Wie lässt sich das Verhalten einer Produktionsanlage bei Ausfällen untersuchen?

renz · 07 Sep. 2026

Das Verhalten einer Produktionsanlage bei Ausfällen lässt sich am zuverlässigsten durch Simulation untersuchen, bevor ein realer Stillstand eintritt. Dabei werden Ausfallszenarien gezielt in einem digitalen Modell der Anlage nachgebildet, sodass Planungsteams sehen können, wie sich ein Maschinenstillstand auf den gesamten Produktionsfluss auswirkt. Die folgenden Abschnitte gehen auf die wichtigsten Methoden, Kennzahlen und Anwendungszeitpunkte ein.

Welche Methoden eignen sich zur Analyse von Ausfallszenarien in der Produktion?

Für die Analyse von Ausfallszenarien in Produktionsanlagen haben sich vor allem zwei Ansätze bewährt: die ereignisgesteuerte 3D-Simulation und die Wertstromanalyse mit digitalem Zwilling. Beide Methoden erlauben es, gezielt einzelne Komponenten ausfallen zu lassen und die Auswirkungen auf Durchlaufzeit, Pufferfüllstand und Gesamtausbringung zu beobachten, ohne die reale Anlage zu belasten.

Ergänzend dazu kommen in der Praxis Fehlermöglichkeits- und Einflussanalysen (FMEA) zum Einsatz, die systematisch erfassen, welche Komponenten mit welcher Wahrscheinlichkeit ausfallen und welche Folgen das jeweils hat. Die FMEA liefert eine strukturierte Grundlage, auf der Simulationsmodelle aufbauen können: Ausfallwahrscheinlichkeiten und Reparaturzeiten fließen direkt als Parameter in die Simulation ein. So entsteht ein Modell, das nicht nur zeigt, ob ein Ausfall kritisch ist, sondern auch, wie oft und in welchen Betriebszuständen er besonders ins Gewicht fällt.

Wie bildet die 3D-Simulation Ausfälle und Störungen realitätsnah ab?

Die 3D-Simulation Produktion bildet Ausfälle ab, indem einzelnen Anlagenkomponenten statistische Verfügbarkeitswerte zugewiesen werden: mittlere Zeit zwischen zwei Ausfällen (MTBF) und mittlere Reparaturzeit (MTTR). Das Simulationsmodell lässt diese Komponenten dann stochastisch ausfallen, sodass sich über viele simulierte Betriebsstunden ein realistisches Bild der Anlagenresilienz ergibt.

Konkret bedeutet das: Ein Roboter in einer Schweißzelle kann im Modell mit einer durchschnittlichen Verfügbarkeit von beispielsweise 95 Prozent hinterlegt werden. Das Simulationswerkzeug erzeugt daraus zufällig verteilte Ausfallzeitpunkte und Stillstandsdauern. Gleichzeitig reagiert das gesamte Modell auf diesen Ausfall, Puffer leeren sich, Folgemaschinen geraten in Wartestellung, und die Gesamtausbringung sinkt messbar. Planungsteams können anschließend prüfen, ob ein größerer Puffer vor dem betreffenden Aggregat die Auswirkungen abmildert oder ob eine redundante Maschine wirtschaftlich sinnvoll wäre.

Durch die dreidimensionale Darstellung lassen sich diese Zusammenhänge auch für Entscheidungsträger ohne tiefes Simulationswissen nachvollziehbar visualisieren. Das erleichtert die Kommunikation zwischen Planungsabteilung, Geschäftsführung und Anlagenlieferanten erheblich.

Was zeigt der Digital Twin of Organisation bei Ausfällen im Wertstrom?

Der Digital Twin of Organisation bildet den gesamten Wertstrom eines Unternehmens ab, nicht nur einzelne Maschinen. Bei einem Anlagenausfall zeigt er, an welcher Stelle im Wertstrom sich Bestände aufstauen, wo nachgelagerte Prozesse zum Stillstand kommen und welche Aufträge ihre Liefertermine gefährden. Damit geht er deutlich über die reine Maschinenperspektive hinaus.

Während die 3D-Simulation vor allem das physische Verhalten einer Anlage untersucht, bildet der digitale Zwilling der Organisation auch organisatorische Reaktionen ab: Wann greift ein Springer ein? Wie lange dauert die Eskalation bis zur Instandhaltung? Welche Auftragsreihenfolge wird bei begrenzter Kapazität priorisiert? Diese Fragen lassen sich im Modell durchspielen, bevor sie im Alltag zu Reibungsverlusten führen.

Besonders bei komplexen Wertströmen mit mehreren verketteten Stationen liefert der Digital Twin Aufschluss darüber, welche Ausfälle lokal begrenzt bleiben und welche sich systemisch durch die gesamte Produktion fortpflanzen. Das ist eine wesentliche Grundlage für die Priorisierung von Instandhaltungsmaßnahmen und Redundanzkonzepten.

Wann sollte die Ausfallanalyse in den Planungsprozess integriert werden?

Die Ausfallanalyse sollte so früh wie möglich in die Anlagenplanung einfließen, idealerweise bereits in der Konzeptphase, bevor Investitionsentscheidungen getroffen werden. Zu diesem Zeitpunkt lassen sich Layout-Alternativen, Puffergrößen und Redundanzkonzepte noch ohne Mehrkosten anpassen.

Wer die Ausfallanalyse erst nach der Inbetriebnahme durchführt, kann zwar noch Optimierungen vornehmen, hat aber deutlich weniger Spielraum. Strukturelle Schwachstellen wie ein fehlendes Pufferlager zwischen zwei verketteten Stationen lassen sich nachträglich oft nur mit hohem Aufwand beheben. In der Planungsphase hingegen kostet eine Simulation mit verschiedenen Ausfallszenarien einen Bruchteil dessen, was ein ungeplanter Maschinenstillstand in der laufenden Produktion verursacht.

Sinnvoll ist die Ausfallanalyse auch bei bestehenden Anlagen, wenn Kapazitätserweiterungen geplant sind, neue Produkte integriert werden sollen oder wiederkehrende Stillstände auf systemische Ursachen hindeuten. In diesen Fällen dient die Simulation dazu, Veränderungen vorab zu bewerten, statt sie im laufenden Betrieb auszuprobieren.

Welche Kennzahlen liefert eine Ausfallsimulation für Produktionsanlagen?

Eine Ausfallsimulation liefert konkrete Kennzahlen, anhand derer sich die Robustheit einer Produktionsanlage bewerten lässt. Zu den wichtigsten Ergebnisgrößen zählen die Gesamtanlageneffektivität (OEE), die simulierte Ausbringung über einen definierten Zeitraum, die Pufferfüllstände im Zeitverlauf sowie die Häufigkeit und Dauer von Blockier- und Wartezuständen einzelner Stationen.

Darüber hinaus lässt sich aus der Simulation ableiten, welche Komponente den größten Einfluss auf die Gesamtverfügbarkeit hat. Fällt eine bestimmte Station aus, bricht die Gesamtausbringung um zehn Prozent ein, eine andere hingegen kaum. Diese Priorisierung ist für die Instandhaltungsplanung unmittelbar verwertbar: Präventive Wartungsintervalle lassen sich gezielt auf die kritischen Aggregate ausrichten, statt alle Komponenten gleich zu behandeln.

Für die Resilienz einer Produktionsanlage ist zudem die sogenannte Erholungszeit relevant: Wie lange dauert es, bis die Anlage nach einem Ausfall wieder ihre Sollausbringung erreicht? Auch diese Kennzahl lässt sich in der Simulation für verschiedene Szenarien berechnen.

Wie lassen sich Simulationsergebnisse für Investitionsentscheidungen nutzen?

Simulationsergebnisse machen Investitionsentscheidungen nachvollziehbar, weil sie den wirtschaftlichen Effekt einer Maßnahme quantifizieren, bevor Geld fließt. Wer zeigen kann, dass ein zusätzlicher Puffer den Produktionsausfall bei einem Maschinenstillstand um 30 Prozent reduziert, hat eine konkrete Grundlage für die Investitionsabwägung statt eine grobe Schätzung.

In der Praxis lassen sich verschiedene Investitionsszenarien direkt miteinander vergleichen: Lohnt sich eine redundante Maschine mehr als ein größerer Puffer? Ist eine höherwertige Komponente mit besserer Verfügbarkeit wirtschaftlicher als die günstigere Variante mit häufigeren Ausfällen? Die Simulation rechnet beide Szenarien durch und gibt die jeweilige Ausbringung, die erwarteten Stillstandskosten und die Amortisationszeit zurück.

Damit dienen Simulationsergebnisse auch als Kommunikationsmittel gegenüber Investoren oder der Geschäftsführung. Visuelle Auswertungen und klare Kennzahlen ersetzen abstrakte Annahmen durch belegbare Projektionen, was Entscheidungsprozesse beschleunigt und Fehlallokationen reduziert.

Wie Authaler+Renz bei der Analyse von Ausfallszenarien unterstützt

Authaler+Renz analysiert das Verhalten von Produktionsanlagen bei Ausfällen mit detaillierten 3D-Simulationen und dem Digital Twin of Organisation. Das Ingenieurbüro aus Kirchheim unter Teck erstellt Simulationsmodelle, die Ausfallwahrscheinlichkeiten, Reparaturzeiten und Pufferkapazitäten realitätsnah abbilden, und wertet die Ergebnisse so aus, dass sie direkt in Planungs- und Investitionsentscheidungen einfließen können.

Simulation von Ausfallszenarien für einzelne Aggregate oder ganze Produktionslinien
Berechnung von OEE, Blockier- und Wartezuständen sowie Erholungszeiten
Vergleich von Investitionsalternativen auf Basis simulierter Ausbringungsdaten
Wertstromanalyse mit digitalem Zwilling zur Identifikation systemischer Schwachstellen
Visuelle Aufbereitung der Ergebnisse für Entscheidungsträger ohne Simulationshintergrund

Wenn Sie wissen möchten, wie sich Ihre Anlage unter realen Ausfallbedingungen verhält, nehmen Sie Kontakt mit Authaler+Renz auf und besprechen Sie Ihr Projekt direkt mit den Ingenieuren.