass unter dem Begriff Nutzen nicht die alleinige Erfassung von Mehrwert schaffenden Faktoren zu verstehen ist Vielmehr wird mit den Nutzenaspekten die Qualit t des Investitionsszenarios beschrieben Sie bestimmen neben den Trassenentgelten die Attraktivit t der Strecke f r ein Eisenbahnverkehrsunternehmen und nehmen damit Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Streckenbetriebs f r ein EIU Eine pauschale Auflistung von relevanten Nutzenkriterien die es in ein solches Bewertungsin strument zu integrieren gilt ist dabei nicht zielf hrend Die Relevanz m glicher qualitativer Erfolgskriterien wie bspw Kapazit ts berschuss maximale Streckengeschwindigkeit Umgang mit St rereignissen oder die M glichkeit der Zuglaufverfolgung ist abh ngig vom Untersu chungsraum Entsprechend si
141. iche Vorsignal Hauptsignal Gleisstromkreis Achsz hler 6 2 Investitionsstrategiebewertung Referenzsystem Zugmeldever Zugleitbetrieb Zugleitbetrieb Zugmeldever fahren mit mit ESTW ohne techni fahren mit ESTW A1 ESZB A2 sche Unterst t MSTW AO zung ZLB A3 K j T gt HE BE T j l T j T j IT Sg Tabelle 2 Investitionsalternativen Fallbeispiel BSJO8 Daraus wird ersichtlich dass im Falle eines Streckenbetriebs mittels Zugleitbetrieb ohne tech nische Unterst tzung entgegen den anderen Investitionsalternativen R ckfallweichen zum Einsatz kommen R ckfallweichen unterscheiden sich von den brigen Weichentypen dass sie 93 6 Fallstudie nicht bedient werden m ssen und somit Zugkreuzungen in nicht besetzten Bahnh fen er m glichen Dies wiederum tr gt zur Rationalisierung des Streckenbetriebs bei Dabei kommt f r diese Investitionsstrategie eine im Vergleich zu den drei anderen Investitionsstrategien ein fache Sicherungstechnik zum Einsatz 6 2 3 3 Finanzanalytische Bewertung Bei der Festlegung der zu ber cksichtigenden Kostenarten wird der Umstand ber cksichtigt dass der Aufwand f r eine LCC Analyse im Allgemeinen mit der Anzahl der zu bewerteten Kostenpositionen steigt Aus diesem Grund sind in der hier durchgef hrten LCC Analyse zur Bewertung der Investitionsalternativen vgl Abbildung 32 jene Kosten ber cksichtigt die einen
142. ie rung der Schl ssel zum Erfolg Mit ihr wird der Kern einer Instandhaltungsstrategie dem Aus l sen von Instandhaltungsma nahmen entsprechend eintretender Zustandsver nderungen praxisnah in einer Simulation nachempfunden und in Zusammenhang zu monet ren Gr en gesetzt Die Zahlen in Tabelle 8 w rden ohne diese Vorgehensweise nicht existieren Eine Strategieentscheidung w re mangelhaft we l sie auf Basis unzureichender Informationen ge troffen w rde 6 4 Entscheidungsgrundlage Mit erfolgter Bewertung der m glichen Instandhaltungsstrategien f r die im ersten Schritt identifizierten Investitionsstrategien 1 X ist die Basis f r eine aus wirtschaftlicher Sicht wohl durchdachten Investitionsstrategie geschaffen vgl Abbildung 26 Dabei erfolgt dies auf Basis detaillierter Kenntnisse ber die finanziellen Vor und Nachteile der Strategiealternativen ber den gesamten Lebenszyklus vgl Abschnitt 6 2 unter expliziter Analyse aller m glichen Instandhaltungsstrategien f r die beteiligten Infrastrukturelemente 1 p vgl 6 3 vgl Abbil dung 25 Aufgrund der aktuellen Informationslage hinsichtlich des Zustandsverhaltens eisenbahnsiche rungstechnischer Infrastrukturelemente und des notwendigen Analyseumfangs sind die Er gebnisse der Instandhaltungsstrategiebewertung nur ein Ausschnitt und erm glichen damit keine vollst ndige integrierte Bewertung des Untersuchungsraums Dennoch lassen sich Tol gende wichtige Erkenntnisse fe
143. ie Die Betriebsstunden ergeben sich aus dem Fahrplan und k nnen aus der Betriebs gt R ckfallweichen erlauben jedoch kein beliebiges Befahren Sie k nnen zwar stumpf aus beiden Richtungen befahren werden spitz jedoch nur in die von der aktuellen Zungenlage vorgegebenen Richtung NPO4 S 171 94 6 2 Investitionsstrategiebewertung simulation gewonnen werden 7400h a Der Stundensatz ist unternehmensabh ngig Im Fallbeispiel wird mit 40 GE h gerechnet Die finanzanalytische Bewertung einer Investition in ein Zugmeldeverfahren mit ESTW siehe Tabelle 2 A1 wird in ihrer Anschaffung anhand der Anzahl der Stelleinheiten vorgenom men Begr ndet wird dies durch die bei der DB Netz AG blichen Praxis Lie07 S 60 120 100 Geldeinheiten Mio 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Jahre e Zugmeldeverfahren MSTW Referenz Zugmeldeverfahren ESTW ESZB ZB Geldeinheiten Mio KN co 1 gt 5 ZS U TAT n el in ZG Jahre Abbildung 32 Kumulierte LCC f r Beispielstrecke ohne oben und mit unten Diskontierung Durch eine zentralere Betriebsf hrung und den damit verbundenen Einsparungen bei den Personalaufwendungen weisen der Zugmeldebetrieb mittels ESTW und der ESZB im Vergleich zum Referenzszenario wesentlich geringere Betriebskosten auf Gleichzeitig sind diese beiden gt Als eine Stelleinheit werden die Komponenten Weiche Gleissperre H
144. ie96 Dies macht die Anwendung des LCC Ansatzes im Rahmen der Bewertung von Investitionsalterna tiven f r die langlebige Bahnsicherungstechnik f r die gilt dass Investitionen einen langen Wirkungszeitraum haben unabdingbar vgl VDIO5 Nur so kann man den noch heute in vielen Branchen verbreiteten Fehler Investitionsentscheidungen einzig an den Anschaffungs ausgaben zu treffen vermeiden vgl Abbildung 6 Die Investitionsrechnung umfasst alle Verfahren die eine rationelle Beurteilung der rechenbaren Aspekte der Investition erm glichen Die Investitionsrechnung stellt somit einen wesentlichen Teil der Investitionsstrategieent scheidungen die sowohl rechenf hige wie nicht rechenf hige Aspekte ber cksichtigen dar Auf eine detaillierte Betrachtung der m glichen Verfahren und die Unterscheidung in statische und dynamische Investitionsrechen verfahren wird an dieser Stelle verzichtet Kru07 Sei01 BLSO6 bieten hierzu umfassende Informationen Der Begriff der Strategie wird in der Betriebswirtschaft als die grunds tzliche langfristige Verhaltensweise Ma nahmenkombination der Unternehmung und relevanter Teilbereiche zur Verwirklichung der langfristi gen Ziele Had00 verstanden 14 3 1 Investition und Investitionsstrategie Betriebskosten Kosten f r Instandhaltung Personal Material Werkzeuge Opportunitatskosten Kosten f r Updates Betriebsausfallkosten Entsorgungskosten Abbildung
145. ien Schlussbericht zum AlF Forschungsvorhaben Nr 8349 Aachen Forschungsinst f r Rationali sierung an der RWTH Aachen Beck Katja 2005 Methodik zur Gestaltung eines migrationstahigen Systemde signs am Beispiel der Zugbeeinflussung Diplomarbeit am Institut f r Verkehrs f hrung und Fahrzeugsteuerung unver ffentlicht Beck Katja 2008 Wirtschaftlichkeitsbewertungen des Eisenbahnbetriebes mit Hilfe von Betriebssimulationen In Ostermann Norbert Hg 6 Wiener Eisen bahnkolloguium Kostenoptimierung im Schienenverkehr Wien Eigenverlag des sterreichischen Verbandes f r Elektrotechnik S 43 48 Beck Katja J ger B rbel Lemmer Karsten 2007 Optimisation of point life cycle costs through load dependent maintenance In Forde M C Hg Rail way Engineering 2007 Edinburgh Engineering Technics Press Edinburgh Beck Katja Rapp Thomas J ger B rbel 2008 LCC Ausgangspunkt f r Kos tensenkungen in der Eisenbahnsignaltechnik In Signal amp Draht Jg 100 H 5 S 20 24 Beck Katja Scheier Benedikt J ger B rbel 2007 Evaluation of economic ef ficiency of rail operation through simulation In Hansen A Radtke A Pachl J P Wendler E Hg RailHannover 2007 2nd International Seminar on Rail way Operations Modelling and Analysis Hannover Beck Katja Scheier Benedikt J ger B rbel 2008 RAILONOMICS Determin ing Investment Strategies for Railway Signalling through
146. ien ben tigt werden Aus der F lle der aus den Simulationsl ufen gewonnenen Informationen werden die f r die Strategiebewertung relevanten Informationen in das Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument berf hrt vgl 3 2 3 Dabei werden die importierten Daten unterschieden je nachdem ob sie f r die monet re Bewertung oder die qualitative Nutzenbewertung verwendet werden Daneben sind f r eine Aussage zur Wirtschaftlichkeit der einzelnen Investitionsstrategien zu Sdtzliche Informationen notwendig die nicht mittels Simulation ermittelt werden k nnen bzw daf r nicht relevant sind Dazu z hlen bspw die Anschaffungspreise der Infrastruktur elemente oder die Kosten einer Betriebspersonalstunde Mit Hilfe des Wirtschaftlichkeitsbe wertungsinstruments werden alle relevanten Informationen zusammengef hrt entsprechend den Vorgaben verarbeitet und ein Wirtschaftlichkeitsportfolio erstellt vgl Abschnitt 3 1 1 Im Portfolio werden die untersuchten Investitionsstrategien hinsichtlich Kosten Nutzen Wirksamkeit gemeinschaftlich dargestellt Dies erlaubt die Bestimmung der wirtschaftlich sinnvollsten Investitionsstrategien also jener Strategien 1 X f r die im nachfolgenden Schritt die Instandhaltungsstrategien zu definieren und zu bewerten sind vgl Abbildung 26 5 3 2 Instandhaltungsstrategiebewertung F r die Definition von f r die einzelnen Investitionsstrategien geeigneten Instandhaltungsstra tegien kommt die in Abbildung 20 siehe
147. ierung der Eisenbahnsicherungstechnik und zugeh rigen Erl uterungen sowie unter Einbeziehung der in der Praxis vorzufindenden wirtschaftli chen Relevanz der Teilsysteme wird im Rahmen dieser Arbeit der Fokus auf folgende Elemente der Sicherungstechnik gelegt e Stellwerksinnenanlage e Achsz hler e Gleisstromkreis e Haupt und Vorsignale nur Lichtsignale e Weichenstellsystem e Statische Streckensignalisierung e Zugbeeintlussungssysteme PZB 90 LZB und Balisen Bahn berg nge sowie das europ ische Zugbeeinflussungssystem werden mit der in Abschnitt 2 1 gegebenen Begr ndung nicht betrachtet sind aber der Vollst ndigkeit halber und auf grund ihrer wachsenden Bedeutung gilt vor allem f r ETCS in zuk nftige Untersuchungen zu integrieren Die hiermit getroffene Festlegung ist die Grundlage f r die folgenden Kapitel Die Definition der relevanten Teilsysteme ist zum einen Voraussetzung f r die Auslegung des Wirtschaftlich keitsbewertungsinstruments und dessen Schnittstellen zur Eisenbahnbetriebssimulationssoft ware siehe Kapitel 3 Zum anderen richtet sich danach welche notwendigen Parameter und Abh ngigkeiten bei der Modellierung der Instandhaltungsstrategien abzubilden sind siehe Kapitel 4 3 Investitionsstrategien Der Bedarf f r eine genaue Betrachtung von Investitionsalternativen in die Eisenbahn Infrastruktur ergibt sich aus dem zunehmenden Wettbewerbsdruck auf dem Verkehrsmarkt EurO1 DBO8 Dem Verkehrstr
148. igen dass sich dieses unternehmensinterne Regelwerk hin sichtlich der Sicherheitsanforderungen bew hrt hat Gleichzeitig zeigen entsprechende Unter suchungen dass es aus unternehmerischer Sicht in Form angepasster Inspektionszyklen ver bessert werden muss damit die Instandhaltung der Bahnsicherungstechnik ihren Beitrag zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit liefern kann KRO1 Grund f r die notwendige Prozessop timierung liegt zum einen in der geringen Differenzierung der Systeminstandhaltung hinsicht lich der Art Umfang und H ufigkeit der planm igen Untersuchungen in Abh ngigkeit von Zustand Belastung und Streckengeschwindigkeit sowie Umweltbedingungen wie es laut 817 EBO PWH 01 m glich ist BJLO7 Zum anderen orientiert sich der gr te Systembetreiber in Deutschland DB Netz AG bei der Festlegung der Wartungsintervalle vorrangig an den Emp fehlungen der Signaltechnikhersteller Damit l uft man Gefahr dass man mitunter berzoge nen Vorgaben zu kurze Fristabst nde folgt die im Sinne einer guten Produktpositionierung vom Systemhersteller definiert werden Ada89 S 68 Zudem k nnen die herstellerspezifi schen Vorgaben nur bedingt die tats chlichen Betriebsbedingungen ber cksichtigen Unter Verwendung der KoRil 892 kalkuliert die DB Netz AG mit 10 Prozent der gesamten Instandhaltungskosten f r korrektive Instandhaltungsma nahmen Dieser vergleichs weise geringe Anteil ist aus Sicht der Verf gbarkeit positiv auszule
149. igender Anzahl an Infrastrukturelementen in einer Gruppe e steigender Optimierungsspannweite und oder sinkender Optimierungsschrittweite sowie e steigender L nge des Bewertungszeitraums Simulationszeitraums bzw sinkender Zeit schrittl nge z B anstatt wochenweise eine tageweise Berechnung 137 Anhang C LCC Analyse f r die Investitionsstrategien AO A3 Die in den Anh ngen C 1 C 4 aufgef hrten Tabellen enthalten die Kosten in den Betrach tungsjahren t 0 1 24 f r die jeweilige Investitionsstrategie Entsprechend der Unter scheidung auf S 94 wird bei der monet ren Bewertung in 4 Kostenbl cke unterschieden Spalte 1 Unter der Annahme eines unver nderten Fahrplans und konstanten Stundenkosten bleiben die Betriebskosten unver ndert Die Jahressummen werden mittels des Diskontie rungstaktors abdiskontiert und anschlie end zur Ermittlung der Gr e LCC aufaddiert vgl 1 COV VOI VS 69V 9 9908 OCL 1706076 O8LOLOLIPZVZEOLIZZ7S81 1 VOOO8CLILOSZ8ELILOLEGTLIEVSCLILIESS LULL BZ80881 IBVELEOCOPS8E61L CIPIEBIECIELE8SSSCICIEDLC LLV86CIVOVECCEIEZELSVEES886SZEWLIODIONVBCSS8EV OLE9ELY vun 8 Jo 8ssl oo zi o si o j6 0 sizo ezo Joszo lozzo 620 IslEO oreo B9E O Keco G bO opp Gen jors o 8S0 oc9 o 89o sezo G 0 SB 19760 0001 DLEYELVDZEYIELVIOZEIELVIDZEIELVDZEIELPVIOLZEIELVIOZEIELVWDZEIELVIOLEIELVIDZEIELVDZEIELVDLEIELVDLEIELVDZLEIELVDLEIELVIOZEIELVDZEIELVDZEIELVIOLEIELVWZEIELVDZEIELVIOLEIELVDZEIELVDZLEIE
150. ine integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstra tegien vgl Abschnitt 1 4 7 Modellierung und Bewertung von Instandhaltungsstrate gien Die Modellierung stellt ein wichtiges Element in der hier erarbeiteten Bewertungsmethodik dar Zum einen sind f r eine Instandhaltungsstrategiemodellierung grundlegende Kenntnisse zu Instandhaltung Zuverl ssigkeit und den prinzipiellen Instandhaltungsstrategien notwendig Daneben ist das Verst ndnis von den in der Instandhaltung ablaufenden Prozessen und den Verkn pfungen zwischen den Prozessschritten und Handlungen unabl ssig Dazu dienten die vorangegangenen Abschnitte 4 1 bis 4 5 Sind diese Punkte verinnerlicht gelingt es mit Hilfe von Modellierung und Simulation das zuk nftige Prozessverhalten zu antizipieren die Konse quenzen bestimmter Aktionen zu veranschaulichen und somit den Grad der Zielerf llung Kostenminimierung Systemverf gbarkeit maximieren etc abzusch tzen und die Instandhal tungsstrategien bez glich ihrer Eignung vgl Abbildung 17 zu bewerten Werden diese In formationen wie in der integrierten Bewertung vorgesehen zum Zeitpunkt der Investition be r cksichtigt ist die gewonnene Entscheidungsgrundlage f r Investitionen in Bahnsicherungs 7 Im Gegensatz zu Diagnosesystemen die den Zustand eines Systems anhand von Messwerten detailliert be schreiben erlauben Warnsysteme lediglich eine Aussage ber die Funktionsf higkeit des berwachten Systems In de
151. irtschaftlichkeitsbewertungsinstrument wobei diese Selektion im ersten Schritt ohne Ber cksichtigung der Instandhaltungskosten erfolgt 3 Bestimmung und Modellierung der f r die zuvor identifizierte Investitionsstrategie denkbaren Instandhaltungsstrategien und abschlie ende Strategieselektion mit der Pr misse niedrigster Instandhaltungskosten Mit dieser Vorgehensweise ist jene Investitionsstrategie mit zugeh riger Instandhaltungsstra tegie gefunden die den h chsten Beitrag zur Wirtschaftlichkeit des Systems Schiene liefert also die g nstigste Kombination von Systemnutzen und Betreiber LCC unter geltenden be trieblichen und unternehmerischen Vorgaben darstellt 71 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien Randbedingungen e gesetzlich e technologisch objektabh ngig z B Alter der Anlagen MTBF Diagnose m glichkeiten etc unternehmerisch z B finanzielles Bestimmung von x Investitionsstrategien I d x SSS Eisenbahn betriebssimulation lv vx Wirtschaftlichkeits bewertungsinstrument I L siehe Abschnitt 5 3 1 Objektimplementierung Strecke amp Ausr stung Hinterlegen des Betriebsprogramms variabel Budget organisatorisch Vorgaben Einsatz bedingungen geplante Nutzungsdauer Sicherheit Verf gbarkeit Verf gbare Ressourcen e
152. ist definiert als ein System betrieblicher Regeln und technischer Mittel zur Durchf h rung von Fahrten mit Eisenbahnfahrzeugen auf einer Eisenbahninfrastruktur NPO4 S 33 89 6 Fallstudie sich die notwendigen streckenseitigen sicherungstechnischen Ausr stungsvarianten die es hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu bewerten gilt Es wird aus der nachfolgenden Tabelle 2 ersichtlich dass neben dem Referenzszenario also dem aktuellen Betrieb auf der Strecke mittels Zugmeldeverfahren mit MSTWs drei weitere Ausr stungsvarianten bewertet werden Sie stellen entgegen einer Weiterbewirtschattung der Strecke nach dem Zugmeldeverfahren vgl DBO6a unter Einsatz mechanischer Stellwerke echte Investitionsstrategien dar da ihr Einsatz zun chst mit zahlungswirksamen Umr stun gen an der Strecke durch Einbau neuer Technik und R ckbau bestehender Bahnsicherungs technik verbunden sind In Anlehnung an die VDV Schrift 752 VDVO4 und unter Ber cksichtigung der Streckenpara meter ist der Streckenbetrieb e mittels eines elektronischen Stellwerks ESTW nach dem Zugmeldeverfahren e durch Einsatz von Streckensignalisierung und Gleistreimeldung unter Verwendung ei nes elektronischen Stellwerks f r den signalisierten Zugleitbetrieb ESZB oder e ohne Verwendung technischer Unterst tzung mit Einsatz von vier Zugleitern nach dem Zugleitbetrieb alternativ denkbar An dieser Stelle sollen die hier ausgew hlten Betriebsverfahr
153. iven Instandhaltungskosten Nach Abschluss der Wartung verbessert sich der Zustand um den im Modell hinterlegten Wert Dieser Wert l sst sich mittels Messrei henanalysen bspw aus Diagnosesystemen gewinnen Neben den pr ventiven Instandhal tungsma nahmen k nnen bei zu schlechtem Systemzustand Ausf lle auftreten Diese k n nen mangels eines Diagnosesystems bzw zeitlich starren Wartungsma nahmen nicht recht zeitig aufgedeckt werden In diesem Falle treten Betriebserschwerniskosten sowie die mit der Entst rung verbundenen direkten Instandhaltungskosten auf Im Gegenzug wird der System zustand verbessert Die dazu notwendigen Gr en sind im Modell ebenso zu hinterlegen Zus tzlich k nnen zuf llige Ausf lle auftreten Diese Ausf lle bedingen sich prim r durch ex terne Faktoren z B starker Niederschlag Ob diese Faktoren tats chlich einen Ausfall des Sys tems verursachen h ngt wiederum vom Systemzustand ab Entsprechend ist dieser bei der Modellierung der Eintrittswahrscheinlichkeit zuf lliger Ausf lle zu ber cksichtigen Mit dem Ereignis der zuf lligen Ausf lle werden die in der Praxis regelm ig auftretenden unvorher sehbaren Betriebsst rungen z B durch Unwetter Sabotage abgebildet Diese treten unab h ngig von der gew hlten Instandhaltungsstrategie auf Zuf llige Ausf lle werden im Modell mittels normalverteilter Zufallszahlen generiert Tritt ein Ausfallereignis auf so erzeugt dieses entsprechende im Mode
154. ker der Einfluss desto wichtiger das Kriterium und desto h her der Gewichtungs faktor F r die vier Investitionsstrategien ergeben sich die Punkte zum einen aus den mittels Betriebs simulationen gewonnenen Ergebnissen Kriterien 3 und 6 Dabei werden die quantitativen Simulationsergebnisse in Nutzenpunkte mittels einer zu definierenden subjektiven Nutzen funktion berf hrt Zum anderen flie en qualitative Einsch tzungen von Betriebsexperten in die Bewertung ein Im Folgenden werden die an dieser Stelle vergebenen Nutzenpunkte sie he Tabelle 4 kurz erl utert Dabei sei darauf hingewiesen dass die hier vergebenen Nutzen punkte keinen allgemeing ltigen Charakter haben sondern lediglich auf das hier betrachtete Anwendungsbeispiel bezogen sind 1 Zum Nutzenaspekt Sicherheit erh lt der Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung aufgrund des Fehlens eines automatischen Zugsicherungssystems die niedrigste Punkt zahl Die drei brigen Betriebsverfahren erreichen durch die Verwendung von Signalen und Gleistreimeldeeinrichtung ein hohes Sicherheitsniveau 2 Die Verfahren des Zugmeldebetriebs unter Einsatz mechanischer Stellwerke und der Zug leitbetrieb ohne technische Unterst tzung erhalten bei dem Nutzenaspekt Dispositions management niedrige Punktzahlen da sie keine rechnerunterst tzte Fahrplanerstellung erm glichen Zus tzlich sind unter Verwendung eines mechanischen Stellwerks mehr Fahrdienstleiter in den Dispositions
155. l durch einen steigenden inter und intramodalen Wett bewerb als auch eine steigende Nachfrage nach Transportleistungen gekennzeichnet Eur01 IDBO8 Dabei resultiert ein zunehmender intramodaler Wettbewerb aus der Umsetzung der EU Richtlinie 2001 12 EG sowie des Gesetzgebungsvorschlags KOM 2004 139 F r den Schienenpersonennahverkehr gr ndet er sich zudem auf die 1996 eingef hrte Regionalisie rung Tro06 Inwieweit der Verkehrstr ger Schiene von einer erh hten Verkehrsnachfrage profitieren und sich im Wettbewerb behaupten kann bestimmt sich vor allem durch ein attraktives Preis Leistungsverh ltnis Dies wird durch hohe Transportqualit t bei niedrigen Kosten geschaffen Sowohl die Kosten als auch die Qualit t bedingen sich durch die Wahl der Investitionsstrate gie Die H he der Kosten f r die Schieneninfrastruktur stellt dabei einen wichtigen Parameter f r den Gesch ftserfolg von Eisenbahnen dar Sta01 Ein Kernelement der Schieneninfra struktur bildet die Eisenbahnsicherungstechnik Ihre Funktionsf higkeit ist die Voraussetzung f r einen sicheren Bahnbetrieb Durch ihre betriebliche Relevanz und die sie kennzeichnenden hohen Anschaffungspreise und langen Nutzungsdauern besitzen die Systeme der Bahnsiche rungstechnik einen hohen unternehmerischen Stellenwert Lei07 Damit bildet die Bahnsiche rungstechnik einen wichtigen Baustein bei dem Vorhaben die Wirtschaftlichkeit des Infra strukturbetriebs und damit des gesamten Eisenbahnb
156. lage mit der Stellwerkslogik ist die Einstellung und berwachung eines Fahrwegs seiner beweglichen Fahrwegelemente sowie die Erf llung weiterer sicherheitsrelevanter Bedingungen Man unterscheidet in Abh n gigkeit von der Technik bei der Stellwerksinnenanlage zwischen mechanischen Stellwerken MSTW elektromechanischen Stellwerken EMSTW Relaisstellwerken RSTW sowie elektro nischen Stellwerken ESTW gt Die Stellwerksau enanlagen die auch aus Sicht der Instandhal tung besonderer Aufmerksamkeit bed rfen untergliedern sich in Gleistreimeldeeinrichtun gen bewegliche Fahrwegelemente sowie ortsfeste Signale Gleisfreimeldeeinrichtungen pr fen das Freisein des betrachteten Streckenabschnitts von Fahrzeugen und spielen somit eine zentrale Rolle in der Kollisionsvermeidung Dabei k nnen entweder Gleisstromkreise oder Achsz hler zum Einsatz kommen Bei einem Gleisstromkreis wird das Vorhandensein eines Fahrzeugs im Freimeldeabschnitt dadurch detektiert dass der eingespeiste Freimeldestrom nicht zur Empfangseinrichtung flie t sondern diese durch den Achsnebenschluss stromlos wird Der Achsz hler basiert auf einem einfachen Vergleich der in den betrachteten Strecken abschnitt ein und ausfahrenden Achsen Ist die Differenz null so wird der Abschnitt als frei gemeldet Die beweglichen Fahrwegelemente unter denen die Weiche eine aus betrieblicher ETCS bildet die Norm f r ein europ isch einheitliches Zugbeeinflussungssystem Es ist Best
157. lfons 2006 EDV Verfahren zur Modellierung des Eisenbahnbetriebs Hamburg Eurailpress Rail Management Consultants GmbH 2004 RailSys Version 3 0 Produktbe schreibung Hannover Rail Management Consultants GmbH 2006 Benutzerhandbuch RailSys Version 4 0 Hannover Rausand Marvin H yland Arnljot 2004 System reliability theory models sta tistical methods and applications 2 Aufl Hoboken NJ Wiley Interscience Redeker Frank Robert Brugman Dionijs Emil 2003 Ferndiagnose von Eisen bahnobjekten In Eisenbahningenieur Jg 54 H 03 S 16 20 Riezler Stephan 1996 Lebenszyklusrechnung Instrument des Controlling stra tegischer Projekte Wiesbaden Gabler Rudloff Saskia 2008 Entwicklung von Simulationsmodellen zur Bestimmung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien im Bereich Eisenbahnleit und sicherungstechnik DLR e V Institut f r Verkehrssystemtechnik Diplomarbeit Saatweber Jutta 1997 Kundenorientierung durch Quality Function Deployment systematisches Entwickeln von Produkten und Dienstleistungen M chen Tu al Hanser Saaty Thomas L 1994 Fundamentals of decision making and priority theory with the analytic hierarchy process 1 Aufl Pittsburgh PA RWS Publications Scheppan Michael 2006 Der Zugleitbetrieb das Betriebsverfahren f r einta che betriebliche Verh ltnisse In Deine Bahn H 12 S 54 59 Scheppan Michael 2007 Der Zugleitbetrieb das Betriebsverfahren
158. ll hinterlegte Instandsetzungskosten sowie Opportunit tskosten in 48 Die Praxis zeigt dass der Einfluss von unvorhersehbaren Ereignissen z B Unwetter auf die Systemverf gbar keit von Systemen mit schlechterem Zustand tendenziell gr er ist Gut08 79 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien direkte Instandhaltungskosten Die H he der Opportunit tskosten richtet sich nach der Dauer des Ausfalls Um eine verl ssliche Aussage ber den zu erwartenden Einfluss von nicht vorhersehbaren und damit unvermeidbaren zuf lligen Ausf llen zu erhalten m ssen mehrere Simulationsl ufe mit gleichen Parametereinstellungen angesto en werden Wie wahrheitsgetreu die Aussage ist h ngt von der Wahl des Konfidenzintervalls siehe Gleichung 11 ab Dabei gilt dass je kleiner das Konfidenzintervall desto pr ziser ist die Lagesch tzung des wahren Wertes u Erreicht wird eine Steigerung des Wahrheitsgehalts durch eine m glichst gro e Anzahl an Simulationsl ufen Stichproben a Vn 10 En A be s x Srl In 11 Aus Formel 11 l sst sich der Mindeststichprobenumfang nmin ableiten siehe Formel 12 Er wird im Wesentlichen durch die Wahl der Irrtumwahrscheinlichkeit a der Stichprobenvarianz s und der L nge des Konfidenzintervalls L bestimmt Sie sind bei der Strategiebewertung sinnvoll festzulegen 2xt x i 12 ci Bosc min L mit De TEA Zustandsabh ngige Instandha
159. llionen zu viel ausgegeben werden ohne dabei eine Gegenleistung in Form h herer Ertr ge zu erhalten F r ein EIU ein h chst unwirtschaftliches Szenario 2 Dies gilt unter der Annahme die brigen Sicherungssysteme weisen eine im Vergleich zur Eisenbahnweiche hnliche Kostenstruktur der einzelnen Instandhaltungsstrategien auf 124 7 Zusammenfassung und Ausblick 7 1 Zusammenfassung Derzeit beherrscht ein zunehmender inter und intramodaler Wettbewerb den Verkehrsmarkt Des Weiteren sind die Eisenbahninfrastrukturunternehmen mit dem Problem einer steigenden Finanzierungsl cke f r notwendige Re Investitionsma nahmen konfrontiert Um sich in die sem Umfeld behaupten zu k nnen spielen f r den Verkehrstr ger Schiene nachhaltige Inves titionsentscheidungen in Eisenbahninfrastruktur eine wichtige Rolle Ausgehend von den the oretischen berlegungen zu Investitions und Instandhaltungsstrategiebewertung wird im Rahmen dieser Arbeit ein neues weiterf hrendes Bewertungskonzepts von Investitionsalter nativen in Bahnsicherungstechnik erstellt Die konzeptionellen berlegungen werden in ein Werkzeug berf hrt und im Rahmen der Fallstudie exemplarisch angewendet Die Ergebnisse der Fallstudie verdeutlichen dass die mit der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien erzielbaren Erkenntnisse in ihrer Genauigkeit und Qualit t bei wei tem die Ergebnisse aus bisherig eingesetzten Verfahren f r die Investition
160. ls 4 R t 1 Ft F t l sst sich empirisch anhand von Ausfallereignissen bestimmen vgl Bir07 5 312 ff Die daf r notwendigen Informationen k nnen in der ben tigten Form weder vom Betreiber noch vom Hersteller zur Verf gung gestellt werden Aufgrund der hohen Verf gbarkeitsanforde rungen treten nur eine geringe Anzahl von Ausf llen w hrend des Systemeinsatzes auf ent sprechend besitzt der Betreiber keine umfassenden Informationen zu Ausfallfunktion F t und Ausfallwahrscheinlichkeit Die Hersteller wiederum treffen ihre Verf gbarkeitsgarantien auf grund der langen Lebensdauern der Systeme prim r anhand statistischer Berechnungen vgl DINO8 Unabh ngig davon verdeutlicht Formel 7 dass R t und damit auch F t mit dem aktuellen Zustand erfasst in der Kennzahl Abnutzungsvorrat AV t korrelieren Um ohne Kenntnis einer Ausfallfunktion aber unter Ber cksichtigung der aktuellen Systemabnutzung die Simulation zuf lliger Ausf lle zu erm glichen wird folgende Annahme getroffen H Die Grenzwerte sind fixe Gr en F r den Ansatz einer Grenzwertverteilung vgl Har95 S 97 f Stu96 S 64 ff 119 6 Fallstudie Die Zustands nderungskurve W x 16 bildet die Grundlage f r die Austallfunktion F x vgl Formel 2 die analog zu W x von der Anzahl der Uml ufe und nicht von der Zeit abh ngig ist Dabei wird angenommen dass bei W 324 400 Watt F x 1 ist d h alle Systeme bei einer Ausfallanaly
161. lsystematik keine in ihrem Zustand berwachbaren Einheiten identifiziert werden eine zustandsabh ngige Instandhaltung nicht in Frage kommt Diese Strategie ist dann weder zu modellieren noch zu bewerten Die Strate gieauswahl ist weniger umfangreich Daneben unterst tzt der in Abbildung 20 abgebildete Ablaufplan den Verantwortlichen in der Aufstellung alternativer Instandhaltungsstrategien Erlaubt das System bspw sowohl eine zeit als auch eine zustandsabh ngige Instandhaltung ist die Aufnahme eines Strategiemix aus zeit und zustandsabh ngiger pr ventiver Instandhaltung in die Modellierung und Bewertung denkbar Wie bei der Definition alternativer das hei t von den Grundstrategien abweichen den Instandhaltungsstrategien vorgegangen werden kann wird hier nicht erl utert Es han delt sich um eine komplexe vielschichtige Aufgabe die ein Wissensgebiet f r sich darstellt Unterst tzende Leitf den zur Strategiedefinition finden sich u a in Kel97 Der Kern dieser Arbeit ist die Bewertung denkbarer bereits definierter Instandhaltungsstrategien und die Se lektion der f r das Investitionsszenario geeigneten Bei der Veranschaulichung der Methodik anhand des Anwendungsbeispiels siehe Kapitel 6 wird sich deshalb auf die Grundstrategien beschr nkt Dem Entscheider verdeutlicht das Ergebnis aus Abbildung 20 welches Strategieportfolio ihm grundlegend ber die Nutzungsdauer der Betrachtungseinheit zur Verf gung steht und er leichtert
162. ltung W hrend bei der Beschreibung der zeitabh ngigen Instandhaltungsstrategie konsequenter Weise die Zeit eine entscheidende Gr e bei der Ausl sung vorbeugender Instandhaltungs ma nahmen bildet beruht die zustandsabh ngige Instandhaltung Strategie B vgl Abbildung 28 ausschlie lich auf der Zustandserfassung Ein Abgleich des Zustands mit den hinterlegten Mit dieser Gleichung l sst sich das Konfidenzintervall f r ein normalverteiltes Merkmal mit unbekannter Va rianz bestimmen 80 5 3 Vorgehensweise systemabh ngigen kritischen Werten f hrt bei bereinstimmung zu einer Wartungsma nah me Die genaue bereinstimmung kann jedoch in der Regel nur durch eine kontinuierliche Zustandsabfrage erfolgen F r die Praxis bedeutet dies den Einsatz von Diagnoseeinrichtungen ONLINE Monitoring Entsprechend muss die in Gleichung 9 aufgef hrte Kostenberechnung um die einmaligen Ausgaben f r die Diagnosetechnik erweitert werden Sind solche automa tischen berwachungsanlagen aus technologischen oder betriebswirtschaftlichen Gr nden nicht vorhanden kann eine Zustandsabfrage diskret im Rahmen von wiederkehrenden Inspek tionsmaBnahmen erfolgen vgl Abschnitt 4 4 2 In der Mehrzahl der F lle wird der Grenz wert nicht exakt zum Zeitpunkt der Inspektion erreicht bzw das Inspektionsergebnis wird rein visuell bestimmt und ist damit nicht genau bezifferbar In diesen F llen muss der Instandhalter in Abh ngigkeit vom Inspektionser
163. m h im Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung 80 km h entspricht der geforderten Mindestgeschwindigkeit 100 6 2 Investitionsstrategiebewertung Daf r erh lt diese Investitionsalternative die minimale Anzahl an Nutzenpunkten 1 Die Zuordnung der Nutzenpunkte basiert dabei auf folgender Nutzenfunktion Formel 14 mit der die Geschwindigkeitswerte in Nutzenpunkte berf hrt werden N x 1 64x 2 LE Vinin 1 4 e Vmin Minimal erreichte H chstgeschwindigkeit bei den Vergleichs strategien mit Vmax Maximal erreichte H chstgeschwindigkeit bei den Vergleichs strategien e N x Nutzenpunkte f r den H chstgeschwindigkeitswert x der Investitionsstrategie Dieser Nutzenfunktion liegt die Annahme zugrunde dass insbesondere leicht oberhalb der Minimalanforderung liegende maximal zul ssige H chstgeschwindigkeiten einen h heren Mehrnutzen schaffen als Maximalgeschwindigkeiten weit oberhalb der geforderten Mindeststreckengeschwindigkeit da solch hohe Geschwindigkeiten aufgrund der Stre ckenbeschaffenheit etc in der Regel seltener gefahren werden k nnen bzw in Zukunft abgefragt werden Die M glichkeit der Zuglaufverfolgung besteht nur bei Einsatz eines ESTW Entspre chend erhalten der Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung und das Zugmeldever fahren mit MSTW die niedrigste Punktzahl 1 die beiden Verfahren mit ESTW hingegen die maximale Punktzahl 9 Es handelt sich hierbei um eine rei
164. me erfolgt entsprechend Gleichung 9 F r die Bestimmung der Ge samtaufwendungen werden die Kosten der einzelnen Ma nahmen aufaddiert und jahreswei se mit dem Kalkulationszinssatz diskontiert vgl Abbildung 11 Die Strategiesimulation und bewertung erfolgt unter folgenden Randbedingungen 1 Ein m glicher Einfluss des durchschnittlich im Vergleich zur zustandsabh ngigen In standhaltung schlechteren Zustands der Weiche bei zeitabh ngiger Instandhaltung auf andere Systeme bspw Schienenfahrzeuge wird nicht erfasst 2 Die Belastung und die Kostengr en vgl Tabelle 7 werden ber den gesamten Zeit raum nicht ver ndert 3 Die Instandhaltungsstrategiebewertung erfolgt ausschlie lich anhand des Zustands kriteriums Schwergang Daneben weist eine Weiche weitere Sch digungsparameter auf die nicht mit dem Kriterium Schwergang erfasst sind und ggf mit in die Zu standsmodellierung einzubeziehen sind vgl Zwa09 4 Nach den Instandhaltungsma nahmen wird ber den gesamten Betrachtungszeit raum stets wieder der Bestzustand erreicht Dies impliziert eine unendliche Systemle bensdauer Da dies unrealistisch ist wird aufgrund fehlender Informationen ange nommen dass nach Ablauf des Betrachtungszeitraums von 25 Jahren keine Zu standsverbesserung mehr m glich ist das System demnach am Ende seiner Lebens zeit angelangt ist Daher erfolgt auch keine Betrachtung eines Systemaustauschs In nerhalb des Betrachtungszeitraums
165. mehrperiodischen Investitionsrechenverfahren Dieses Verfahren eignet sich im Rahmen dieser Arbeit besonders gut da anhand des dabei berechneten Barwerts Co eine nachvoll ziehbare Aussage ber die Vorteilhaftigkeit der Alternative getroffen werden kann Au erdem erlaubt die Kapitalwertmethode die Abbildung der vielen ber den Bewertungszeitraum ver teilten Kosten und Nutzengr en vgl Abbildung 11 in einer Kennzahl und erm glicht da mit eine gute Vergleichbarkeit der bewerteten Investitionsstrategien Daneben wird durch die Ermittlung des Barwerts der Kosten und monetarisierbaren Nutzenpositionen der geringeren finanziellen Bedeutung zeitlich sp ter auftretender Zahlungsstr me zum Planungszeitpunkt Rechnung getragen Die Abzinsung erfolgt anhand der sogenannten Abzinsungsfaktoren Dabei wird der Zeitwert mit dem Abzinsungsfaktor multipliziert um den Wert des Zeitwertes zum Planungszeitpunkt zu ermitteln Abbildung 11 verdeutlicht den Zusammenhang Planungszeitpunkt Zeitwerte Barwerte t Jahre Abbildung 11 Zeitwert versus Barwert 1 gt Damit wird im Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument eine Form der Kosten Nutzen Untersuchungen umge setzt F r diese gilt generell dass sie durch eine systematische Gegen berstellung von positiven und negativen Wirkungen von Planungsvorhaben eine rational begr ndete Beurteilung erm glichen 16 F r eine umfassende Verfahrensbeschreibung siehe Sei01
166. n dern getrennt analysiert vgl Abschnitt 4 7 und erst anschlie end mit den Ergebnissen aus dem Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument zusammengef hrt 3 1 2 Nutzenbewertung F r eine vollst ndige Betrachtung der Wirtschaftlichkeit von Investitionsentscheidungen m s sen nicht nur alle damit verbundenen LCC sondern auch der erzielbare Nutzen erfasst wer den W hrend Kosten selbst schon monetarisierte Gr en sind und somit direkt als Zahlen werte in eine Wirtschaftlichkeitsbewertung einflie en k nnen l sst sich der Nutzen einer In vestitionsstrategie vorrangig durch qualitative Parameter beschreiben deren Erfassung in der Regel mit mehr Bewertungsaufwand verbunden ist Dies darf jedoch nicht dazu f hren dass auf eine umfassende Nutzenbetrachtung verzichtet wird und sich anstatt dessen der Ent scheider auf die Erfassung rein monet r bewertbarer Nutzenaspekte z B Trassenerl se be schr nkt Gerade bei der Bewertung unterschiedlicher Investitionsstrategien in Bahnsiche rungstechnik w rde man damit den leistungsspezifischen Unterschieden zwischen den Investi tionsalternativen nicht gerecht werden Dies soll mit dem hier entwickelten Bewertungsver fahren beherzigt werden Ausgangspunkt dabei bildet eine umfassende Analyse bestehender Entscheidungsunterst tzungsverfahren ZG91 Sch91 Saa94 ZanOO Mittels definierter Bewertungskriterien wurden die Verfahren dahingehend gepr ft wie gut sie die oben be nannten Aspekte
167. n makroskopischen Verkehrswegeentscheidungen davon grenzt sich das Bewertungsverfahren dieser Arbeit aufgrund der detaillierten Betrachtung von Eisen bahnstrecke bzw Netzabschnitt klar ab Ebenso wenig sind Fragestellungen von Seiten der Systemhersteller Gegenstand der Betrachtungen wohl aber k nnen Erkenntnisse aus der Anwendung dieser Bewertungssystematik f r die Hersteller aufschlussreich sein Sie lassen R ckschl sse auf die an die Systeme gestellten Anforderungen bzw m glichen Verbesse rungsans tze zu vgl Abschnitt 7 2 Das mit dieser Arbeit vorgestellte Verfahren der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien in Bahnsicherungstechnik liefert ein wichtiges Glied in der Kette des Lebenszyklusmanagements f r Bahnsicherungstechnik So kann diese Arbeit entspre chend Abbildung 3 in den Kontext zu bisherigen Arbeiten die Teilaspekte des Lebenszyklus von bahnsicherungstechnischen Anlagen abbilden gestellt werden 1 Einf hrung Gutsche Investitionsent scheidung Obr09 Migrations strategie bewertung BSO2 Anforderungs analyse ystementwu Ham06 Gestaltung der Anlagennutzung Abbildung 3 Wissenschaftliche Einordnung dieser Arbeit BSO2 stellen sich der Frage nach einer Optimierung des Anlagenentwicklung mittels verbesserter Anforderungsanalyse und umsetzung Entsprechend des Lebenszyklusansatzes erfolgt nach der Anlagenerstellung die Investi
168. n Entsorgungskosten Betriebskosten Instandhaltungs Sonstige kosten Besitzkosten Direkte Indirekte Service Betriebsmittel Folgekosten Vertragskosten kosten Inbetriebnahme S gt U Migration Personalkosten Wartung S Ce Personalkosten Op br Teilekosten Bedienung Werk Personalkosten Technolgiewissen Inspektion Personalkosten wiederkehrend variierender Betra Instandsetzung g wiederkehrend fester Betrag einmalig f r die Zukunft sind andere Finanzierungsmodelle wie bspw Leasing vorstellbar Abbildung 9 Strukturierung LCC Anschaffungskosten Anschaffungskosten f r Bahnsicherungstechnik setzen sich zusammen aus dem zu zahlenden Kaufpreis anfallenden R ckbaukosten falls es sich um eine bestehende Strecke handelt Migrationskosten z B Kosten f r Streckensperrungen bei Systemeinbau Kosten f r Schu lungsma nahmen und Kosten die mit der Investitionsentscheidung selbst verbunden sind hier als Entscheidungsfindungskosten bezeichnet All diese Kostenpositionen haben einmali gen Charakter und fallen zu Beginn der Investition an Durch Ihre zeitliche N he zum Ent scheidungszeitpunkt sind sie weitestgehend exakt bestimmbar Besitzkosten Entgegen den Anschaffungskosten fallen die Besitzkosten ber den Einsatzzeitraum verteilt aut und es f llt deshalb oftmals schwer sie exakt vorherzusagen Dies gilt im besonderen Ma e f r Anlagen und Produkte in einem sehr wechselhaften Umfeld Bei der
169. n Streckenpunkten und einer linientormigen d h kontinuierlichen Zug berwachung Eine punktf rmige Zugbeeinflussung wie der Einsatz der PZB 90 oder von Balisen ist in Deutschland nach der EBO ab einer Stre ckengeschwindigkeit von mehr als 100 km h vorgeschrieben Das meist verbreitete System einer kontinuierlichen Zugbeeinflussung die zwingend f r Geschwindigkeiten gr er 160 km h vorhanden sein muss ist die Linienzugbeeinflussung LZB unter Einsatz von Kabellinien leitern Neben diesen drei technischen L sungsm glichkeiten wird der Einbau des European Train Control Systems ETCS im deutschen Schienennetz vorangetrieben wobei je nach ETCS Level eine punktf rmige oder linienf rmige Zugbeeinflussung umgesetzt wird Da hier zu bisher wenige praktische Erfahrungen vorliegen und ETCS im ersten Schritt auf definierten Streckenabschnitten sogenannten Korridoren UICO4 eingebaut werden soll wird die Wirt schaftlichkeit eines ETCS Systems bei der praktischen Anwendung des aufgestellten Verfah rens zur integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien siehe Kapitel 6 nicht betrachtet Wesentliches Augenmerk bei der Definition von Investitionsstrategien unter Ber cksichtigung m glicher Instandhaltungsalternativen liegt auf dem System Stellwerk was sich grob in Innen und Au enanlage aufteilt Das Stellwerk bernimmt den berwiegenden Teil der Sicherungs aufgaben im Schienenverkehr Wesentliche Aufgabe der Innenan
170. n Zustandsinformationen 3 Kombination der Ergebnisse aus 1 und 2 f r eine abschlie ende Investitionsemp fehlung Diese Schritte werden einzeln erarbeitet und begr ndet sowie an einer Fallstudie erl utert Damit liefert diese Arbeit erstmals eine Bewertungsprozedur mit der durch eine integrierte Betrachtung der Wirtschaftlichkeit von Investitionsm glichkeiten und dazugeh rigen Instand haltungsalternativen eine aus Sicht des Betreibers unternehmerisch weitsichtigste Entschei dung bei notwendigen Streckenum bzw neuausr stungen getroffen werden kann Dabei definiert sich eine solche Entscheidung zum einen durch die bestm gliche Erf llung der be trieblichen Anforderungen d h einer hohen Betriebsqualit t und zum anderen durch niedrige Lebenszykluskosten LCC Beide Aspekte sind elementar f r Attraktivit t und damit Wettbe werbsf higkeit der Eisenbahninfrastruktur Dabei ist der hier verfolgte Ansatz der integrierten Bewertung auf Basis detaillierter Informationen zu Investition und Instandhaltung nicht nur t r die Anlagen der Bahnsicherungstechnik neu sondern wurde auch in anderen technolo gieorientierten Branchen wie bspw dem Maschinen und Anlagenbau oder der Luftfahrtin dustrie noch nicht aufgegriffen Selbstverst ndlich ist die Arbeit nicht losgel st von bestehenden wissenschaftlichen Betrach tungen entstanden Einige der bereits erfolgten berlegungen und Untersuchungsans tze wurden in Teilen aufgegriffen oder
171. n bedingt er sich durch die Umfeld und UmwelteintlUsse wie bspw die Liegedauer Temperatur und Luft feuchtigkeit oder Anzahl der Umstellvorg nge Die Umfeldinformationen k nnen zum Teil aus den Eisenbahnbetriebssimulationen gewonnen werden bspw gilt dies f r die Anzahl der Umstellvorg nge oder f r die Betriebsdauer vgl Abbildung 28 Relevante Informationen zu Umwelteinfl ssen wie bspw Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind unabh ngig von den zuvor durchgef hrten Eisenbahnbetriebssimulationen in die Strategiemodellierung aufzunehmen Daneben existieren mitunter Vorgaben von Unternehmensseite F r die Instandhaltung der Infrastruktur der DB Netz AG gilt bspw die Konzernrichtlinie 892 DBO6b Mit ihr ist die zeit basierte Instandhaltung der Infrastrukturelemente entsprechend der Streckenkategorisierung geregelt Mit der Kenntnis der systeminternen und externen Einflussgr en auf den Zustand der Betrachtungseinheit ist eine Zustandsberechnung im Bewertungsmodell m glich Der von ADAM beschriebene Tatbestand dass sich der zustandsbeschreibende Messwert stets be anspruchungs und oder zeitabh ngig verschlechtert Ada89 S 38 wird mit fortschreiten der Simulationszeit nachgebildet Dabei werden f r die simulationsbasierte Zustandsbeschrei bung Kenntnisse aus historischen Daten oder Testl ufen vgl Abschnitte 4 7 3 und 6 3 ver wendet Daneben erm glicht die Strategiemodellierung eine differenzierte Abbildung des Anfangswerts de
172. n eine 126 7 2 Ausblick e Verbesserung der Schnittstelle zwischen Betriebssimulationssoftware und Wirtschaft lichkeitsbewertungsinstrument durch Verwendung eines standardisierten Datenaus tauschformats wie bspw railML e Untersuchung von Sch digungsfunktionen f r die Systeme der Bahnsicherungstechnik unter Betrachtung des Systemtyps und der geltenden Einsatzbedingungen Gut09b e Untersuchung der Kosteneinfl sse von organisatorischen und personalstrukturellen Entscheidungen im Rahmen des Instandhaltungsmanagements e Ber cksichtigung der r umlichen Anordnung von Anlagen im Instandhaltungsstrate giebewertungsinstrument angestrebt werden W hrend mit zuvor genannten Arbeiten eine Verfeinerung der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien f r die Bahnsicherungstechnik angestrebt wird ist ebenso eine erweiterte Sichtweise des Bewertungsansatzes zu pr fen Denn bisher liegt der Fokus der Betrachtung auf der Betreibersicht Zweifelsohne bestehen jedoch in der Nutzungs phase einer Anlage auch Ber hrungspunkte mit den Herstellern vgl Abbildung 7 So muss dieser bspw seine Ersatzteilvorhaltung abstimmen bzw einen geeigneten Abk ndigungszeit punkt Generationenwechsel definieren Gleichzeitig werden sich Hersteller von Bahnsiche rungstechnik zunehmend der betriebswirtschaftlichen Bedeutung von After Sales Services bewusst BBMO6 LNG 06 Um als Hersteller die in der Nutzungsphase der Anlagen vo
173. n einzusch tzen gilt insbesondere da sie sich stark durch die Investi tion selbst bestimmen Dass Investitionsentscheidungen f r Bahnsicherungstechnik nicht ohne genaue Analysen der jeweilig m glichen Instandhaltungsstrategien zu einem aus unterneh merischer Sicht besten Ergebnis f hren ergibt sich aus dem engen Zusammenhang zwischen der gew hlten Investitionsalternative und den damit zu erwartenden von der Instandhal tungsstrategie abh ngigen Instandhaltungskosten Abbildung 2 SchO5 S 310 ff 1 1 Ausgangssituation und Zielstellung bestimmt Anzahl Art und Ort der verbauten beeinflusst Bahnsicherungstechnik beeinfluss die Notwendigkeiten in der beeinflusst Systeminstandhaltung Investitionsstrategie Instandhaltungsstrategie peeininss Qualit t der Infrastruktur SES nsianhaturoskosien gt beeinflusst bestimmt durch Art Umfang H ufigkeit der Ma nahmen Abbildung 2 Zusammenhang Investitions und Instandhaltungsstrategie Unterstrichen wird diese Notwendigkeit durch den prinzipiellen Grundsatz dass die Qualit t des Leistungsangebots und die dabei entstehenden Kosten die wichtigsten Bestimmungsgr Ben f r den Erfolg eines Unternehmens sind W hrend die Kosten in erster Linie durch die Wahl der Investitionsstrategie bestimmt sind beeinflusst die Wahl der Instandhaltungsstrate gie im hohen Ma e die dauerhafte ber den Nutzungszeitraum vorhandene Qualit
174. n unter Anwendung von Life Cycle Costing LCC VDV Schrift 752 03 2004 Empfehlungen zur Auswahl geeigneter Betriebsver fahren f r eingleisige Eisenbahnstrecken Vollstedt Thorsten 2003 Simulationsunterst tzte Personalstrukturplanung auf Basis eines abnutzungsorientierten Instandhaltungskonzeptes Aachen Shaker Walther Johann Christoph 1994 Verkehrssimulationen in Transport und Kommunikationsnetzen als Basis f r Investitionsstrategien Karlsruhe Warnecke H J Hg 1981 Instandhaltung Grundlagen K ln Wiegand Bodo Wirtz Helmut 2001 Modulare Instandhaltung neues Kon zept revolutioniert die Instandhaltung im Bahnbetrieb In Eisenbahningenieur Jg 52 H 8 S 46 49 Literaturverzeichnis WDD94 WilO2 W b84 Zan76 Zan00 Zim02 ZG91 Zsc06 Zwa07 Zwa09 160 Williams John H Davies Alan Drake Paul R 1994 Condition based main tenance and machine diagnostics London u a Chapman amp Hall Wilson Alan 2002 Asset maintenance management A guide to developing strategy amp improving performance 1st ed New York Industrial Press W bbenhorst Klaus L 1984 Konzept der Lebenszykluskosten Grundlagen Problemstellungen und technologische Zusammenh nge Darmstadt Verlag f r Fachliteratur Zangemeister Christof 1976 Nutzwertanalyse in der Systemtechnik eine Me thodik zur multidimensionalen Bewertung und Auswahl von Projektalternativen
175. nalbedart je Wartungsma nahme bzw Instandsetzung e Materialbedart je Wartungsma nahme bzw Instandsetzung e Grenzwerte f r zustandsabh ngige pr ventive Ma nahmen sowie f r Ausf lle e Dauer je Wartungsma nahme bzw Instandsetzung e Zustandsverbesserung in Abh ngigkeit von den Instandhaltungsma nahmen War tung Entst rung Austausch Zustandsgleichung die Anzahl der Umstellvorg nge und der Einfluss von Instandhaltungs ma nahmen auf den Zustand sowie ma nahmenausl sende Grenzwerte werden mittels der Auswertungen der Messreihen gewonnen vgl Abschnitt 6 3 1 3 Fixe Gr en wie Personal Zeit und Materialbedarf nach KoRil 892 hingegen sind bei den Verantwortlichen zu erfragen GutO8 Die so ermittelten und f r die Strategiebewertung notwendigen Informationen sind in der nachfolgenden Tabelle 7 f r das hier untersuchte Beispielsystem zusammengetragen 6 Lernkurveneffekte und deren m gliche Auswirkungen auf die Instandhaltungsdauer werden nicht betrachtet 117 6 Fallstudie Randparameter Zeitabh ngige Zustandsabh ngige Entst rung Wartung Wartung nach Ausfall En GE e E s EE EEE mee Betriebserschwernis 15 GE min 15 GE min 15 GE min kosten nur nach Ausfall nur nach Ausfall Preis Diagnosesystem ww 6000 GE Weiche L Ma nahme ausl sender 350 W 400 W 350 W 400 W Grenzwert Zustand nach Ma nah Unver ndert Zeit 231 5 W 231 5 W me vgl 16 WO 231 5 W Zustand T
176. nd chemische Prozesse Korrosion unterschieden werden BH86 S 138 ff Eine genaue Aufstellung der Ursachen f r die Weichenabnutzung findet sich in der von der UIC 108 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung beauftragten Studie EcoSwitch Daraus geht hervor dass den Umwelteinwirkungen lediglich ein langfristiger Einfluss auf den Weichenzustand zuzuschreiben ist Vielmehr spielen die Anzahl und das Gewicht der verkehrenden Z ge sowie deren Geschwindigkeit und die Qualit t des Unterbaus eine wichtige Rolle Zwa09 F r die Abnutzung des Weichenantriebs ist im Besonderen die Anzahl der Umstellvorg nge relevant UICO2al S 30 ff Einen berblick denkbarer Einflussgr en zeigt Abbildung 38 Betriebliche Randbedingungen Einsatzumfeld Feuchtigkeit Einsatzst rke Belastung Betriebspausen Technische Randparameter Organisatorische Randbedingungen Alter Druck Korrosionsrate Temperatur Vibration Inspektion Wartungsplan Verbesserung Instandsetzung Abbildung 38 Einflussgr en auf den Systemzustand 6 3 1 2 Weichendiagnosesysteme Die Daten aus dem Einsatz von Weichendiagnosesystemen bilden im Folgenden die Grundla ge f r die Strategiemodellierung und bewertung Damit muss jedoch die strikte Trennung zwischen Sicherungstechnik und Oberbau aufgegeben werden Denn die Weichendiagnose systeme berwachen sowohl den Zustand von Antrieb Sicherungstechnik als auch den der Weichenkonstruktion im
177. nd die Nutzenkriterien fallspezifisch zu definieren und zu bewer ten 3 2 2 Eisenbahnbetriebssimulation Mit Eisenbahnbetriebssimulationen wird der Schienenverkehr mit seinen dynamischen Pro zessen in einem experimentierbaren Modell nachgebildet Es erfolgt die Betrachtung des Zeit verhaltens des Systems um Aussagen ber die bei vorgegebener Belastung erreichbare Be triebsqualit t zu erhalten Pac04 S 154 Dies unterstreicht den hohen Grad an Nutzenstif tung bei Integration der Erkenntnisse aus Eisenbahnbetriebssimulationen in den Prozess der Bewertung von Investitionsstrategien f r die Bahnsicherungstechnik Denn die Aussagen hin sichtlich der Betriebsqualit t spielen eine wesentliche Rolle bei der Bewertung des monet r nicht erfassbaren Nutzens vgl Abschnitt 3 1 2 2 24 Liquidationserl se treten ein wenn nach Ende der Lebensdauer oder des Bewertungszeitraums noch Erl se aus dem Verkauf oder der Weiternutzung der bestehenden Anlagen erzielbar sind 2 Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierf hi gen Modell um zu Erkenntnissen zu gelangen die auf die Realit t bertragbar sind VDI96 28 3 2 Eisenbahnbetriebssimulation zur Wirtschaftlichkeitsbewertung Die Wahl eines Simulationsverfahrens und damit auch einer Simulationssoftware bestimmt sich durch die in Abschnitt 3 2 1 erarbeiteten Anforderungen Mit der dort aufgestellten For derung nach einem m
178. ne Ja Nein Abfrage Die M glichkeit f r Zugkreuzungen und Zug berholungen ist bei Verwendung von R ckfallweichen im Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung stark begrenzt Die an deren Investitionsalternativen erlauben Zugkreuzungen und berholungen uneinge schr nkt Das Qualitatskriterium Versp tungsabbau wird anhand der oben beschriebenen Ver sp tungstunktion 13 mit den angegebenen Parametereinstellungen messbar gemacht Jene Investitionsalternative mit den meisten Versp tungsminuten erh lt die niedrigste Punktzahl jene mit den wenigsten Versp tungsminuten die h chste Dabei erfolgt die Zuordnung der Versp tungsminuten mit nachfolgender linearer Nutzenfunktion 15 Durch die lineare Funktion wird jeder Versp tungsminute eine gleiche Bedeutung hin sichtlich der Systemqualit t P nktlichkeit beigemessen Oort t 15 N x l 9 x X x max m n a oe t t max min max min mit 101 6 Fallstudie 102 e tmin Minimale Anzahl an Versp tungsminuten bei den Ver gleichsstrategien tnay maximale Anzahl an Versp tungsminuten bei den Ver gleichsstrategien e N x Nutzenpunkte f r die Versp tungsminuten x bei der In vestitionsstrategie Im Zugmeldeverfahren mit ESTW erfolgt der Versp tungsabbau am besten mit dem Zug leitbetrieb ohne technische Unterst tzung kann am schlechtesten auf die Versp tungen reagiert werden Dieses Kriterium wird im Rahmen der Nutzwertbetrachtu
179. ne schnellere Fehlererkennung durch genauere Informationen Dies wiederum senkt im Falle einer St rung die Zeit f r die Fehlerbehebung RBO3 Die Ergebnisse aus der Praxis belegen nachweislich dass mit Hilfe einer zustandsabh ngigen Instandhaltung die Instandhaltungs kosten f r Weichenantriebe gesenkt werden Dennoch erfolgt die Instandhaltung von Wei chenantrieben im Netz der DB AG nach wie vor rein zeitabh ngig Begr ndet wird dies der zeit mit den notwendigen Nachweisen die bei einer Fristenspreizung dem EBA vorzulegen sind Von Seiten des EBA steht einer solchen Prozessoptimierung im Instandhaltungsmana gement bei gegebener Sicherheit prinzipiell nichts entgegen KRO1 Eine zustandsabh ngige Instandhaltung ausschlie lich auf Basis der Informationen aus Diagnosesystemen ONLINE Monitoring ist jedoch derzeit noch nicht m glich Es gibt noch Systemzust nde die von den bestehenden Diagnosesystemen nicht berwacht werden k nnen und somit Vorort Inspektionen notwendig machen Um die wirtschaftlichen Vorteile von Diagnosesystemen auch bei den anderen sicherungstechnischen Anlagen nutzen zu k nnen werden derzeit Entwicklungen weiterer Diagnosesysteme forciert So gibt es aktuell erste Erfahrungen mit der Diagnose von Signalzust nden Fri04 Der Erfahrungsstand hierzu ist jedoch verglichen zu Weichendiagnosesystemen gering Daneben existieren Uberwachungssysteme f r Weichen heizungen und Bahn berg nge Hierbei handelt es sich jedoch
180. ng entstehen Indirekte Instandhal tungskosten sind im Wesentlichen ggf notwendigen Betriebsstillst nden geschuldet Beispiele hierf r sind Einnahmeverluste oder Kosten f r die Bereitstellung eines Alternativbetriebs z B Schienenersatzverkehr Folgekosten durch Imageverlust Rufsch digung oder Prestigeverlust Opportunit tskosten wie sie in der DIN EN 60300 3 3 benannt werden sind in der Regel schwer monet r zu erfassen und damit nur schlecht in den LCC abzubilden Geeigneter hier f r ist eine qualitative Betrachtung dieser Aspekte Werden Instandhaltungsleistungen in Form von Servicevertr gen von externen Unternehmen eingekauft so werden d R sowohl direk te als auch indirekte Instandhaltungskosten dar ber abgerechnet Zu den sonstigen Besitzkosten z hlen beispielsweise Kosten f r Software Upgrades oder aber auch zu zahlende Versicherungsbeitr ge Die hierzu z hlenden Kostenarten sind teilweise stark schwankend und somit in ihrem Umfang ber den gesamten Lebenszyklus mit erh hter Unsicherheit behaftet Die Besitzkosten haben unabh ngig von ihrer Kategorisierung gemein dass sie wiederkeh render Art sind siehe Abbildung 9 Sie werden deshalb in regelm igen Zeitabschnitten er fasst Im Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument werden sie auf j hrlicher Basis abgebildet vgl 3 2 3 Ausnahme zu den j hrlich wiederkehrenden Kosten bilden mitunter die Werkzeugkosten Sie sind im Falle einer Anschaffung durch das Unt
181. ng bewertet da eine Erfassung der durch Versp tungen verursachten Betriebserschwerniskosten hier nicht erfolgen kann Denn die St rszenarien sind fiktiv und f hren damit nicht zwingend zu Kosten im eigentlichen Betrieb Im Gegenzug wird Nichtverf gbarkeit bei der Bewertung von Instandhaltungsstrategien ber cksichtigt Hier stellen sie eine wesentliche zu mes sende Erfolgsgr e der einzelnen Instandhaltungsstrategien dar siehe hierzu Abschnitt 6 3 Wie einfach auf gegebenenfalls notwendige Strecken nderungen mit den vier Alternati ven reagiert werden kann wird unter dem Nutzenkriterium Flexibilit t bei baulicher Umgestaltung des Bahnhofs bewertet Ohne Zweifel sind nderungen im Zugmeldever fahren mit ESTW m glich jedoch ist die Software komplex Daher bedarf es umfangrei cher Kenntnisse und Anpassungen Anders dagegen beim Zugleitbetrieb mit ESTW Hier ist die Software weniger umfangreich und damit leichter anzupassen Beim Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung k nnen Umgestaltungen nur mit Hilfe eines lokalen Stellwerks oder zus tzlichem Personal vorgenommen werden F r die Bewertung des Nutzenkriteriums St rungsmanagement gilt dass infrastruktu relle St rungen bei einer dezentralen Betriebsf hrung in der Regel schneller behoben werden k nnen Das ben tigte Instandhaltungspersonal ist schneller vor Ort Eine solche dezentrale Betriebsf hrung erfolgt beim Zugmeldeverfahren mit MSTW Im Falle einer St r
182. ngen Lebensdauern und hohen Sicherheits und Verf gbarkeitsan spr chen eine r umlich verteilte Struktur aufweist gestaltet sich diese Aufgabe als vielschich tiges Optimierungsproblem Gleichzeitig lassen Analysen Optimierungsm glichkeiten in der Instandhaltung der Bahnsicherungstechnik erwarten KRO1 Ob und wie diese in Abh ngig keit der Investitionsstrategie ausfallen gilt es zu untersuchen Es sollen zun chst die wesentlichen Grundlagen zur Zuverl ssigkeits und Instandhaltungsthe orie Abschnitte 4 1 4 2 und 4 3 und die prinzipiellen M glichkeiten bei der Gestaltung und Auswahl einer Instandhaltungsstrategie Abschnitte 4 4 und 4 5 dargelegt werden Mit ei nem kurzen Einblick in die aktuelle Instandhaltungspraxis im Bereich der Eisenbahnsicherungs technik Abschnitt 0 wird die Motivation f r eine auf Simulationsmodellen basierende Abbil dung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien f r diese Anlagengruppe geschaffen Dies wird in Abschnitt 4 7 detailliert erl utert 4 1 Zuverl ssigkeitstheorie Zur Definition von Instandhaltungsstrategien und den damit verbundenen Instandhaltungs ma nahmen ist die Kenntnis ber die wesentlichen Zusammenh nge der Zuverl ssigkeitsthe orie und einer Lebensdauerabsch tzung unabl ssig An dieser Stelle sollen nur die grundle genden Zusammenh nge benannt werden Vorhandene Nachschlagewerke vermitteln ein tiefer gehendes Sachverst ndnis BLO4 Fis90 RH04 Bei93 Bir07 und brauch
183. ngigkeiten sind elementar f r die simulative Bewertung von Instandhaltungsstrategien Ausfall bzw Zuverl ssigkeitstunktion und damit auch die brigen Zuverl ssigkeitsgr en k nnen ber bew hrte weil oft auftretende Verteilungsfunktionen beschrieben werden sie he hierzu u a Bir07 S 259 ff Fis90 S 24 ff Daneben ist die Beschreibung der Zuverl s sigkeit auch mittels detaillierten Zustandsinformationen m glich Dazu werden Messreihen des zustandsbeschreibenden Parameters bzw Zustandsma es aufgenommen und ausgewer tet Har95 Dieser Ansatz stellt den Aspekt der Systemsch digung und damit die urspr ngli che Motivation f r Instandhaltung in den Mittelpunkt Entsprechend findet dieser Ansatz im Fallbeispiel vgl Abschnitt 6 3 Anwendung Zuvor wird er in Abschnitt 4 7 genauer beschrie ben 4 2 Abnutzungsvorrat Instandhaltung umfasst den Ersatz oder die Reparatur von Komponenten oder Baugruppen vor oder nach Ausfall mit dem Ziel das System ber seine gesamte Lebensdauer betriebsbe reit zu halten Ein m glichst hoher Grad an Betriebsbereitschaft des Systems bedarf eines gu ten Systemzustands Mit den einzelnen Instandhaltungsma nahmen soll eine Vergr erung bzw bestenfalls Wiederherstellung des Ab Nutzungsvorrats und somit eine Zustandsverbes serung erreicht werden DINO1 DINO3 Dabei differenziert man den Begriff Instandhaltung in Wartung Inspektion Instandsetzung und Verbesserung siehe Anhang A
184. nische Rundschau Jg 55 H 7 8 5 485 488 Husen Christian van 2007 Anforderungsanalyse f r produktbegleitende Dienstleistungen Heimsheim Jost Jetter Verlag Kalyoncu Sedef 2007 Die Bedeutung der Subventionspolitik und der aktuel len F rdermechanismen der Europ ischen Union f r die Migration des European Train Control Systems DLR e V Institut f r Verkehrsf hrung und Fahrzeugsteu erung Studienarbeit Kelly Anthony 1997 Maintenance strategy Business centred maintenance Oxford ua Butterworth Heinemann Ltd Kruschwitz Lutz 2007 Investitionsrechnung M nchen Oldenbourg 11 Kynast Peter R pke Bernd 2001 Diskussion der Instandhaltungsgrenzwerte in der Leit und Sicherungstechnik In Signal amp Draht Jg 93 H 1 2 S 5 10 Leibbrand Hans 2007 Europas Zukunft Betriebsleittechniken In Eisenbahn technische Rundschau Jg 57 H 11 S 659 Levkow Ivan 1997 Simulation des Oberbauverhaltens von Eisenbahnstrecken unter betrieblicher Belastung Hannover Institut f r Verkehrswesen Eisenbahn bau und betrieb Lienau Cay 2007 Abbildung von Infrastrukturkosten in der Eisenbahnbe triebssimulation Hamburg Deutscher Verkehrs Verlag Leenen M Neumann L Gro e C Jacobs M 2006 Der deutsche Bahn markt Marktanalyse 2006 bis 2011 Akteure Volumina und Prognosen In Ei senbahntechnische Rundschau H 09 S 618 622 Lorenz Manfred 1998 Stellwerkstechnik Dresden L
185. nn das System ausgefallen ist Diese Form der Instandhaltung die ausschlie lich auf das Instrument der Instandsetzung zur ckgreift ist nur bei Betrachtungseinheiten m g lich deren Einfluss auf den sicheren verf gbaren Betriebsablauf gering ist und deren Instand setzungskosten im Vergleich zu pr ventiven Ma nahmen gering ausfallen Erfolgt ein Aus tausch der Betrachtungseinheit aus Sicherheits oder Verf gbarkeitsaspekten vorzeitig also obwohl die Betrachtungseinheit noch funktionsf hig ist so wird dies als eine pr ventive Ma nahme und nicht als Instandsetzung verstanden DINO3 Unabh ngig von den zustandsbedingten Ereignissen treten sogenannte Grund bzw Spon tanausf lle auf Diese sind in erster Linie durch zuf llige externe wie interne Ereignisse be stimmt Sie ziehen unabh ngig von der Instandhaltungsstrategie Instandsetzungen nach sich Mit der Wahl der Instandhaltungsstrategie kann bedingt Einfluss auf die Auswirkungen sol cher zuf lligen Ereignisse genommen werden Zusammenfassend sind die Charakteristika sowie Vor und Nachteile und typischen Einsatz felder der hier detaillierter beschriebenen drei Basisstrategien sowie die zuf llige Instandhal tung vierte Basisstrategie vgl Abbildung 16 in Tabelle 1 gegen bergestellt 48 4 4 Instandhaltungsstrategien Strategie Charakteristika ae Einsatzfelder zeitabhangige Wartung zustandsab h ngige War tung pr ventive In gute Planbarkeit erh ht
186. npunkte Aaen Nrick T 25 Tabelle 4 A LCC gt Anschaf fungspreis nNneu Planungskosten 2 R ckbaukosten n ck gt a 1 1 t 0 A Bedienstunden t Stundensatz Personalbedarf Portfoliodarstellung Abbildung 33 Abbildung 31 Schrittfolge Investitionsstrategiebewertung angewandt 6 2 3 2 Simulation Um eine Simulation der identifizierten Investitionsalternativen zu erm glichen sind zun chst einige streckenspezifische Daten zu beschaffen So sind f r das hier analysierte Fallbeispiel e Infrastrukturdaten e Fahrzeugdaten e Fahrplandaten e betrieblichen Daten Ausweichgleise Haltezeiten etc sowie e St rungsdaten zusammenzutragen und in der Simulationsumgebung RailSys zu hinterlegen Rad06 S 102 F r eine mikroskopische Eisenbahnbetriebssimulation ist die metergenaue Abbildung des Streckennetzes anhand von Knoten und Kanten sowie den vorgesehenen Fahrwegele menten und Sicherungsanlagen notwendig F r die Abbildung des Fahrplans werden Uml ufe f r zuvor zusammengestellte Z ge erstellt Die sich aus den Betriebsverfahren ergebende notwendige sicherungstechnische Infrastruktur ist vergleichend in Tabelle 2 dargestellt 92 Technik bs c O Li D a Investitionsalternative Betriebsverfahren Bahnsicherungstechnik Infrastruktur R ckfallweiche manuell ortsbediente Weiche mech fernbediente Weiche elektr fernbediente We
187. nsstrategien 3 1 1 2 Lebenszykluskosten Nach DIN EN 60300 3 3 werden Lebenszykluskosten LCC als die kumulierten Kosten eines Produktes bzw einer Anlage ber dessen Lebenszyklus verstanden DINO5 Sie stellen somit den bewerteten G terverbrauch zur Initiierung Planung Realisierung zum Betrieb und zur Stilllegung eines Systems dar W b84 Dabei werden der Lebenszyklus und damit auch die hier verursachten Lebenszykluskosten in der Praxis h ufig zweigeteilt betrachtet abh ngig in welchem Verantwortungsbereich sich das Produkt befindet Man unterscheidet deshalb die Hersteller und die Betreiberperspektive VDIO5 siehe Abbildung 7 F r den Betreiber gilt das von ihm angeschaffte Produkt mit einem h chstm glichen Beitrag zum Unternehmenserfolg und damit m glichst niedrigen Lebenszykluskosten zu bewirtschaften Marktzyklus Im Rah men dieser Arbeit stehen die Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien im Vordergrund Sie sind die Schl sselfaktoren f r die H he der Betreiber LCC Eine Analyse der Herstellersicht auf die LCC erfolgt somit nicht Mit einer Lebenszykluskostenanalyse werden s mtliche Anschaffungs und Folgekosten einer Anlage oder eines Produktes Uber den Zeitraum seiner Nutzung erfasst F r92 Der Begriff Kosten in dem Begriff Lebenszykluskosten ist dabei aus betriebswirtschaftlicher Sicht jedoch unpr zise Vielmehr bilden die ber den Lebenszyklus verteilt auftretenden Ein und Auszahlung
188. ntifizieren also jener Methode n und Messgr en mit der denen sich die Ab nutzung der Betrachtungseinheit am besten beschreiben bzw erfassen l sst Nachtolgende Abbildung 19 bietet einen kurzen Einblick in die grundlegenden Methoden mit denen es m glich ist die Abnutzung und damit den Zustand einer Betrachtungseinheit zu erfassen Die Auswahl der geeigneten Methode n und der dazugeh rigen Technik richtet sich nach den Eigenschaften der Betrachtungseinheit in Form der im 2 Schritt ermittelten Abnutzungsursa chen und auswirkungen sowie nach den M glichkeiten und Kosten der verf gbaren Mess technik Kel97 S 117 ff Nea95 S 55 ff WDD94 S 68 ff WilO2 S 291ff Einen 33 Zur umfassenden Einteilung von Fehlern siehe Har95 S 22 ff 34 F r elektronische Bauteile ist der Einsatz dieser Instandhaltungsstrategie bisher nur bedingt m glich da man bei elektrischen hydraulischen und elektronischen Systemen bisher lediglich von den beiden Zustandsmerkmalen im Betrieb und au er Betrieb ausgeht und damit keine mehrstufige Differenzierung des Zustands vornimmt Ada89 S 80 In der Zuverl ssigkeitstheorie werden sie d R mittels einer Exponentialverteilung beschrieben Diese stellt einen Spezialfall der Weibullverteilung dar bei dem der Formfaktor 1 und damit die Ausfallrate kon stant ist Jedoch erm glichen es Weiterentwicklungen in der berwachungs und Diagnosetechnik zunehmend immer genauere P
189. orenz Loss Hans J rgen 1996 Optimierung von Instandhaltungsstrategien durch rechnerunterst tzte Betriebsdatenanalyse und verarbeitung D sseldorf VDI Verl L ders Carsten Bacak Sami 2006 Monitoring des Betriebs und St rungsver haltens von Schienenfahrzeugen In Eisenbahningenieur Jg 57 H 11 S 37 41 Literaturverzeichnis Met77 MitO7 M l06 INPO4 Nea95 Obr09 Pac04 PacO5 PWH 01 PSO7 PMS 91 PBOO P r07 Pre96 156 Metzger H 1977 Planung und Bewertung von Arbeitssystemen in der Mon tage Stuttgart Institut f r Produktionstechnik und Automatisierung IPA Mitchell John S 2007 Physical asset management handbook Houston Clarion Technical Publ M ller Andreas 01 02 02 2006 LCC bei der Deutschen Bahn AG Veranstal tung vom 01 02 02 2006 aus der Reihe Symposium Ans tze zur alternativen Finanzierung der Schieneninfrastruktur Dresden Naumann Peter Pachl J rn 2004 Leit und Sicherungstechnik im Bahnbe trieb Fachlexikon Hamburg Tetzlaff Hestra Neale Michael J 1995 Component Failures Maintenance and Repair Oxford Butterworth Heinemann Ltd Obrenovic Miroslav 2009 Methodik f r die Migration von Systemen der Ei senbahnleit und sicherungstechnik am Beispiel der Einf hrung von ETCS Braunschweig DLR e V Institut f r Verkehrssystemtechnik Pachl J rn 2004 Systemtechnik des Schienenverkehrs
190. ormationen und zusammenh ngen 2 Projektion der Entwicklung komplexer Realsysteme 3 Erkl rung des Systemverhaltens 4 Absch tzung der Wirkungsweise von Strategien Sch92 S 109 bertragen auf die Modellierung von Instandhaltungsstrategien bedeutet dies dass neben den Kenntnissen von System und Umfeld 1 die Ver nderung der Betrachtungseinheit in Form einer Zustandsbeschreibung Abnutzungsvorrat und des Umfelds nderungen in der Beanspruchung etc 2 die Grundlage bilden Sind die Ursachen f r die systemischen Ver n derungen bekannt 3 kann man die m glichen Instandhaltungsstrategien vgl Abschnitt 4 5 abbilden und hinsichtlich ihrer Wirkungsweise und ihres Zielerf llungsgrads niedrige Kosten vgl Abbildung 17 durch Simulation bewerten 4 Diese vier Arbeitsschritte bilden somit den Leitfaden f r Modellaufbau und Strategiebewertung und werden nachfolgend na her erl utert In Abbildung 22 sind die f r die Instandhaltung geltenden Ursache Wirkungsbeziehungen zwischen Zustand der Betrachtungseinheit den Instandhaltungsma nahmen und den sie ver ursachenden Kosten zusammengetragen Neben der Wirkrichtung Pfeilspitze sind in der Grafik die Wirkungsweisen erfasst Dabei gilt bei positiver Wirkungsweise dass sich der beeinflusste Aspekt erh ht wenn sich der Verursacher erh ht bzw verringert wenn sich der Verursacher verringert An einem Beispiel veranschaulicht bedeutet dies dass mit Zunahme der Instand
191. othar Hg 2007 Handbuch Eisenbahninfrastruktur Berlin Sprin ger Fengler Wolfgang Klahn Volker Haslinger Alfred 2003 Kennzahlen zur Be wertung von Infrastruktur und Betrieb In Eisenbahningenieur Jg 54 H 10 S 56 61 Literaturverzeichnis FNTO3 Fis90 For69 Fri09 Fri04 F r92 Gut08 GutO9a GutO9b Had00 Ham06 Har95 Hei00 Hem06 154 Fenner Wolfgang Naumann Peter Trinckauf Jochen 2003 Bahnsicherungs technik Steuern Sichern und Uberwachen von Fahrwegen und Fahrgeschwin digkeiten im Schienenverkehr 2 Aufl Erlangen Publicis Corporate Publ Fischer Klaus 1990 Verkehrssicherungstechnik Zuverl ssigkeits und Instand haltungstheorie 2 Aufl Berlin Transpress Forrester Jay W 1969 Industrial dynamics Cambridge M l T Press Friedrich Nicole 2009 Instandhaltung bei der DB Netz AG In Deine Bahn H 1 S 20 23 Fritz Peter 2004 Effiziente Diagnose zur Verbesserung der Weichen und Streckenverf gbarkeit In Signal amp Draht Jo 96 H 11 S 24 27 F rnrohr Michael 1992 Stochastische Modelle zur Prognose von Lebenszyk luskosten komplexer Systeme M nchen Gutsche Katja 24 09 2008 Erfahrungen mit dem Einsatz von Weichendiagno sesystemen Interview mit Woicke Torsten DB Netz AG Am 24 09 2008 in Berlin Gutsche Katja 2009 Verfahren zur Ermittlung von Wartungsinformationen Patentanmeldung gest
192. prechend der Strategiebezeichnung nach dem Zustand der Betrachtungseinheit Da dieser ber den Nutzungszeitraum der Betrach tungseinheit variieren kann ver ndert sich auch die H ufigkeit notwendiger pr ventiver Ma nahmen In keiner der Grundstrategien spielt somit die Gr e Abnutzungsvorrat eine so wich tige Rolle wie in dieser Wie der Abnutzungsvorrat in der Praxis ermittelt wird soll deshalb an dieser Stelle erl utert werden Daneben wird die Herangehensweise bei der Umsetzung dieser Instandhaltungsstrategie kurz erl utert Har95 S 133 Br 99 S 44 Stu96 S 101 ff Das Verst ndnis beider Aspekte ist f r die Modellierung der Instandhaltungsstrategien siehe Abschnitte 4 7 und 6 3 notwendig Die folgenden f nf Arbeitsschritte fassen zusammen wie bei der Umsetzung einer zustands orientierten Instandhaltung und damit eines Zustandspr diktionsmodells vorgegangen wird vgl VDI99 Dabei k nnen die Arbeitsschritte je nach notwendiger Analysetiefe f r komple xe Anlagen Einzelausr stungen oder Baugruppen ausgef hrt werden Stu96 S 102 1 Identifikation der n kritischen Systemeinheiten d h jener Einheiten deren Funktions t chtigkeit eine hohe Relevanz f r Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des Betriebes haben und mit denen sich der Systemzustand beschreiben l sst Definition der Abnutzungsursachen und auswirkungen Identifikation geeigneter Messgr en und deren Grenzwerte Festlegung der passen
193. prozess einzubinden Die Differenzierung zwischen Zugmeldeverfahren mit ESTW und Zugleitbetrieb mit ESTW wird gemacht da beim Ein satz des Zugleitbetriebs mit ESTW zwei anstatt nur ein Fahrdienstleiter wie beim Zugmel deverfahren mit ESTW f r Dispositionsentscheidungen ben tigt werden 99 6 Fallstudie Nutzenkriterium Ge Referenzsys Zugmelde Zugleitbe Zugleitbetrieb wichtu tem Zug verfahren trieb mit ohne techni ng meldeverfah mit ESTW ESTW ESZB sche Unter ren mit A1 A2 st tzung MSTW A0 ZLB A3 1 Sicherheit 1 2 Dispositions 3 management 3 maximale Stre 1 ckengeschwindigkeit d Zuglaufverfolgung 1 f r Fremdnutzung 5 M glichkeit von 1 Zugkreuzungen Zug berholungen 6 Versp tungsabbau 1 7 Flexibilit t bei bau 3 licher Umgestaltung des Bahnhofs 8 St rungsmanage 6 ment Infrastruktur 9 Kapazit ts ber 1 schuss Werte gerundet Tabelle 4 Qualitative Nutzenbewertung BSJO8 3 Unter dem Nutzenaspekt der maximalen Streckengeschwindigkeit sollen m gliche Leis tungsreserven die die Investitionsalternative Uber die geforderte Mindeststreckenge schwindigkeit hinaus aufweisen erfasst werden Da im Zugmeldeverfahren Geschwindig keiten bis zu 160 km h gefahren werden k nnen wird hier die h chste Punktzahl verge ben Die beiden anderen Investitionsalternativen erlauben maximale Streckengeschwin digkeiten von 120 km h im Zugleitbetrieb mit ESTW und 80 k
194. r Praxis wird diese Unterscheidung mitunter nicht gemacht In solchen F llen werden auch Warnsysteme als Diagnosesysteme verstanden 56 4 7 Modellierung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien technik umfassender und qualitativ hochwertiger als bei Verwendung von derzeit in der Praxis blichen Verfahren 4 7 1 Ziel der Modellierung Mit der Modellierung wird die Grundlage f r die Bewertung der Instandhaltungsstrategien geschaffen Um wirtschaftlich sinnvolle Entscheidungen treffen zu k nnen sind die vielf lti gen Abh ngigkeiten zwischen Systemzustand Betriebsumfeld inkl der benachbarten Syste me und Ressourcenbeschr nkungen und Instandhaltungsma nahmen abzubilden Pro02 Mit den abgebildeten Ursache Wirkungsprinzipien k nnen die Auswirkungen der mit den einzelnen Instandhaltungsstrategien verbundenen Ma nahmen auf den Zustand der Betrach tungseinheit und damit auf dessen Verf gbarkeit und Instandhaltungskosten ber die gesam te Nutzungsdauer antizipiert werden Damit wird der Unterschied des Modellierungsansatzes zu der Vielzahl bestehender Instandhaltungsmanagementl sungen vgl u a Stu96 S 138 ff deutlich Deren Aufgabe liegt in der zeitnahen Auswertung von Beanspruchung und Zu standsver nderungen Sie unter st tzen im unmittelbaren Systemeinsatz und haben eine detaillierte Sichtweise Los96 Da ein solcher Ansatz aufgrund fehlender Daten im Rahmen von Investitionsentscheidungen nicht m glich ist muss
195. r auf das VerschleiBverhalten z B Umwelteinfl sse und somit auf den Zustand Adam89 S 37 ff k nnen bei Bedarf in das Modell integriert werden Abbildung 22 Ursache Wirkungsbeziehungen Instandhaltung Da die Zustandsbeschreibung zum Investitionszeitpunkt erfolgt k nnen keine Informationen ber Messsysteme aus dem aktuellen Betrieb der Betrachtungseinheit verwendet werden Der Entscheider hat lediglich die Wahl zwischen der Verwendung historischer Daten oder von Zu standsinformationen die aus Testl ufen gewonnen werden um das zu erwartende Zustands verhalten der Betrachtungseinheit zu simulieren W hrend historische Daten aus dem Betrieb eines gleichen Systems unter gleichen oder sehr hnlichen Einsatzbedingungen z B Ein satzart Umwelteinfl sse gewonnen werden erh lt man Testlaufergebnisse aus einem der Realit t nachempfundenen Laborumfeld Mit beiden Ans tzen l sst sich die weit verbreitete alleinige Verwendung von statistischen Kennzahlen wie MTBF Mean Time Between Failures oder MTTR Mean Time To Repair vermeiden Mit ihnen ist keine Zustandsbeschreibung hn lich dem Abnutzungsvorrat m glich Der Zustand sollte jedoch das Ma bei der Bewertung von Instandhaltungsstrategien sein Vol03 S 29 f vgl Abschnitt 4 2 Zudem k nnen die benannten statistischen Kennzahlen f r Anlagen der Bahnsicherungstechnik aufgrund der langen Lebensdauern in der Regel nur mathematisch z B mit Hilfe DIN IEC 61709 bestimmt
196. re systembedingte Ausf lle nicht vermieden werden Dies wird in der Simulation nachgebildet Dadurch f llt die Kostendiffe renz zwischen zeit und zustandsabh ngiger Instandhaltung sehr deutlich aus F r die ausfall orientierte Instandhaltungsstrategie gilt dass sie erwartungsgem die unwirtschaftlichste Alternative darstellt Dies ist der hohen Anzahl an kostenintensiven Ausf llen geschuldet Die Simulationsergebnisse machen deutlich dass angemessen an die hohen Betriebser schwerniskosten hohe Verf gbarkeitsanforderungen an das System zu stellen sind Werden 122 6 4 Entscheidungsgrundlage Ausf lle wie bei der zustandsabh ngigen Instandhaltung vermieden so hat dies eine sehr ho he Auswirkung auf die Wirtschaftlichkeit der Instandhaltung Aufgrund der hohen Ausfalltol gekosten betr gt die Differenz zwischen zustandsabh ngiger und ausfallorientierter Instand haltung in diesem Fallbeispiel sogar mehr als das in der Literatur beschriebene Drei bis Vierfa che Har95 S 55 In Summe belegt das Fallbeispiel klar und deutlich die n Abschnitt 5 2 aufgestellte zweite These Mit ihr wird behauptet dass eine aussagekr ftige Instandhaltungsstrategiebewertung nur auf Basis einer detaillierten Zustandsbeschreibung m glich ist Fest steht dass nur mittels einer Zustandsmodellierung eine Bewertung unter Analyse betriebswirtschaftlicher wie syste mischer Zusammenh nge erfolgen kann Im Rahmen der Fallstudie ist die Zustandsmodell
197. refore the competitiveness of the rail traffic system are mainly determined by the kind and number of the infrastructure elements in service Therefore care ful investment decisions in long lasting rail infrastructure are necessary Because of the inter action between investment and maintenance strategy and their economical impact as cost drivers they both have to be determined conjointly Because only that way the best use of available resources can be realised This makes the decision multidimensional which asks for a supporting evaluation instrument This awareness set the starting point for the development of a support system for rail infra structure managers with which the investment decision becomes well structured and trans parent Contrary to the common decision making investment service and maintenance ex penses are regarded conjointly within this tool This life cycle examination includes a detailed evaluation of possible maintenance strategies for the investment alternatives This paper at hand includes the description of e how to build up a economy evaluation tool under consideration of life cycle costs and benefits e the potentials of using information from railway operation simulations for investment decisions e the economical relevance of maintenance throughout the lite cycle of railway infra Structure elements and possible maintenance strategies e how to define maintenance strategies conceivable for the investment alte
198. rei ver f gbaren Zeitfenster Produktions Betriebspause Wartung sicherheits und oder betriebskritischer Komponenten bei denen Online Diagnose nicht m glich ist und kaum Betriebspau sen der Anlage gegeben sind bei Wartung von Komponenten die eine geringe Ausfallvorhersage zulassen die zuf llig ausfallen bzw zu denen keine Ausfallstatis tiken vorhanden sind Einheiten m ssen Abnutzung aufweisen und dieser muss be stimmbar sein regelm ige Inspektionen bzw der Einsatz von Messequipment muss wirtschaftlicher sein als der fr hzeitige Austausch der Einheit bzw m gliche Ausfallfolgekosten Systemausf lle beeinflussen die interne und externe Sicherheit 49 4 Instandhaltungsstrategien Strategie Charakteristika Einsatzfelder ausfallorien keine MaBnah keine Wartungs Instandhaltungsmab wenn Ausfallereignisse keine bzw tierte Instand men zur Fehler kosten nahmen nicht planbar kaum Konsequenzen auf Betrieb haltung vermeidung Sicherheit und Qualit t haben Feuerwehr kaum dispositiver eventuell St rungen an strategie nur korrektive Planungsaufwand anderen benachbarten wenn Ausfallereignis am kosten Instandhaltung Systemen g nstigsten ist und Betriebsablauf ausreichend Zeit zur Fehlerbehe bung erm glicht ohne Auswir kungen auf den Betrieb wenn keine Informationen ber Sch digungsverhalten vorliegen f r Anlagen mit schneller wirt
199. rens werden abh ngig vom gew hlten Verfahren bestimmte Infrastruk turelemente ben tigt Somit definiert sich eine Investitionsalternative in Bahnsicherungstechnik ber die Wahl eines Betriebsverfahrens Ein Betriebsverfahren wird als ein System betrieblicher Regeln und technischer Mittel zur Durchf hrung von Fahrten mit Eisenbahnfahrzeugen auf einer Eisenbahninfrastruktur verstanden NPO4 533 22 3 1 Investition und Investitionsstrategie e die maximal mit dem Betriebsverfahren m gliche Streckengeschwindigkeit oder e die G te mit der Versp tungen im Streckenabschnitt mit dem Betriebsverfahren abge baut werden k nnen zu bewertende qualitative Nutzenaspekte vgl Kapitel 6 FKHO3 Wie eine solche qualitative Bewertung durchzuf hren ist soll an dieser Stelle nicht tiefer ge hend beschrieben werden Zum einen wird zur Erl uterung auf das Fallbeispiel siehe Kapitel 6 verwiesen Zum anderen geben eine Vielzahl von Fachb chern umfassende Verfahrensbe schreibungen Sch91 Zan76 Zan00 PBOO 3 1 3 Zusammenf hrende Bewertung Um sowohl die quantitativen wie auch die qualitativen Erfolgsgr en f r die Investitionsent scheidung gemeinsam aufzubereiten sind die klassischen Ans tze der Investitionsrechnung unzureichend Den ihnen inh renten Mangel einer Analyse rein qualitativer Gr en greift ZANGEMEISTER auf und schafft mit der Erweiterten Wirtschaftlichkeitsanalyse EWA ZANOO hierzu eine L sung auf die
200. rhan denen unternehmerischen Potentiale gewinnbringend absch pfen zu k nnen ist das Wissen ber den Einsatz und das Verhalten der Anlagen im Betrieb unabdingbar Die Ergebnisse aus der integrierten Bewertung k nnen wichtige Informationen liefern um als Hersteller als at traktiver Dienstleister z B im Rahmen von Full Service Vertr gen auftreten zu k nnen F r m gliche Dritte wie bspw im Rahmen von PPPs oder Leasing bzw Vermiet und Servicekon zepten k nnen die mittels integrierter Bewertung gewonnenen Erkenntnisse ber die Anla gennutzung in hnlicher Weise von Interesse sein Eine weitere berlegung ergibt sich aus einem m glichen Transfer der Erkenntnisse aus der Nutzungsphase in die Phase der Anlagen entwicklung So lassen die Ergebnisse der Investitions und Instandhaltungsstrategiebewer tung R ckschl sse auf einen marktgetriebenen Innovationsbedarf zu der zielgerichtet in der Anlagenkonzeptionierung und entwicklung durch die Hersteller adressiert werden kann Saa97 Dau02 BSO2 HusO7 Die sich aus diesen ber die reine Betreibersicht hinausge henden Uberlegungen ergebenden Fragestellungen sind wie die integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien in den Entscheidungs bzw Angebotsprozess von Herstellern und Dritten eingebunden werden kann und in wieweit m glicherweise Anpassun gen im Bewertungsansatz notwendig sind 127 Abk rzungsverzeichnis Deutsches Institut f r Normung e V
201. rnative and e the modelling of maintenance strategies based on wear out functions Based on these aspects the potentials and the approach of an integrative evaluation of in vestment and maintenance strategies are illustrated The applicability of the method of an integrative evaluation of investment and maintenance strategy is illustrated through a case study For this a second railway line located in northern Germany is chosen which also allows addressing the current problem of continuing the op eration versus closure of regional lines The procedure points out the influence of alternative line equipment scenarios train control infrastructure and the implementation of condition based maintenance on the efficiency of the line operation To sum up the paper at hand describes the opportunities given through the use of train op eration simulation the necessity of benefit evaluations and the gain of knowledge through the modelling of maintenance strategies when making investment decisions The results un XVII derline the need for broad investment examinations for railway infrastructure and in particular for railway control systems especially considering the current situation on the traffic market The persons in charge will be supported herein through the use of the integrative evaluation procedure of investment and maintenance strategy XVIII 1 Einf hrung 1 1 Ausgangssituation und Zielstellung Derzeit ist der Verkehrsmarkt sowoh
202. rognosen des Ausfallzeitpunktes zu machen und damit eine bessere Planung mit geringeren Stillstandszeiten realisieren zu k nnen 47 4 Instandhaltungsstrategien berblick ber geeignete Messtechniken bietet Har95 In der VDI Richtlinie 2888 VDI99 sind bew hrte zustandsbeschreibende Messgr en zusammengetragen Zustandsorientierte Instandhaltung Visuelle Ergebnis Vibrations Fl ssigkeits Temperatur Beurteilung berwachung berwachung analyse berwachung Abbildung 19 Methoden der Zustandserfassung 4 4 3 Ausfallorientierte Instandhaltung Entgegen den zuvor beschriebenen pr ventiven Instandhaltungsstrategien werden bei der ausfallorientierten Instandhaltung die Instandhaltungsma nahmen erst nach der Fehlerken nung ausgef hrt Dann jeweils mit dem Ziel die Betrachtungseinheit in einen Zustand zu brin gen in dem es seine geforderte Funktion erf llen kann DINO1 Prinzipiell ist auch f r diese Strategie der Abnutzungsvorrat die Kennzahl die bestimmend f r die Instandhaltungsma nahmen und kosten ist In der praktischen Anwendung dieser Instandhaltungsstrategie spielt deren Kenntnis jedoch eine untergeordnete Rolle da der Kern dieser Strategie auch Feuer wehrstrategie genannt im Reagieren auf Ausfallereignisse und nicht in deren Verhindern durch Pr vention liegt Das bedeutet dass Instandhaltungsma nahmen erst dann ergriffen werden we
203. rsichtlich wird teilt sich die Eisenbahnsicherungstechnik in die drei Systeme Stellwerk Bahn bergang und Zugbeeinflussung Die folgende kurze Erl uterung der technischen Systeme dient vorrangig als berblick und verschafft ein allgemeines Systemver st ndnis F r weitergehende detaillierte Informationen wird auf die einschl gige Fachliteratur verwiesen FNTO3 Bahn bergangssicherungsanlagen BUSA dienen dem Schutz der Schienenfahrzeuge und Reisenden vor systemfremden Verkehrsteilnehmern Aufgrund ihres gesonderten Stellenwerts hinsichtlich Systemkomplexitat und Schnittstellenfunktion zu angrenzenden Verkehrssystemen verlangen BUSA nach einer gesonderten Betrachtung und sind zun chst bei der Aufstellung des Bewertungsinstruments integrierter Investitions und Instandhaltungsstrategien nicht ent halten Lediglich im Rahmen der qualitativen Bewertung kann dieser Aspekt in Form m glicher Zugangsrestriktionen eines EVUs zum Streckennetz ber cksichtigt werden siehe Abschnitte 3 1 2und 6 2 3 4 10 2 1 Struktur Die Zugbeeinflussung berwacht die Fahrzeuggeschwindigkeit stellt die Beachtung der Sig nalbegritfe durch den Triebfahrzeugf hrer sicher und verhindert somit m gliche Fehlhandlun gen die die Systemsicherheit gef hrden Es gibt verschiedene technische Umsetzungsm g lichkeiten prinzipiell unterscheidet man jedoch in Abh ngigkeit von der Art der Informations bertragung zwischen einer punktf rmigen d h an diskrete
204. rteilt vgl Abbildung 9 und bezeichnen zusammenfassend alle Kosten die durch 39 4 Instandhaltungsstrategien Instandhaltungsma nahmen und damit mit der Einflussnahme auf den AV verursacht werden EngO3 S 21 ff Die direkten Instandhaltungskosten umfassen jene Kosten die direkt mit der Durchf hrung einer Instandhaltungsma nahme verbunden sind und bestimmen sich durch e Personalkosten o Instandhaltungsdauern inkl Vorbereitungszeit o Personalbedarf und o Personalstundensatz Lohnkosten inkl Lohnnebenkosten e Materialkosten Sie werden wesentlich durch die Instandhaltbarkeit der Anlagenkomponenten determiniert je besser desto niedriger sind die Zeit Personal und Materialaufwendungen Somit stellen die direkten Instandhaltungskosten den mit Geld bewerteten Einsatz von Mitteln zur Bewah rung und Wiederherstellung des Soll Zustands einer Anlage dar Dem gegen ber umfassen die indirekten Instandhaltungskosten die in Geld bewerteten Ein bu en die durch die Instandhaltung und der damit verbundenen Nichtverf gbarkeit des Sys tems verursacht werden Ada89 S 102 ff Die wichtigsten Kostenfaktoren hierbei sind e Stillsetzungs und Stillstandskosten e Opportunitatskosten d h Kosten durch entgangene Gewinne durch Betriebs bzw Produktionsausfall bzw Qualit tsminderungen z B bewertete Versp tungsminuten und e bewertete Wertminderung Der Anteil indirekter Kosten f llt umso niedriger aus je
205. rtung angemessen in der Investitionsentscheidung einzubeziehen sind sie zusammenzu f hren und f r den Entscheidungstr ger aufzuarbeiten vgl Abbildung 10 F r das Fallbei spiel erfolgt dies wie nachfolgend beschrieben vgl Abschnitt 6 2 3 5 6 2 3 5 Ergebniszusammenf hrung Tabelle 5 fasst die gewonnenen Erkenntnisse aus quantitativer und qualitativer Analyse zu sammen Das hierin aufgef hrte Ranking macht deutlich dass der Ist Zustand AO sowohl bei der rein monet ren ohne Betrachtung der Instandhaltungsaufwendungen wie auch bei der nutzenorientierten Bewertung schlechter ausf llt als die Streckenumr stung hin zu einem Zugmeldebetrieb mit ESTW A1 bzw einem Zugleitbetrieb mit ESTW A2 Referenzsystem Zugmelde Zugleitbetrieb mit Zugleitbetrieb Zugmeldever verfahren mit ESTW ESZB A2 ohne technische fahren mit ESTW A1 Unterst tzung Nutzwert MSTW AO ZLB A3 Wirtschaftlichkeit qualitativ 54604462 28947568 26018788 13946948 Wirtschaftlichkeit quantitativ 6 74 8 01 2 13 Tabelle 5 Bewertungsergebnisse Fallstudie Teil Ranking der Alternativen Wirtschaftlichkeit qualitativ 1 A3 2 A2 3 A1 4 AO Wirtschaftlichkeit quantitativ 1 A1 2 A2 3 A0 4 A3 Tabelle 6 Bewertungsergebnisse Fallstudie Teil Das Nutzwertportfolio siehe Abbildung 33 stellt ein geeignetes Mittel dar um die Resultate aus quantitativer und qualitativer Wirtschaftlichkeitsbewertung grafisch gegen ber
206. ruktur f r die Strategiebewertung f r ein einzelnes System als auch f r eine Anlage bestehend aus mehreren Systemen verbal und grafisch beschrieben Auf diesen Kenntnissen sowie der in Abschnitt 3 2 beschriebenen Investitionsstrategiebewertung fuBt das im nachfolgenden Kapitel beschriebene Verfahren der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien f r die Bahnsiche rungstechnik 65 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien 5 1 Idee Die aktuelle Entwicklung auf dem Verkehrsmarkt macht eine genauere Analyse strategischer Entscheidungen im Bereich Schiene hinsichtlich ihres wirtschaftlichen Beitrags unabdingbar Aus diesem Anspruch heraus wurde ein Verfahren aufgestellt mit dessen Hilfe es Infrastruk turbetreibern gelingt nachhaltig unternehmerisch sinnvolle Investitionsentscheidungen tref fen zu k nnen die in ihrer Qualit t jene Investitionsempfehlungen resultierend aus etablierten Methoden und Verfahren mitunter erheblich bertreffen Derzeit bestehende Verfahren greifen in der Regel zu kurz und nutzen bei Investitionsent scheidungen keine detaillierten Lebenszyklusanalysen Zwar wird versucht die Gesamtheit der ber einen Lebenszyklus mit der Investitionsstrategie verbundenen Kosten zu erfassen Dabei beschr nkt man sich jedoch rein auf die monet r erfassbare Produktionsmittelsicht M l06 Des Weiteren wird der Gestaltungsrahmen den der Betreiber insbesondere in der Anlag
207. rungen von 50 Mio GE f hren In An betracht der Tatsache dass in Deutschland Investitionsma nahmen in Eisenbahninfrastruktur 2 So wird bspw im Rahmen der Bewertung von Investitionsvorhaben oftmals auf das Verfahren der Standardi sierten Bewertung von Verkehrswegeinvestitionen Hei00 verwiesen Da dieses jedoch vorrangig auf die Analy se des volkswirtschaftlichen Kosten Nutzen Verh ltnisses ausgerichtet ist ist es f r eine betriebswirtschaftliche Bewertung wie sie ein Eisenbahninfrastrukturmanager durchzuf hren hat ungeeignet 1 Einf hrung mit ca 90 Prozent vom Staat subventioniert werden w rde dies zus tzlich zu nicht unerheb lichen Einsparungen von Steuergeldern f hren Dass dar ber hinaus mittel bis langfristig eine Verminderung der vom Fahrgast zu leistenden Fahrtgelder m glich ist sei an dieser Stelle nur am Rand erw hnt 1 2 Inhalt und wissenschaftliche Einordnung der Arbeit Den Kern dieser Arbeit bildet das Verfahren der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien f r die Bahnsicherungstechnik Dieses baut auf folgenden drei we sentlichen Schritten auf 1 Bewertung alternativer Streckenausr stungen Bahnsicherungstechnik mittels Ergeb nissen aus Eisenbahnbetriebssimulationen in Form einer erweiterten Wirtschaftlich keitsanalyse 2 Modellierung und simulative Bewertung von Instandhaltungsstrategien f r die in 1 identifizierte n Investitionsalternative n mit Hilfe vo
208. s die hier dargestellten Ergebnisse nur f r dieses Streckenbeispiel und den hierbei getroffenen Annahmen vgl Abschnitt 6 2 1 gelten Eine verallgemeinernde Aussage ber die Eignung von Investitionsalternativen darf nicht getroffen werden Dennoch unterstreichen die Ergebnisse des ersten Bewertungsschritts der Fallstudie dass bei einfachen betriebstechnischen Anforderungen i d R die technische L sung mit ei nem mittleren Automatisierungsgrad aus betriebswirtschaftlicher Sicht die geeignete Investiti onsstrategie darstellt Noch bedeutender ist dass die Ergebnisse der Beleg f r die erste These sind vgl Abschnitt 5 2 Mit ihr wurde behauptet dass die Erkenntnisse aus Eisenbahnbetriebssimulationen im 61 So werden beispielsweise in diesem Fallbeispiel keine Sensitivit tsbetrachtungen ber unsichere Eingangsgr Ben durchgef hrt vgl Abschnitt 3 1 1 2 105 6 Fallstudie Rahmen einer Investitionsentscheidung in Bahnsicherungstechnik unbedingt zu ber cksichti gen sind Das hei t eine rein monet re Bewertung auf Basis einer LCC Analyse nicht ausrel chend sei F r das Fallbeispiel w rde eine alleinige Verwendung der Erfolgsgr e LCC h chstwahrscheinlich zu einer Fehlentscheidung f hren vgl Abbildung 33 Denn bei einer Entscheidung zu Gunsten des Zugleitbetriebs ohne technische Unterst tzung rein auf Basis der LCC m ssten erhebliche Defizite bei den betrieblichen Qualit tsparametern in Kauf ge nommen werden vgl
209. s relevanten Zustandsparameters vgl Abbildung 14 Der kann mitunter schlechter als der Neuzustand sein Dies gilt bspw dann wenn die Betrachtungseinheit be reits ein gewisses Betriebsalter und damit eine Sch digung aufweist Aufbauend aut der Zustandsbeschreibung und den in Abh ngigkeit der Instandhaltungsstrategie vgl Abschnitt 4 4 hinterlegten Parametern z B Zyklen Ma nahmendauer werden simulativ diskrete Instandhaltungsma nahmen Wartung und Instandsetzung ausgel st Ob und welche Art der Instandhaltung notwendig ist und welche Instandhaltungskosten dabei anfallen wird kontinuierlich in der Simulation unter Abgleich des Zeitz hlerss mit der Simulationszeit zeitabh ngige Instandhaltung oder des Zustandsparameters mit dem hinterlegten Grenzwert zeit zustands bzw ausfallorientierte Instandhaltung abgefragt Die Einfl sse der Instandhaltungsma nahmen auf den Zustand werden beschrieben und Instandhaltungs und Ausfallkosten generiert Dabei berechnen sich die Kosten bei einer Instandhaltungsma nahme entsprechend der unten dargestellten Gleichung 9 vgl Abschnitt 4 3 Die Instandhaltungskosten Ku bilden das Strategieselektionskriterium und werden f r die einzelnen mit der Investitionsstrategie verbundenen Sicherungssysteme ber den gesamten Simulationszeitraum aufsummiert 7 Overheadkosten wie bspw Kosten f r Einsatzplanung etc werden nicht ber cksichtigt Hier erfolgt eine Be wertung der Instandhaltung i e
210. satzintensit t der Weichen Alle untersuchten Weichen k nnen den normal belasteten Weichen zugeordnet werden P Bei der Auswertung der Messreihen wird beachtet dass e das Leistungsverhalten normalerweise bei Rechts und Linkslauf unterschiedlich ist die Messergebnisse werden deshalb getrennt nach Umlaufrichtung analysiert Die sensible re Umstellrichtung bildet die Grundlage der Zustandsbeschreibung und damit der Instandhaltungsstrategiebewertung e die Messdaten von Weichenstellvorg ngen in ihrem Verlauf weichentyp und antriebs typspezifisch sind sowie von den Einsatzbedingungen abh ngen vgl Abbildung 38 Deshalb wird die Annahme getroffen dass im betrachteten Netz die gleichen Wei chen verbaut werden sowie gleiche Einsatzbedingungen gelten Die benannten beiden Aspekte bilden die Randbedingungen f r die Aufstellung der Zu standsgleichung siehe Formel 16 Dazu werden Informationen zu Wirkleistung und Anzahl an Umstellvorg ngen in Relation zu Art und Zeitpunkt erfolgter Instandhaltungsma nahmen gesetzt Die Analysen erbringen folgende wichtige Erkenntnisse die bei der Zustandsmodellie rung Ber cksichtigung finden 1 Die Messdaten belegen eindeutig dass eine Eisenbahnweiche eine sukzessive Sch di gung erf hrt Diese dr ckt sich in Form einer mit der Anzahl an Umstellvorg ngen steigenden Wirkleistung aus vgl Anhang E 1 2 Erwartungsgem gibt es in Abh ngigkeit vom Vorhandensein einer ZRV Unterschiede in d
211. sbewertung von Bahnsicherungstechnik bertreffen Das Verfahren der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien unterscheidet sich durch seinen integrativen Ansatz von den bereits im Bahnumfeld imple mentierten LCC Anwendungen Die Nutzung von Eisenbahnbetriebssimulationen zur Wirt schaftlichkeitsbewertung und die Modellierung der strategieabh ngigen Instandhaltungskos ten auf Basis des Sch digungsverhaltens der Betrachtungseinheit sind zwei vielversprechende Ans tze f r die Bewertung von Investitionsalternativen Mit ihnen flie en realistischere und pr zisere Informationen in die Evaluation Eine bessere Grundlage f r wirtschaftliche Investiti onsentscheidungen wird geschaffen Die Notwendigkeit f r ein solches entscheidungsunterst tzendes Instrumentarium ergibt sich aus den unternehmensexternen wie internen Anforderungen sowie den z T erheblichen Effizienzverlusten im zumeist zeitbezogenen Instandhaltungsmanagement der Bahnsiche rungstechnik Die unbedingte Daseinsberechtigung des Verfahrens wird mit der Fallstudie verdeutlicht Diese liefert einen ersten Eindruck von den Geldmengen Mio die allein mit einer wohldurchdachten auf den Ergebnissen der integrierten Bewertung bauenden Investiti onsentscheidung effizienter eingesetzt werden k nnen Dies wiederum st rkt den Verkehrs tr ger Schiene nachhaltig Gleichzeitig zeigt das Fallbeispiel auch klar auf dass f r die Etablie rung dieser Bewertungsme
212. schafften wichtige Impulse f r die vorliegende Arbeit So bildeten die etablierten Verfahren der Investitionsrechnung wie in Sei01 BLSO6 und Kru07 beschrieben eine wichtige S ule im Entstehungsprozess der Arbeit Bereichert wer den diese Ans tze durch den Gedanken der Lebenszykluskosten wie er erstmals in W b84 aufgegriffen und durch die Arbeiten von Fur92 Rie96 und SchO5 erg nzt wurden Eine interessante Erweiterung des bis dahin rein quantitativen Bewertungsansatzes wird durch eine Nutzenbewertung nach ZG91 Saa94 und PBOO m glich Zan00 f hrt die berlegungen der quantitativen und qualitativen Bewertung zusammen All diese Erkenntnisse flie en in die 1 2 Inhalt und wissenschaftliche Einordnung der Arbeit Investitionsstrategiebewertung ein Die Gedanken zur Untersuchung und Bewertung von Instandhaltungsstrategien bauen zum einen auf den grundlegenden Werken zur Instandhal tungsstrategiegestaltung Kel97 Nea95 und des Asset Managements Wil02 MitO7 auf Zum anderen wurden konkrete Ans tze zur Bewertung von Aspekten des Instandhaltungs managements auf Basis einer Zustandsapproximation bzw Nachbildung des Ausfallverhaltens in dieser Arbeit ber cksichtigt Au erhalb des Bahnumfelds wurde diese Idee in den Arbeiten von Ada89 Stu96 Los96 Pro02 und Eng03 aufgegriffen und verarbeitet Im Rahmen von bahnspezifischen Betrachtungen wurden die M glichkeiten f r ein verhaltensorientiertes Asset Managemen
213. schiedlich in terpretiert und damit auch bewertet werden k nnen Eine weitere Ursache f r die erh hte Subjektivit t in der Bewertung ist einer mitunter mangelnden Skalierbarkeit der Nutzenkriteri en geschuldet Sie erm glicht eine unterschiedliche Einsch tzung des Erf llungsgrads der Zielgr e Ebenso beeinflusst die gew hlte Kriteriengewichtung mit der der Bewertende die Wichtigkeit des Kriteriums festlegt das Ergebnis der qualitativen Bewertung vgl Abschnitt 6 2 3 4 Um trotz der Gefahren wichtige verwertbare Aussagen zu erhalten ist bei diesem Bewertungsschritt im Besonderen Expertenwissen gefragt Bei der Identifikation der f r Investitionsentscheidungen in Bahnsicherungstechnik relevanten Nutzenaspekte ist die Einordnung dieser in das Gesamtkonzept Schienenverkehr Kunden sicht notwendig Die hier geltenden Qualit tskriterien sind im Besonderen e die Sicherheit e die Reisegeschwindigkeit e die zeitliche und r umliche Verf gbarkeit e die Zuverl ssigkeit oder e die Transparenz der Informationen Dabei nimmt die Bahnsicherungstechnik ber die Wahl des Betriebsverfahrens auf einige der Qualit tsaspekte direkten Einfluss So bilden bei der nutzwertanalytischen Punktebewertung t r Bahnsicherungstechnik beispielsweise e die erreichte Systemsicherheit 2 Eine Fahrplantrasse ist die im Fahrplan vorgesehene Inanspruchnahme der Infrastruktur durch eine Zugfahrt PacO4 13 F r die Umsetzung eines Betriebsverfah
214. se ausgefallen w ren Bei W 0 231 5 Watt gilt F x 0 d h alle Sys teme w ren bei einer Ausfallanalyse intakt Unter diesen Annahmen ergibt sich ausgehend von Gleichung 17 folgende Gleichung f r die Zuverl ssigkeit R x 18 FO f WO a _ 0 000012x 0 0037x 0 459x 18 R x 1 F x 1 1685 mit e x Anzahl der Uml ufe 0 lt x lt 324 Damit ergibt sich f r die Ausfallrate A t Ri x _ _ 0 000000214 x 0 000044 x 0 0027 _ 19 A x I R x 1 0 0000000712 x 0 000022 x 0 0027 x mit e x Anzahl der Uml ufe 0 lt x lt 324 In Anhang E 4 ist die Ausfallrate Gleichung 19 in den Grenzen 0 bis 324 dargestellt Somit folgen die Zuverl ssigkeitskenngr en dieses Weichenbeispiels unter der hier getroffenen Annahme zu F x der Normalverteilung vgl Fis90 S 31 6 3 3 4 Mehrfachsimulation Aufgrund des ber Zufallszahlen generierten Ereignisses des zuf lligen Ausfalls muss die An zahl notwendiger Simulationsl ufe bestimmt werden die eine verl ssliche Strategiebewertung erlaubt Ein Mindeststichprobenumfang von 25 ergibt f r alle drei Instandhaltungsstrategien eine ausreichend gute Aussagequalit t Dabei wird eine Irrtumswahrscheinlichkeit a von 0 05 zugrunde gelegt Ausgehend von Gleichung 10 und den gewonnenen Stichprobenergebnis sen ergeben sich f r die drei Instandhaltungsstrategien folgende 95 Konfidenzintervalle gerundet nicht diskontiert e zeit
215. sesystem geschaffenen kontinuierlichen Systemzustandsbe urteilung v llig vermieden werden In der Strategiesimulation werden entsprechend pr venti ve Instandhaltungsma nahmen ausgel st sobald tur den Umstellvorgang beider Weichen zungen mehr als 350 Watt vgl Tabelle 7 ben tigt werden Der Wert 400 Watt der einen vorhersehbaren Systemausfall impliziert wird somit nicht erreicht Die niedrige Anzahl an Ausf llen best tigen au erdem den von STURM u a benannten Vorteil einer zustandsabh n gigen Instandhaltung in Form h herer Zuverl ssigkeit gegen ber einer zeitabh ngigen Instandhaltungsstrategie Stu96 S 107 Die Anzahl der Ausf lle liegt bei dem Bewertungs beispiel bei der zustandsabh ngigen Instandhaltung mit durchschnittlich 5 in 25 Jahren we sentlich niedriger als die durchschnittlich 983 Ausf lle der zeitabh ngigen Instandhaltung Die hohe Anzahl der Ausf lle bei der zeitabh ngigen Instandhaltung ist durch die fehlende konti nulerliche Informationen Uber den Systemzustand begr ndet So wird bei einer zeitabh ngi gen Instandhaltung analog zur derzeitigen Praxis jeweils nur nach Ablauf eines festgelegten Wartungszyklus der Zustand anhand von Messungen vor Ort erfasst und ggf notwendige Ma nahmen eingeleitet vgl Abschnitt 6 3 2 Je nach Zeitpunkt der Inspektion und dem Fortschritt der Systemsch digung k nnen jedoch mitunter kritische Zustandsbereiche hier 400 Watt nicht fr hzeitig erkannt und damit vorhersehba
216. setzung der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhal tungsstrategien 1 These Die aus Betriebssimulationen gewonnenen betrieblichen Erkenntnisse liefern wichtige Infor mationen bez glich der Qualit t und damit der Wettbewerbsf higkeit des Verkehrstr gers Schiene Entsprechend sind sie f r eine umsichtige Investitionsentscheidung unverzichtbar 2 These Die Notwendigkeit f r Instandhaltungsma nahmen an einer Anlage entspringt aus ihrer Zu standsverschlechterung Entsprechend ist f r eine aussagekr ftige Instandhaltungsstrategie bewertung anhand der verursachten Kosten und erreichten Verf gbarkeit die Zustandsbe schreibung unabdingbar 3 These Die Zusammenh nge zwischen verbauter Sicherungstechnik Streckenbetrieb und Wirtschaft lichkeit sind vielschichtig und langfristiger Natur Entsprechend ist eine integrative lebenszyk Ius bergreifende Bewertung von Alternativen f r Investitionen in Eisenbahnsicherungstechnik zwingend notwendig An den drei Thesen soll anhand der in Kapitel 6 durchgef hrten Fallstudie die Wirksamkeit des Verfahrens gemessen werden Zuvor verschafft Abschnitt 5 3 einen berblick ber die notwendigen Arbeitsschritte f r eine integrierte Bewertung 5 3 Vorgehensweise Das Verfahren beruht auf zwei wesentlichen S ulen Erstens erfolgt die Auswahl einer Investi tionsstrategie auf Basis ihrer LCC und Nutzenwerte unter Verwendung von Informationen aus Eisenbahnbetriebssimulationen
217. sierung notwendiger Zustandsverbesserungen des Systems festgelegt Die Kenntnis vom Systemverhalten und ihrer Abnutzung ist somit elementar f r die Ausgestaltung der Strategie Instandhaltungsstrategien beinhalten die Bestimmung Zuordnung und Ausf h rung notwendiger Instandhaltungsma nahmen Reparatur Ersatz Inspektion ber den ge samten Einsatzzeitraum der Anlage Die Festlegung der Instandhaltungsstrategie nimmt einen gro en Einfluss auf die Zuverl ssigkeit der Anlagen und die Kostenwirksamkeit der Instand haltungsma nahmen Stu96 S 108 und damit auf die Wirtschaftlichkeit des gesamten An lagenbetriebs vgl Abbildung 15 Sch digung durch Nutzung Messwert eege EE EEN t e kritischer Wert Sich rheitspolster ee U U U U U C C Grenzwert Betriebszeit Zustandsverbesserung Instandhaltungsma nahme Instandhaltungsstrategie Instandhaltungskosten Abbildung 15 Instandhaltungsstrategie Zusammenhang zwischen Zustand Ma nahmen und Kosten Prinzipiell werden an die Definition der Instandhaltungsstrategie nachfolgend genannte vier Forderungen gestellt Dabei sind diese im Besonderen f r das Umfeld der kostenintensiven und in hohem Ma e betriebsrelevanten Bahnsicherungstechnik zutreffend 1 Minimale Instandhaltungskosten und damit ein niedriger Beitrag zu den Lebenszyk luskosten 2 Maximierung der Systemlebensdauer 3 Sicherung eines hohen Verf gbarkeits un
218. sindikatoren in die einheitliche Dimension Geldeinheit Die Investi tionsentscheidung beruht dann fast ausschlie lich auf dem damit gewonnenen Zahlenwert E1 Indikator Dies suggeriert eine Aussagekraft der gewonnenen Kennzahl die sie in der Form nicht besitzt Zudem ist die Art der Monetarisierung z B Ger uschbelastung Reisezeit aus betriebswirtschaftlicher Sicht auf ihre Sinnhaftigkeit zu hinterfragen Eine berf hrung eines Verkehrstoten auf die Gr e Geld ist zudem aus ethischen Gr nden frag lich 21 3 Investitionsstrategien 3 1 2 1 Monet r bewertbarer Nutzen Monet r bewertbarer Nutzen sind die ber den Lebenszyklus erzielbaren Erl se Er wird in Geldeinheiten erfasst und kann somit direkt den LCC gegen bergestellt werden So tragen Investitionen in Bahnsicherungstechnik wesentlich zur Nutzbarkeit von Schienenfahrwegen bei Entsprechend sind ihnen die Erl se aus Trassenverk ufen anteilm ig zuzurechnen Des Weiteren z hlen zu dem monet r erfassbaren Nutzen auch m gliche Liquidationserl se also Einnahmen die am Ende des Lebenszyklus durch den Verkauf der sicherungstechnischen An lagen noch erzielt werden k nnen 3 1 2 2 Nicht monet r bewertbarer Nutzen W hrend der monet r bewertbare Nutzen in der Regel problemlos bestimmt werden kann gestaltet sich die objektive Beurteilung monet r nicht erfassbarer Nutzenaspekte oftmals als schwierig Dies liegt zum einen darin begr ndet dass die Nutzenkriterien unter
219. ss alle f r die Bewertung der Investitionsalternati ven relevanten Mengen Zeit und Leistungsdaten sowie Informationen ber die Betriebsqua lit t aus den Simulationsl ufen zu gewinnen sind Diese umfassen e Angaben zu Anzahl und Art der Bahnsicherungsinfrastruktur e Betriebsdauer e Fahrplan Anzahl und Art der Z ge und e Verspdtungen Fur diese Punkte werden die gesammelten Daten aus der Simulationsumgebung in das Be wertungsinstrument importiert und in Abh ngigkeit ihres Informationsgehalts in die finanz analytische Grundrechnung oder nutzwertanalytische Punktebewertung vgl Abschnitt 3 1 3 bernommen Damit k nnen bereits vorhandene und zuvor in die Simulationsumgebung eingepflegte Informationen wiederverwendet werden und der Arbeitsaufwand f r eine Inves titionsbewertung reduziert sich je nach Umfang des Bewertungsraums mitunter erheblich Neben diesen dynamischen Gr en also von der Wahl der Investitionsstrategie abh ngigen Daten werden f r eine Wirtschaftlichkeitsaussage zus tzliche von der jeweiligen Strategie unabh ngige Informationen ben tigt Beispiele hierf r sind e Stundensatz Betriebspersonal e Anschaffungspreise e Kalkulationszinssatz e R ckbaukosten elementbezogen etc F r diese nicht aus den Simulationsl ufen zu gewinnenden Informationen sind im entwickel ten Instrument notwendige Eingabefelder in einer Eingabemaske vorgesehen Dar ber k n nen die in der Regel sehr unternehmensspe
220. ss der Arbeit Bei unserem Sohn Noah m chte ich mich f r seinen gesunden Schlaf bedanken mit dem er mir wichtige Bearbeitungszeit geschenkt hat Hannover im Dezember 2009 Inhaltsverzeichnis Vorwort des Herausgebers 1 ili VOrWOrt der AUTOTIN as V Inhaltsverzeichnis aussen vii Abbildungsverzeichnis xi Tabellenverzeichnis uuu uu wauu EE xiii TE e DEE XV PSN E XVII L JEINTUNFUNG E 1 1 1 Ausgangssituation und ZieistellUng nassen 1 1 2 Inhalt und wissenschaftlich Einordnung der Arbeit 4 3 AUBAU dr Eeer eeh 7 2 Eisenbahnsicherungstechnik 9 PB ES e dE 9 2 22 FOK S der BUSCH e EE 12 3 Investitionsstr tegien 13 3 1 Investition und Investitionsstrategie r r 13 3 1 1 Analyse der Lebenszykluskosten a r raaarr 14 SEET eebe 21 3 1 3 Zusammenf hrende Bewertung 23 3 2 Eisenbahnbetriebssimulation zur Wirtschaftlichkeitsbewertung 26 EE SK EN een ee een 27 3 2 2 Eisenbahnbetriebssimulation a a rr r raarra 28 3 2 3 Instrument zur Wirtschaftlichkeitsbewertun0
221. sst alle Instandhaltungsma nahmen die nach Eintritt eines Ausfalls notwendig sind um den funktionsf higen Zustand der Betrachtungseinheit zu erreichen Umfasst alle Instandhaltungsma nahmen die Verbesserun gen der Betrachtungseinheit erzielen Umfasst alle Instandhaltungsma nahmen um Ausf lle zu vermeiden und eine Verminderung der Ausfallwahrschein lichkeit und des potentiellen Schadensausma es zu erzielen Bleibende Einheit durch Bean spruchung Ver nderungen der Kombination aller technischen und administrativen Ma nahmen sowie Ma nahmen des Managements zur Steige rung der Funktionssicherheit einer Betrachtungseinheit oh ne die von ihr geforderte Funktion zu ndern F higkeit einer Einheit zu einem gegebenen Zeitpunkt oder w hrend eines gegebenen Zeitintervalls in einem Zustand zu sein dass sie eine geforderte Funktion unter gegebenen Bedingungen unter der Annahme erf llen kann dass die erforderlichen u eren Hilfsmittel bereitgestellt sind Ma nahmen zur Verz gerung des Abbaus des vorhandenen Abnutzungsvorrats Pr ventive Instandhaltungsstrategie deren Ma nahmen nach einem festgelegten Zeitplan oder einer festgelegten Zahl von Nutzungseinheiten erfolgen F higkeit einer Einheit eine geforderte Funktion unter ge gebenen Bedingungen f r ein gegebenes Zeitintervall zu erf llen Pr ventive Instandhaltungsstrategie die aus der berwa chung der Arbeitsweise und oder der sie darstellend
222. stand ein Bei beiden Ausfallereignissen fallen neben den direkten Instandhaltungskosten auch die mit einer Betriebsst rung verbundenen Stillstands und Op portunit tskosten Nach durchgef hrten Instandsetzungsma nahmen entspricht der System zustand in etwa dem einer Neuanlage Nach erfolgter Instandhaltungsstrategiemodellierung ist mit der Zuordnung der Instandhal tungskosten und einer Machbarkeitspr fung die Bewertung der Strategien 1 m abgeschlos sen Nun kann mittels einer Gegen berstellung die f r die einzelnen Investitionsstrategien 1 X jeweils wirtschaftlichste Instandhaltungsstrategie selektiert werden vgl Abbildung 26 Abschlie end l sst sich aus der Auflistung von Investitions und Instandhaltungsstrategie die mit Lebenszyklusperspektive wirtschaftlichste Investitionsstrategie bestimmen Eine qualitativ hochwertige Investitionsentscheidung kann getroffen werden 81 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien 5 4 Anwendungsleitfaden Aufbauend auf der in Abschnitt 5 3 gegebenen ausf hrlichen Beschreibung werden zum Abschluss des Kapitels die notwendigen Arbeitsschritte und Eingangsinformationen in der Anwendung der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien zu sammenfassend erl utert Abbildung 29 benennt die einzelnen Arbeitsschritte und stellt sie in Zusammenhang Wesentlich f r die Investitionsstrategiebewertung A sind die Erkenntnisse aus der Eisenbahnbe
223. standhaltungsstrategien Bunorluoy JINNO D PunyeM SUSNUSNOSPUEISNZ uol yadsu D Bunye M IJU IOSpPULJSNZ Yf HOH U PI M Jeep YIUUDaISsa pu up ids1lu YJNP LDIUSIDUDUO puezsnz Jap uuey VI cPUEMINV IEAJ JH A NZ ul J l pue snzwals s uap Jaqn 1unysny aneua pu ypi ssne assiugablasseal op UBUUQ gt H MZU JI pun SS A JAYDI OQUW 1517 NON NON Jne Jl9 U2SJ A U ul 9 Vo op 1SIBM AZQ UapsJaM JJe puelsn7 Jap uuey v BuniieAA ebibueyge iez v 6unijeupue sul 391 USO jeysne NON JOAUUIS DunyleypueIsuj SAILUIACIC IS UdI PAYUlBWAasSAS QYISILLUASUOIPUNY VI Ud PAYUlBWasAS UuDSI 3S1l uJ uDls u ll uu 3 SUSI Bbunyeypuejsuy abijjeynz Ud PAYUlBWasAS SUDSILU YUN Lula paxbiyejsuolyun4 ID 1 U d Jap PIUEIUDS SEET ID AZQ 1l uJ uDlIsul 1s s ap Ne gnjzulJ UOUIO J19 y24 Jap JeH UdI A YUlBWasAS Jaye 91517 in Anlehnung an Har95 S 142 Stu96 S 111 Abbildung 20 Instandhaltungsstrategieauswahl 52 4 6 Instandhaltung von Bahnsicherungstechnik Entsprechend umfangreich sollte die Strategiebewertung ausfallen um eine m glichst weit sichtige Wahl der Instandhaltungsstrategie zu treffen Im Umkehrschluss gilt dass wenn mit Hilfe der in Abbildung 20 dargestellten Auswah
224. sthalten 1 Die Ergebnisse aus der Investitionsstrategiebewertung erster Schritt unterstreichen die oft ge u erte Forderung nach dem Einsatz zeitgem er Leit und Sicherungstechnik und damit eine Reduktion personalintensiver mechanischer Stellwerkstechnik BorO7 S 8 f Nur automatisierte Systeme k nnen das wirtschaftliche berleben von Regio nalstrecken erm glichen PacO5 S 101 f F r den Bewertungsraum einer eingleisi gen Nebenstrecke empfiehlt sich entsprechend die Investition in den signalisierten Zug leitbetrieb oder den Einbau eines elektronischen Stellwerks mit zugeh rigen ESTW A Wobei rein objektiv ersteres aufgrund niedrigerer LCC bei etwa gleichem Nutzen zu bevorzugen ist Ein Weiterbetrieb der bereits verbauten Technik bzw der Einsatz des ZLB ohne technische Unterst tzung empfiehlt sich nicht vgl Abbildung 33 123 6 Fallstudie 2 Die Simulationsergebnisse im Rahmen der Instandhaltungsstrategiebewertung zweiter Bewertungsschritt best tigen die zu erwartende Effizienzsteigerung in der Instandhaltung bei Umsetzung einer bedarfsgerechten zustandsorientierten Instandhaltung Der Einsatz einer Diagnoseeinrichtung macht sich beim System Eisenbahnweiche aufgrund der hohen Verf gbarkeit und der im Vergleich sehr geringen Instandhaltungskosten bezahlt Gleichzeitig verdeutlichen die Ergebnisse die z T erheblichen Ineffizienzen im derzeitig praktizierten Instandhaltungsmanagement 3 Die hier vorgestellte Bewer
225. t 1 n K Kosten zum Zeitpunkt t t 1 n Kalkulationszinssatz Die oft diskutierte Steigerung des Preisniveaus Inflation soll hier nicht gesondert betrachtet werden Vielmehr ist bei der Prognose der zuk nftigen Zahlungsstr me die Geldentwertung mit zu ber cksichtigen Zudem wird unterstellt dass der in Formel 1 verwendete nominale interne Zinssatz unter Kenntnis der zu erwartenden Geldentwertungsrate festgelegt wird PSO7 S 78 BLSO6 S 119 ff Schwieriger gestaltet sich die zweite Bewertungsstufe in der die monet r nicht bzw schwer erfassbaren Gr en zu bewerten sind F r die Durchf hrung der hier vorgesehenen nutzwert analytischen Punktebewertung muss neben der Festlegung der relevanten Nutzenaspekte eine Die Geldentwertungsrate dr ckt den prognostizierten Wert der j hrlichen Steigerung des Preisindexes f r die betreffende G tergruppe w hrend des Betrachtungszeitraums aus BLSO6 S 119 25 3 Investitionsstrategien m glichst objektive Bewertung dieser realisiert werden Entscheidend hierf r sind die geeig nete Wahl von Zielwertfunktion und Kriteriengewichtungen ZanOO Auf eine detaillierte Be schreibung der nutzwertanalytischen Punktebewertung wird aufgrund des hohen Grades an Fallsoezitika an dieser Stelle verzichtet und auf das Fallbeispiel in Kapitel 6 verwiesen Eine kompakte und bersichtliche Aufbereitung der mit den beiden Stufen gewonnenen Er gebnisse bieten sogenannte Nu
226. t f r den Oberbau untersucht Sch93 Lev97 HemO6 Dabei gilt f r all diese Arbeiten unabh ngig von der Branchenzugeh rigkeit dass sie mit Bezug zu bereits im Betrieb befindlichen Anlagen entstanden sind also operativer Art sind Die M glichkeit und der potentielle Mehrwert solcher Betrachtungen im Rahmen von Investitionsentscheidungen werden darin nicht aufgegriffen Interessante Aspekte liefern zudem die Arbeiten von Vei99 und Lie07 Vei99 verfolgt in seiner Arbeit den Gedanken der Bewertung von Investitionsal ternativen in den Oberbau Dabei verfolgt er wie auch in dieser Arbeit beherzigt den Lebens zyklusansatz l sst aber eine detaillierte Instandhaltungsstrategiebewertung sowie die Erfas sung nutzenbezogener Unterschiede in den Investitionsalternativen vermissen Die Arbeit von Lie07 entstand ebenfalls im Bahnumfeld In ihr werden die M glichkeiten und die dazu not wendigen Informationen f r eine Erfassung von Infrastrukturkosten mit Hilfe von Eisenbahn betriebssimulation benannt und zusammengetragen wobei das Ziel einer m glichst umfas senden und weniger detaillierten Erfassung verfolgt wird Zudem geht es in dieser Arbeit in erster Linie um die prinzipielle Machbarkeit einer solchen Anbindung sowie deren Umsetzung in einer ausgew hlten Simulationssoftware Eine Einbindung von Eisenbahnbetriebssimulation in den Investitionsentscheidungsprozess steht hier nicht im Vordergrund Wal94 adressiert die Frage nach strategische
227. t f r die Anlagen der Eisenbahnsicherungstechnik entwickelt werden F r ein besseres Verst ndnis der Anlagentechnik sind im Folgenden zun chst die wesentlichen Begrifflichkeiten und Zusammenh nge in der Sicherungstechnik erl utert 2 1 Struktur Die Eisenbahnsicherungstechnik dient der Steuerung und Sicherung der Fahrten von Schie nenfahrzeugen durch Vermeidung von Kollisionen Zusammenprall Aufprall Zusammensto und Entgleisungen Damit bildet die Sicherungstechnik eine wesentliche Voraussetzung f r einen leistungsf higen schienengebundenen Transportprozess FNTO3 S 5 Die Notwen digkeit f r den Einsatz von Sicherungstechnikanlagen ergibt sich aus den systemimmanenten Eigenschaften der e langen Bremswege durch geringe Haftreibung Stahl auf Stahl und e der Spurf hrung Die Eisenbahnsicherungstechnik bildet zusammen mit der Leittechnik die Eisenbahnleit und sicherungstechnik LST einem Begriff der von der Deutschen Bahn DB AG gepr gt wurde Fen07 S 599 ff Mit der Eisenbahnleittechnik werden die dispositiven T tigkeiten zur Durchf hrung des Schienenverkehrs wahrgenommen Sie soll in dieser Arbeit nicht weiter betrachtet werden Nachfolgende Abbildung 5 zeigt die wesentlichen Elemente der Eisenbahnsicherungstechnik Diese beinhalten sowohl die strecken als auch die fahrzeugseitigen Komponenten Im Rah men dieser Arbeit steht die Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien f r eine definierte
228. t in erster Linie der Machbarkeits berpr fung Wird in einem Zeitin tervall f r die Durchf hrung einer Strategie mehr Personal als dem Unternehmen verf gbar ben tigt so kann diese Instandhaltungsstrategie nicht weiter verfolgt werden In Abschnitt 4 3 sind die direkten und indirekten Instandhaltungskosten in ihrer Theorie beschrieben Mit diesem Wissen ist das Modell auszulegen Zur Erfassung der direkten Instandhaltungskosten werden f r jedes Instandhaltungsereignis e Personalkosten berechnet anhand der Anzahl des ben tigtes Personals der Einsatz dauer und des Personalstundensatzes e Materialkosten inkl Kosten f r Werkzeuge und Messtechniken und e Kosten f r Melde und Wegezeiten hinterlegt Bei der Bestimmung der indirekten Instandhaltungskosten beruht das Modell auf dem Konzept der Betriebserschwerniskosten BEK Jedoch erfolgt keine Ber cksichtigung einer m glichen funktionalen Verkettung zwischen der gest rten und anderen Bahnsicherungsanlagen Damit einhergehende Auswirkungen auf die Dauer der Betriebsst rung bleiben au en vor Im Modell wird davon ausgegangen dass planm ige Instandhaltungen au erhalb der Betriebszeiten durchgef hrt werden und somit keine BEK verursachen Entgegengesetzt verh lt es sich beim Ausfallereignis Bei einem Ausfall wird eine Instandsetzung im Modell ausgel st Die Instandsetzungsdauer spielt dann nicht nur eine Rolle bei der Berechnung der Personalkosten Gleichzeitig ist festg
229. ten f r den Be trieb der Stellwerke unber cksichtigt Durch den vermehrten Einsatz von energiespa render Technik z B LED Technologie spielen diese zuk nftig eine untergeordnete Rolle Es werden keine m glichen nderungen im Fahrplan an 365 Tagen Jahr und damit in der Streckenbelastung ber cksichtigt Diese Annahme ist zul ssig da sich der Ka pazit tsbedarf in den meisten F llen mittel bis langfristig auf den Nebenstrecken nicht bzw in vergleichsweise geringem Umfang ndern wird ZimO2 S 44 Zudem wird ein ber alle Tage im Jahr gleicher Fahrplan zugrunde gelegt Neben der Nut zungsh ufigkeit werden auch das Umfeld und die dort wirkenden Umwelteinfl sse als konstant belassen Dies ist im Rahmen der hier durchgef hrten Bewertung durchaus realistisch da die verbauten sicherungstechnischen Systeme an der Strecke belassen werden und somit lediglich mit den ber das Jahr auftretenden klimati schen Schwankungen ausgesetzt sind 10 Die Wirtschaftlichkeitsbewertung erfolgt analog zu Abbildung 26 siehe Abschnitt 5 3 zun chst ohne Betrachtung der Instandhaltungskosten Deren Erfassung erfolgt separat in Abh ngigkeit von den Instandhaltungsstrategien 11 Die Entsorgungsphase bleibt mit der in Abschnitt 3 2 1 gegebenen Begr ndung un ber cksichtigt gt So wird die Ausr stung einer Strecke mit ETCS Technik beispielsweise in anderem Umfang gef rdert als die Installation von herk mmlicher Technik vgl Kal
230. thodik umfassende Informationen ber Sch digung und Schddi gungsursachen der einzelnen bahnsicherungstechnischen Systeme notwendig sind Da diese zum derzeitigen Zeitpunkt in nur geringem Umfang vorhanden sind besteht hierzu eindeuti ger Handlungsbedarf von Seiten der Forschung In Summe erm glicht das Verfahren die aus unternehmerischer Sicht sinnvollste Investitions strategie unter Ber cksichtigung der kostenoptimalen Instandhaltungsstrategie in strukturier 125 7 Zusammenfassung und Ausblick ter und f r den Anwender handhabbarer Form zu identifizieren Neben der reinen Anwen dung als Entscheidungsunterst tzungsinstrumentarium Decision Support System eignet sich dieses Verfahren zudem f r eine erste Planung der notwendigen Ressourcen f r die w hrend der Anlagennutzung auszuf hrenden Instandhaltungsma nahmen Zusammenfassend verschafft die integrierte Bewertung den Bewertenden folgende Vorteile e Das Entscheidungsproblem wird systematisch aufgearbeitet und die gewonnenen Er gebnisse schaffen einen hohen Grad an Transparenz e Die Erkenntnisse aus Betriebssimulation sowie prognostischer Zustandsmodellierung verbessern im Vergleich zu bisherigen Ans tzen das Bewertungsergebnis erheblich e Die Trennung von Eisenbahnbetriebssimulation und Wirtschaftlichkeitsbewertung er leichtert die Methodenanwendung in der Praxis Die Investitionsentscheider ben tigen zur Verfahrensanwendung keine detaillierten Projektierungskenntnisse
231. tionsentscheidung Hierzu soll die vorliegende Arbeit einen wichtigen Beitrag liefern Ist die Entscheidung getroffen muss der Weg der Systemmigration bestimmt werden Obr09 hat diese Frage mit besonderem Bezug zur Einf hrung von ETCS umfassend untersucht Ham06 f hrt die lebenszyklusorientierte Betrachtung durch seine Untersuchungen zu M glichkeiten des Service Level Managements f r eine optimale Anlagennutzung zu Ende gleichwohl sich die Arbeit auf eine globale Untersuchung des Gesamtsystems Bahn bezieht Wie in Abbildung 3 schematisch verdeutlicht gibt es verschiedene Ber hrungspunkte zwischen den benannten Arbeiten und dieser Arbeit Zum einen ist zu berlegen wie die Erkenntnisse aus der integrierten Bewertung in die berlegungen von BSO2 einflie en und die Anforderungsanalyse bereichern Im Rahmen von Migrationsentscheidungen ist die Durchf hrung der integrierten Bewertung unbedingt zu empfehlen Sie unterst tzt bei der Wahl des zu migrierenden Systems Gleichzeitig bilden Migrationskosten und nutzen einen Bestandteil der integrierten Bewertung Das Gleiche gilt auch f r die M glichkeiten in der Nutzungsphase mittels Service Level Management Sie alle beeinflussen das Ergebnis der integrierten Bewertung und sind mit ihren quantitativen wie qualitativen Auswirkungen hierin zu ber cksichtigen Im Gegenzug liefert die integrierte Bewertung wichtige Informationen f r die Evaluation der M glichkeiten in der Nutzungsphase insbeson
232. triebssimulation und die erweiterte Wirtschaftlichkeitsanalyse bestehend aus Lebenszykluskostenberechnung und qualitativer Nutzenbewertung anhand von Nutzen punkten Kern der Instandhaltungsstrategiebewertung ist zum einen die Beschreibung der Infrastrukturelemente 1 N der attraktiven zuvor identifizierten Investitionsstrategien 1 X in ihrem Zustands und Ausfallverhalten und zum anderen die damit in Zusammenhang stehen den Kosten f r Instandhaltungsma nahmen Ereignisse E Letzteres ist das objektive Selekti onskriterium der wirtschaftlichsten Instandhaltungsstrategie f r die jeweilige Investitionsstra tegie und den dabei geltenden betrieblichen und unternehmerischen Randbedingungen Abbildung 29 bildet damit den Leitfaden in der Anwendung des neuartigen Bewertungsver fahrens und schafft Orientierung in der Durchf hrung der Fallstudie Diese ist zur Verdeutli chung des Verfahrens der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstra tegien sowie ihres praktischen Nutzens in nachtolgendem Kapitel 6 beschrieben Die in Ab schnitt 5 2 aufgef hrten drei Thesen sind daran zu be bzw widerlegen 82 5 4 Anwendungsleitfaden H Kostens tze Infrastrukturelemente Nutzenkriterien N gewichtung Betriebssimulations ergebnisse y Y LCC berechnung Nutzenpunkte A gt Portfoliodarstellung bergabe Inv
233. truktur element sind 3 Instandhaltungsstrategien betrieblich und technisch m glich Die Gruppen gestalten sich wie folgt sch Ai 1 Achsz hler mit Optimierungsspannweite von 4 Tagen und einer Optimierungsschrittweite von 2 Tagen 2 Signale mit einer Optimierungsspannweite von 10 Tagen und einer Optimierungsschrittwei te von 2 Tagen gt 3 g 2 A 2 Signale mit einer Optimierungsspannweite von 10 Tagen und einer Optimierunosschrittwei te von 2 Tagen 1 Weiche mit einer Optimierungsspannweite von 10 Watt und einer Optimierungsschrittweite von 5 Watt 1 Achsz hler mit Optimierungsspannweite von 4 Tagen und einer Optimierungsschrittweite von 2 Tagen 2 Z B kann der Zeitpunkt der pr ventiven Ma nahme zwischen dem 26 und 30 Tag nach der letzten Instand haltungsma nahme erfolgen ohne dass dies Einfl sse auf die Systemverf gbarkeit nimmt 136 Anhang B Komplexit tsberechnung der Instandhaltungsstrategiebewertung gt LE Das Ganze soll ber einen Simulationszeitraum von 730 Tagen betrachtet werden Damit ergibt sich f r den L sungsraum L 4 10 2 10 2 10 4 b 3x74 2 1 x 2 1 IER 1 x Z 1 x 1 453 Die Anzahl der notwendigen Rechenschritte bemisst sich bereits bei diesem vergleichs weise einfachen Beispiel auf ber 33 10 R 453 x 730 33 10 Die Komplexit t steigt mit e der Gr e des Betrachtungsraums und damit mit zunehmender Anzahl der zu beach tenden Infrastrukturelemente e ste
234. tungsinstrument detailliert zu analysieren sind Kapitel 3 Dies ge schieht exklusive einer Bewertung von Instandhaltungsalternativen Mit Bewertungsschritt B erfolgt die separate Untersuchung der f r die relevante n Investitionsalternativen 1 X in Frage kommenden Instandhaltungsstrategien anhand der Sch digungsprozessbeschreibung der einzelnen Infrastrukturelemente Kapitel 4 Die Ergebnisse aus den beiden Bewertungs schritten A und B flie en abschlie end zusammen um eine Investitionsentscheidungsemp fehlung geben zu k nnen Diese stellt f r den gegebenen Untersuchungsraum mit Betriebs programm die wirtschaftlichste Alternative dar An folgendem Beispiel sei der Nutzen dieser Idee verdeutlicht Mittels des neuen Verfahrens wird f r einen Untersuchungsraum mit einer geplanten Nutzungsdauer von 20 Jahren eine Investitionsalternative selektiert mit der durch eine g nstigere Kombination aus Investitions und Instandhaltungskosten j hrliche Einsparun 69 5 Integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien gen an Instandhaltungskosten von 5 000 GE bei lediglich 30 000 GE h heren Investitionsaus gaben erzielt werden F r das Unternehmen bedeutet dies dass ber die gesamte Nutzungs dauer Gelder in H he von 70 000 GE ohne Abdiskontierung effizienter eingesetzt werden k nnen 5 2 Thesen Die Idee l sst sich mit folgenden drei Thesen treffend zusammenfassen Sie verdeutlichen die Motivation f r die Um
235. tungsmethode erlaubt die Absch tzung der Strategiepotentiale in Abh ngigkeit vom Betrachtungsraum F r das Streckenbeispiel empfiehlt sich unter definierten Randbedingungen und Annahmen eine zustandsabh ngige Instandhaltung der Eisenbahnweichen Das Verfahren der integrierten Bewertung der Investitions und Instandhaltungsstrategien liefert f r das Fallbeispiel folgende Investitionsempfehlung die die wirtschaftlichste Investitionsstrategie ber den Lebenszyklus darstellt Setze den elektronisch signalisierten Zugleitbetrieb ESZB um Und f hre f r die Weichen eine zustandsabh ngige Instandhaltung durch Dies schlie t die M glichkeit einer kontinuierlichen Zustands berwachung der einzelnen Sicherungssysteme ein Wird von einer zustandsorientierten Instandhaltung abgewichen bedeutet dies f r die Instandhaltung einer Weiche dass Uber den Betrachtungszeitraum mehr als 1 Mio GE ineffizient eingesetzt werden Auf die rund 60 elektrisch fernbedienten Weichen im Fallbeispiel hochgerechnet stellt dies einen nicht unerheblichen Betrag dar In Anbetracht dieser Geldsummen bzw potentieller wirtschaftlicher Risiken ist damit auch die dritte These vgl Abschnitt 5 2 best tigt Eine rein LCC basierte Investitionsentscheidung ohne Ber cksichtigung der Stellhebel im Rahmen des Instandhaltungsmanagements greift f r das langlebige Investitionsgut Bahnsicherungstechnik zu kurz Das verantwortliche EIU l uft Gefahr dass Gelder von mehreren Mi
236. tzwertportfoliodarstellungen Die Erkenntnisse aus quantitati ver und qualitativer Bewertung werden hierbei in Form einer Matrix direkt einander gegen bergestellt Durch die dabei beibehaltene Trennung von vorwiegend sicheren monet ren Entscheidungsgr en und den mit erh hter Unsicherheit und Subjektivit t behafteten qualita tiven Gr en kann der Verantwortliche in Abh ngigkeit der unternehmerischen Pr ferenzen die beiden Aspekte gleich oder unterschiedlich stark in seine Auswahlentscheidung einbezie hen An dieser Stelle wird sich auf eine rein verbale Beschreibung des Verfahrens zur Bewertung von Investitionsstrategien beschr nkt Zur Verdeutlichung der Bewertungsmethodik soll das Fallbeispiel in Kapitel 6 dienen Doch entgegen der EWA erfolgt die Investitionsentschei dungsempfehlung bei Durchf hrung der integrierten Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien nicht bereits nach Durchf hrung der Investitions Grundrechnung und der Erg nzungsrechnung Vielmehr schlie t sich diesen beiden Bewertungsschritten eine umfassende Bewertung von Instandhaltungsstrategien an Erst dann wird eine endg lti ge Investitionsentscheidungsempfehlung gegeben vgl Kapitel 1 Im Folgenden Abschnitt werden aufbauend auf den theoretischen Grundlagen die Aufgabe von Eisenbahnbetriebssimulationen im Rahmen einer Investitionsstrategiebewertung sowie Aufbau und Funktionsweise des Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstruments erl utert
237. ufbaut wird zus tzlich die aufgestellte Verkn pfung zwischen Bewertungsinstrument und Betriebssimulation erl utert Um eine Bewertung von Instandhaltungsstrategien zu erm glichen werden in Kapitel 4 zu n chst wesentliche Kenntnisse zum Themenbereich der Instandhaltung vermittelt Aufbauend auf den prinzipiellen theoretisch denkbaren Instandhaltungsstrategiealternativen wird eine Modellierungsgrundlage basierend auf der Beschreibung des Sch digungsprozesses von tech nischen Systemen erarbeitet Diese erm glicht es die Instandhaltungsstrategien abzubilden und zu simulieren und unter dem Gesichtspunkt minimaler Kosten zu bewerten Warum und wie eine integrierte Bewertung von Investitions und Instandhaltungsstrategien umzusetzen ist mit welchen Arbeitsschritten dies verbunden ist und welche Informationen dazu ben tigt werden wird in Kapitel 5 erl utert Die in den Kapiteln 3 und 4 geschaffenen Grundlagen werden dazu aufgegriffen In Kapitel 6 werden die Ausf hrungen aus den Kapiteln 3 und 4 sowie die in Kapitel 5 be schriebene Vorgehensweise f r das hier neu entwickelte Bewertungsverfahren auf ein prakti sches Beispiel angewendet Damit soll die Praxistauglichkeit des Bewertungsverfahrens veran schaulicht werden Die in Kapitel 5 aufgestellten Thesen werden herangezogen um die Not wendigkeit f r eine integrierte Bewertung zu beurteilen Kapitel 7 gibt abschlie end eine Zusammenfassung der Arbeit und verdeutlicht die m glichen
238. ung B nachgeschaltet Hierbei gilt es die Strategien der einzelnen Systeme jeweils in einem m g lichen Band zu variieren Zum Beispiel k nnen bei einer zeitabh ngigen Instandhaltung die Fristen i d R in den Grenzen eines Zeitfensters verschoben werden ohne Sicherheitsrisiken einzugehen Die Ver nderungen in den Instandhaltungskosten und die Auswirkungen auf die Systemverf gbarkeiten sind anhand der Ergebnisgr en C zu erfassen Diese erm glichen Strategievergleiche mit denen eine Vorteilhaftigkeitsentscheidung getroffen werden kann Bevor jedoch eine abschlie ende Strategiewahl m glich ist ist in der Regel ein Abgleich mit den verf gbaren Ressourcen Eng03 und gestellten Mindestanforderungen notwendig D Mit dieser Machbarkeitspr ftung kommt man dem zumeist vorherrschenden Umstand be schr nkter Ressourcen im Instandhaltungsmanagement und vertraglich zu erf llender Qualit t nach Gleichfalls k nnen mit dem Bewertungsmodell Strategieanpassungen die sich bspw durch zeitliches Verschieben von Instandhaltungsma nahmen f r weniger kritische Betrach tungseinheiten Kel97 S 147 definieren einfach bewertet werden 44 So sind Variationen Anpassungen bei Art Umfang oder Zeitpunkt der einzelnen Ma nahmen denkbar 63 4 Instandhaltungsstrategien payJeqgonLanjsapul dWapsojayH UIDINOSSAJ EUOSIJAd aegen uA u 3Inoss Jzueulj olpODnUan bunjnids iayequdel q
239. ung der LCC ist die L nge der Lebensdauer der Anlagen entscheidend Hierf r wird ein Betrachtungszeitraum von 25 Jahren angenommen der in etwa der ber alle Anlagen der Bahnsicherungstechnik gemittelten Nutzungsdauer ent spricht Entsprechend erfolgt keine Differenzierung der Rest Lebensdauer zwischen den neu anzuschaffenden Anlagen und den Altanlagen Der Wert von 25 Jahren ergibt sich zum einen aus den praktischen Erfahrungen und entspricht zum anderen der in Hei00 verwendeten Lebensdauer von Au enanlagen der Sicherungstechnik 3 Eine Betrachtung m glicher Liquidationserl se oder zwischenzeitlicher Ersatzinvesti tionen erfolgt nicht Dass der Aspekt der Liquidationserl se au en vor gelassen wird ist durchaus sachgerecht Denn sollten trotz Restbuchwerten nahe null noch Rester l se erzielbar sein dann sind sie aller Voraussicht nach gering und spielen f r die Kennzahl Wirtschaftlichkeit aufgrund ihres Eintritts am Ende der Lebensdauer und damit einer starken Abzinsung zum Investitionszeitpunkt kaum eine Rolle gt Es wird keine Unterscheidung zwischen der technischen und wirtschaftlichen Nutzungsdauer gemacht Viel mehr wird angenommen dass der Zeitpunkt der technischen Au erbetriebnahme der Systeme dem Ende der wirtschaftlich sinnvollen Lebensdauer entspricht gt Eine einheitliche Rest Lebensdauer entspricht aufgrund der zum Teil gro en technologischen Unterschiede der im Feld befindlichen Technik SS07 Bor07 nic
240. ung werden im Zugleitbetrieb die entsprechend notwendigen Zuglaufmeldungen durchgef hrt Anders dagegen im Zugmeldebetrieb mit ESTW Hier sind nderungen der betrieblichen Abl ufe nicht so einfach umsetzbar Mitunter bildet ein Fahren auf Sicht die einzige Alternative bei St rungen in diesem Betriebsverfahren Das jedes der Betriebsverfahren eine eigene Leistungsf higkeit d h Anzahl Zugeinheiten je Zeiteinheit realisieren kann ist in der Bewertung zu ber cksichtigen Da jedoch kein unmittelbarer monet rer Nutzen damit erzielbar ist da dies eine entsprechende Nachfra ge nach einem ber den definierten Fahrplan hinausgehenden Kapazit tsbedarf voraus setzen w rde kann eine ber das geforderte Zugprogramm hinausgehende Leistungsta higkeit lediglich im Rahmen der qualitativen Nutzenbewertung erfasst werden Dies er folgt unter dem Nutzenaspekt Kapazit ts berschuss Die beiden Investitionsalternati ven mit Einsatz von Zugleitern sind in ihrer bewerteten Variante am Kapazit tslimit F r eine Kapazit tssteigerung sind f r den Zugleitbetrieb mit ESTW und den Zugleitbetrieb 6 2 Investitionsstrategiebewertung ohne technische Unterst tzung zus tzliche Zugleiter notwendig Entsprechend wird ihnen die niedrigste Punktzahl zugeordnet Die beiden Investitionsvarianten mit Umsetzung des Zugmeldeverfahrens erlauben problemlos Zusatzverkehre Um die Erkenntnisse aus finanzanalytischer Bewertung und nutzwertanalytischer Punktebe we
241. usgel st Der Grenzwert ergibt sich aus den Auswerteergebnissen der Messreihen Daneben besteht analog zu den Pr ventivstrategien die M glichkeit zuf lliger Ausf lle Dabei gilt dass sowohl bei Ausf llen nach Grenzwert berschreitungen als auch zuf lligen Ausf llen BEK an fallen Zusammengefasst gilt somit f r die Simulation und Bewertung dieser Strategie e Ausl ser f r pr ventive Instandhaltungsma nahmen keine e Ausl ser f r korrektive Instandhaltungsma nahmen absehbar in Abh ngigkeit vom Zustand systembedingt und zuf llig Neben der monet ren Bewertung anhand der Instandhaltungskosten wird durch die Abbil dung von Zeitpunkt und Auswirkung der Instandhaltungsma nahmen auf den Zustand der Betrachtungseinheit deutlich gemacht wie effizient die einzelnen Strategien arbeiten So l sst sich bspw folgende Aussage treffen Treten ber den Betrachtungszeitraum kaum Ausf lle auf und liegt der Zustandsparameter vorwiegend nahe dem Bestwert hier 231 5 Watt 16 l sst dies auf einen erh hten nicht genutzten Abnutzungsvorrat und somit auf Effizienzver luste vgl Abbildung 18 schlie en Zus tzlich verschafft die Gegen berstellung von ausfall orientierter und pr ventiver Instandhaltung dem Entscheidungstr ger ein besseres Bild von der unternehmerischen Relevanz des Systems im Unternehmens Betriebsprozess Je teurer eine ausfallorientierte Instandhaltung im Vergleich zu regelm igen pr ventiven Instandhal tungsma
242. weniger Instandhaltungsma nahmen notwendig sind Zus tzlich gilt dass sie geringer ausfallen wenn weniger Instandhaltungs ma nahmen w hrend des normalen Betriebs erfolgen also je mehr die Instandhaltung in Be triebspausen verlagert wird Die indirekten Kosten stehen somit im direkten Zusammenhang mit der Systemverf gbarkeit Die Systemverf gbarkeit A 8 ist definiert als die F higkeit einer Einheit zu einem gegebenen Zeitpunkt oder w hrend eines gegebenen Zeitintervalls funkti onstahig zu sein DINO1 Gesamtbetriebsdauer Gesamtausfalldauer A 8 Gesamtbetriebsdauer Die Nichtverf gbarkeit eines Systems wird demzufolge mittels der indirekten Kosten quantifi zierbar und flie t somit in die Strategiebewertung ein Im Schienenverkehr werden diese Pos ten in den sogenannten Betriebserschwerniskosten BEK zusammengefasst Zusammenfassend ist festzuhalten dass die zur Einflussnahme auf den Systemzustand AV erfolgenden Instandhaltungsma nahmen die Determinante f r die H he der Erfolgsgr e Instandhaltungskosten sind Diese wiederum bestimmen sich in ihrem Umfang und Zeitpunkt 40 4 4 Instandhaltungsstrategien durch die Wahl der Instandhaltungsstrategie Der Instandhaltungsstrategiebegritf sowie grundlegende Strategien der Instandhaltung sind im folgenden Abschnitt 4 4 erl utert 4 4 Instandhaltungsstrategien Mit der Instandhaltungsstrategie wird detailliert die Art und Weise der Instandhaltung und damit der Reali
243. weniger um eine Zustands 55 4 Instandhaltungsstrategien berwachung sondern um ein Warnsystem das lediglich bei bereits entstandenen Fehlern detailliert informiert Mit den Informationen kann eine Differenzierung der vorliegenden St rungsmeldungen hinsichtlich ihrer Dringlichkeit vorgenommen werden Damit erm glichen diese Systeme keine Prognose von St rereignissen sondern ausschlie lich einen optimierten Einsatz von Instandhaltungspersonal In Summe wird deutlich dass gro e Potentiale zur Effizienzsteigerung des Instandhaltungs prozesses von Bahnsicherungstechnik vorhanden sind und diese mittelfristig analog zu den Bereichen der Fahrwegs und Oberleitungsinstandhaltung im DB Konzern abzusch pfen sind Erste Bestrebungen zur Umsetzung sind zu beobachten F r die Betrachtung alternativer Instandhaltungsstrategien im Rahmen von Investitionsent scheidungen geht es zun chst prim r darum die denkbaren Instandhaltungsstrategien f r die Bahnsicherungstechnik abzubilden und zu bewerten siehe Abschnitte 4 7 und 6 3 Ihre prak tische Umsetzung soll an dieser Stelle nur unter dem Blickwinkel der prinzipiellen Machbarkeit betrachtet werden Aufbauend auf den Hintergrundinformationen erfolgt im nun folgenden Abschnitt die Be schreibung der Instandhaltungsstrategiemodellierung und darauf aufbauend die Bewertung Abschnitt 4 7 bildet gemeinsam mit dem Investitionsstrategiebewertungsverfahren Abschnitt 3 2 3 die Grundlage f r e
244. werden Die somit gewonnenen Kennzahlen sind ungenauer und erm glichen nur in Ans t zen die Ber cksichtigung von System und Einsatzspezifika Nat rlich bedingt eine solche Zu standsbeschreibung auch dass entweder historische Daten vorhanden sind bei einer Neu entwicklung schwierig oder Testl ufe durchgef hrt wurden bzw durchf hrbar sind Ist die Betrachtungseinheit in seinem Zustandsverhalten und seinen externen wie internen Einflussgr en erfasst sind zum einen die strategieabhangigen Instandhaltungsma nahmen 40 Wichtig ist hierbei die bereinstimmung in Redundanzen Alter Anfangsqualit t und Material mit der Betrach tungseinheit 61 4 Instandhaltungsstrategien ausl senden Kriterien vgl Abschnitt 4 4 im Modell zu hinterlegen Zum anderen ist im Mo dell zu beschreiben wie die Instandhaltungsma nahmen im Ausl sefall aussehen Dazu ge h rt die Beschreibung von e Umfang der Ma nahme e Grad der Zustandsverbesserung e Einfluss auf Verf gbarkeit und e Einfluss auf Kosten vgl Abbildung 22 Damit ist die Beschreibung der Instandhaltungsstrategie im Modell vollst ndig und die Strate giebewertung kann erfolgen F r die Bewertung der Strategien ist entsprechend Abbildung 17 das Zielkriterium minimalster Gesamtaufwendungen als Summe aus direkten und indirekten Instandhaltungskosten im Modell zu hinterlegen vgl Abschnitt 4 3 Daneben wird im Modell der Personalbedarf ge sondert erfasst Dies dien
245. werden mit Hilfe der Zustandsmodellierung bewertet Dabei wird auf die M glichkeiten moderner Rechentechnik zur ckgegriffen vgl Abbildung 26 Diese Notwendigkeit ergibt sich aus der Mehrdimensionalit t des Entscheidungsprob lems in dem unterschiedliche Systemparameter Randbedingungen und Abh ngigkeiten be r cksichtigt werden m ssen Nur mit Hilfe des Einsatzes von Computern wird die Komplexit t beherrschbar und damit eine strukturierte und umfassende Entscheidungsfindung m glich vgl Anhang B Im Folgenden ist das Vorgehen f r die integrierte Bewertung von Investitions und Instandhal tungsstrategien detaillierter beschrieben vgl Abschnitte 5 3 1und 5 3 2 Die Ausf hrungen in den Kapiteln 3 und 4 sind hierf r wesentlich 5 3 1 Investitionsstrategiebewertung Dieser Abschnitt liefert einen detaillierten Einblick in die notwendigen Arbeitsschritte der In vestitionsstrategiebewertung Nachfolgende Abbildung 27 zeigt den prinzipiellen Ablauf f r eine simulationsunterst tzte Bewertung von Investitionsstrategien in Bahnsicherungstechnik BSJO7 74 5 3 Vorgehensweise Bestimmung m glicher Investitionsstrategien Aufbau der Infrastrukturen l Abbildung der Fahrpl ne Betriebssimulation Eisenbahnbetriebssimulation Abbildung von Betriebsst rungen in simulationsunab Import von h ngiger Simulationsdaten Informationen z B Anscha
246. wertung der Instandhaltungsstrategien aus d h eine berpr fung der Instandhaltungsstrategien der einzelnen Systeme auf ihre Wirtschaftlichkeit im Netzverbund Die grundlegenden daf r notwendigen Schritte sind in BBK 08 und RudO8 beschrieben 107 6 Fallstudie Abbildung 36 Weichenantrieb S700K Sie08 Mit ihrer Funktion spielen Weichen eine wesentliche Rolle in der Systemflexibilit t und verlan gen nach regelm igen Zustandskontrollen um eine hohe Verf gbarkeit sicher stellen zu k nnen Entsprechend hat die Art und Weise der Weicheninstandhaltung einen hohen be trieblichen und wirtschaftlichen Stellenwert Le Weichenhauptteil E Weichenendteil Zungenvomientung Mittelteil Herzst ck Weichenantrieb Stammgleis Herzst ckspitze mit Fl gelschienen e Backenschienen Weichenzungen be Radlenker IOo 4S Abbildung 37 System Weiche in Anlehnung an BH86 S 10 F r die Definition und Bewertung von Instandhaltungsstrategien vgl Kapitel 4 ist das Wissen ber dessen Sch digungsverhalten neben Kenntnissen zu Aufbau und Funktionsweise des Untersuchungsgegenstands unabdingbar Denn wie ADAM zu Recht festh lt ist das Wissen ber den technischen Zustand Voraussetzung f r eine effizientere Instandhaltung Ada89 S 100 Die das Sch digungsverhalten vorrangig bestimmenden Faktoren k nnen prinzipiell in Umwelteinwirkungen Klima Temperatur und wirkende mechanische Reibung Schlupf u
247. wertungsinstrument beschrieben Kapitel 3 bildet damit einen wichtigen Bau stein f r das in Kapitel 1 beschriebene neuartige Bewertungsverfahren 3 1 Investition und Investitionsstrategie Unter einer Investition im engeren Sinne versteht man in der Praxis der Unternehmung den zielgerichteten Einsatz finanzieller Mittel zur Beschaffung Kauf Eigenfertigung Finanzie rungsleasing von Anlageverm gen mit den gew nschten produktionswirtschaftlichen Nut zungsm glichkeiten Entscheidungen zu Investitionen sind dabei in der Regel gekennzeichnet durch e eine mehrj hrige Kapitalbindung e Langfristigkeit e Irreversibilit t bzw eine nur mit zus tzlichen finanziellen Mitteln umkehrbare Entschei dung e erh htes wirtschaftliches Risiko Diese Eigenschaften machen umfassende Analysen und die Verwendung von entscheidungs unterst tzenden Prozessen und Instrumenten notwendig Eine wesentliche Entscheidungshilte bietet die Investitionsrechnung Kru07 PSO7 BLSO6 Sei01 Mit Hilfe der Verfahren der 3 Investitionsstrategien Investitionsrechnung werden alle monet ren Aspekte die eine rationelle Beurteilung der In vestitionsalternativen erm glichen erfasst und bewertet Zus tzlich bestimmen nicht monet r erfassbare Gr en zum Teil wesentlich die Vorteilhaftigkeit von Investitionsalternativen Dies macht eine Erweiterung des klassischen Ansatzes der Bewertung von Investitionsalternativen allein anhand rechenbarer Gr en zwin
248. zen 66 Trotz ihres gleichen technischen Aufbaus unterscheiden sich die beiden Weichen ohne ZRV in ihrer Abnut zung Die genauen Ursachen hierf r gilt es in nachfolgenden wissenschaftlichen Untersuchungen zu bestimmen 112 6 3 Instandhaltungsstrategiebewertung beiden Weichen die schnellere Abnutzung und somit die sensiblere Umstellrichtung vgl Anhang E 3 F r eine Instandhaltungsstrategiebewertung dient diese als Basis 4 Unerwartet zeigen die Messdaten dass aktuell erfolgende zeitlich determinierte War tungsma nahmen keinen bzw einen kaum nachweisbaren Einfluss auf den Systemzu stand gemessen an der Wirkleistung im Umstellvorgang nehmen Vielmehr sind zur Systemverbesserung gesonderte Instandhaltungsma nahmen notwendig die anhand der Meldungen des Diagnosesystems durch den verantwortlichen Mitarbeiter ausgel st werden Die vom Diagnosesystem aufgezeichneten Messwerte vgl Anhang E 1 erm glichen un ter Kenntnis der ermittelten Zusammenh nge zwischen Messwert Umstellvorgang und Instandhaltungsma nahme die Aufstellung einer Zustandsgleichung wie es in Anhang E 2 beschrieben wird Die Verl ufe der aus den Messreihen mittels Polynom interpolation ge wonnenen Zustandsgleichungen sind in Abbildung 41 dargestellt 302links 202rechts 32Blinks 328rechts 332links 332rechts Wl Fen oor bi Cs Ka E A Si E 1000 1500 Umstellvorg nge Abbildung 41 Zustandsgleichungen dreier Weichen
249. zifischen Daten direkt in der Bewertung verarbei tet werden Mit den aus der Simulation und ber die Eingabemaske gewonnenen Daten liegen dem An wender alle notwendigen Informationen f r eine Investitionsstrategiebewertung vor In Ab h ngigkeit von der verbauten Technik ist die Lebensdauer im Instrument zu hinterlegen F r diese erfolgen Lebenszykluskostenbetrachtung und Nutzenbewertung in Form der EWA vgl 30 3 2 Eisenbahnbetriebssimulation zur Wirtschaftlichkeitsbewertung Abschnitt 3 1 Entsprechend des hier verfolgten Ansatzes einer separaten Instandhaltungs strategiebewertung werden die mit der Instandhaltung verbundenen Kosten im ersten Schritt der Investitionsstrategiebewertung nicht ber cksichtigt Prinzipiell k nnen diese Kostenpositi onen auch direkt im Wirtschaftlichkeitsbewertungsinstrument ber cksichtigt werden Dies empfiehlt sich jedoch nur bei starren und damit leicht absch tzbaren Instandhaltungsaufwen dungen F r die Bahnsicherungstechnik ist letzteres nicht zutreffend Im nun folgenden Kapi tel 4 werden die f r eine Instandhaltungsstrategieanalyse notwendigen Bausteine erl utert 31 4 Instandhaltungsstrategien Die Wahl der wirtschaftlich sinnvollsten Instandhaltungsstrategie ist von hohem wirtschaftli chem Stellenwert Dabei handelt es sich bei diesen Entscheidungen unabh ngig von dem Be trachtungsobjekt um eine komplexe Entscheidung Besonders im Bereich der Bahnsicherungs technik die neben ihren la
250. zustellen Aus Abbildung 33 wird erkennbar dass das Zugmeldeverfahren mit ESTW und der elektro nisch signalisierte Zugleitbetrieb ESZB hnliche Bewertungsergebnisse erzielen Beide Investi tionsalternativen verwenden ein elektronisches Stellwerk als Kern der Zugsicherung Das Zugmeldeverfahren verursacht ber den Betrachtungshorizont von 25 Jahren etwas mehr 103 6 Fallstudie Kosten erzielt im Gegenzug auch eine etwas h here Nutzenpunktzahl als der ESZB Ganz deutlich wird dass der derzeitige Ausr stungsstand AO diesen beiden Alternativen sowohl in monet rer wie qualitativer Sicht unterlegen ist Dass dies so ist insbesondere in Anbetracht dessen das keine Anschaffungs und R ckbaukosten f r das Ist System anfallen ist in erster Linie der Verwendung einer sehr personalintensiven Technik geschuldet Diese verursacht ho he j hrliche Betriebspersonalkosten Die gewonnenen Zahlen unterstreichen die von BORMET getroffene Aussage dass die Instandhaltungs und Betriebskosten bis zu neun Mal h her im Vergleich zu moderner Technik sind Bor07 5 9 10 Cc ap N 5 8 Z oO 5 6 4 p Q ap be 2 Ee 0 0 20 40 60 LCC Mio GE Zugmeldeverfahren MSTW A0 SS Zugmeldeverfahren ESTW A1 AESZB A2 ZLB A3 Abbildung 33 Nutzwertportfolio Fallstudie Eine gesonderte Ergebnisanalyse bedarf es f r eine Investition in den Zugleitbetrieb ohne technische Unterst tzung Ob

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