PROJEKTERING AV EN JÄRNVÄGSANLÄGGNING UR
ETT LIVSCYKELPERSPEKTIV
-
En fallstudie om hur infrastrukturförvaltare kan förbättra projektering av stora
tekniska system med fokus på livscykelperspektivet
Elias Kirilmaz
Jennifer Quach
Examensarbete I Industriell Ekonomi, FOA402, 30 hp
Akademin för Ekonomi, Samhälle och Teknik
Datum: 2018-05-31
SAMMANFATTNING
Datum: 2018-‐‑05-‐‑31
Nivå: Examensarbete i Industriell ekonomi, 30 ECTS
Institution: Akademin för Ekonomi, Samhälle och Teknik, EST, Mälardalens Högskola
Författare: Elias Kirilmaz & Jennifer Quach
Titel: Projektering av en järnvägsanläggning ur ett livscykelperspektiv: En fallstudie om hur infrastrukturförvaltare kan förbättra projektering av stora tekniska system med fokus på livscykelperspektivet
Nyckelord: Project, Life Cycle Cost, Railway, Reliability, Availability, Maintainability, Integrated logistic support, ILS, Asset Management, Large technical systems, LTS
Handledare: Pär Blomkvist & Christian Johansson Norbäck
Syfte: Syftet med studien är att undersöka vilka faktorer som påverkar projektering av en järnvägsanläggning ur ett livscykelperspektiv. Målet är att tydliggöra vad Trafikverket behöver ta hänsyn till vid projektering av en järnvägsanläggning för att kunna uppnå de krav som ställs på järnvägsanläggningen samt öka förutsägbarheten för livscykelkostnaden.
Frågeställningar: Hur kan projektering av järnvägsanläggningar förbättras ur ett
livscykelperspektiv?
• Vilka faktorer behöver Trafikverket ta hänsyn till vid projekteringsfasen för att säkerställa tillförlitliga och kostnadseffektiva järnvägsanläggningar?
• Hur kan en arbetsmetodik formas för att främja en kostnadseffektiv järnvägsanläggning?
Metod: Följande studie är baserad på en kvalitativ fallstudie. Metoden är baserad på semistrukturerade intervjuer och dokumentationsmetodik för att erhålla empiriska data. Litteraturstudien och det teoretiska ramverket är baserade på expertgranskade tidskrifter, vetenskapliga artiklar och böcker som täcker studieområdena.
Slutsats: Studien har visat att projektering av järnvägsanläggningar ur ett livscykelperspektiv kan förbättras genom att ta fram konkreta underlag för att stödja de besluts som ska tas. Beslutsunderlag för järnvägsanläggningen bör baseras på olika analyser för att kunna värdera vilket alternativ som ger den mest kostnadseffektiva anläggningen samtidigt som det återspeglar de efterfrågade målen och kraven. Analyser ska inte enbart baseras på tekniska konstruktion utan även driften samt underhållet behöver beaktas eftersom de har en stor inverkan på utfallet av kapaciteten, prestandan och kostnader över hela anläggningens livscykel. Vidare har studien visat vikten av att ha tillförlitliga system som kan ge information om anläggningen och även all data som krävs för att utföra analyser.
ABSTRACT
Date:
2018-‐‑05-‐‑31
Level:
Degree Project in Industrial Engineering and Management, 30 ECTS
Institution:
School of Business, Society and Engineering, Mälardalen University
Authors: Elias Kirilmaz & Jennifer Quach
Title:
Design a railway infrastructure from a life-‐‑cycle perspective: A case study on how infrastructure administrator can improve large technical systems by focusing on life-‐‑cycle perspective during the planning phase.
Keywords:
Project, Life Cycle Cost, Railway, Reliability, Availability, Maintainability, Integrated logistic support, ILS, Asset Management, Large technical systems, LTS
Tutor:
Pär Blomkvist & Christian Johansson Norbäck
Purpose:
The purpose of the study is to investigate which factors affect life-‐‑cycle planning of a railway infrastructure. The aim is to clarify what the Swedish Transport Administration needs to take into account when planning a railway infrastructure in the future in order to meet the requirements and increase the predictability of life-‐‑cycle costs.
Research questions:
How can railway infrastructure planning phase be improved based on a life-‐‑ cycle perspective?
• What factors do the Swedish Transport Administration need to take into account during the planning phase to ensure reliable and cost-‐‑ effective railway infrastructure?
• How can a working methodology be designed to promote a cost-‐‑ effective railway infrastructure?
Method:
The following study is based on a qualitative case study. The literature study and the theoretical framework are based on peer-‐‑reviewed journals, scientific articles and books that covers the areas of the study. The empirical data collection is based on semi-‐‑structured interviews and reports from different administrative authority.
Conclusion:
This study has shown that planning of railway infrastructure from a life-‐‑ cycle perspective can be improved by concrete evidence to support the decisions to be taken. The decisions basis for the railway infrastructure should be based on various analysis in order to evaluate the most cost-‐‑ effective option while reflecting the desired goals and requirements. However, analysis should not only be based on the technical design. It should also consider operation and maintenance, since they have a major impact on the outcome of capacity, performance and cost throughout the life-‐‑cycle of railway infrastructure. Furthermore, the study has demonstrated the importance of having reliable systems that can provide information about the railway infrastructure and all data required for carrying out analysis.
FÖRORD
Detta examensarbete är det slutliga arbetet inom Civilingenjörsprogrammet i Industriell ekonomi på Mälardalens Högskola. Under arbetsgången har vi fått korsa många vägar för att nå fram till den färdiga produkten du idag ska få läsa. Det har inte alltid varit lätt, men vi har blivit vägledd och väl omhändertagna under hela perioden.
Vi vill uttrycka ett stort tack till vår handledare på Systecon AB, Christian Johansson-‐‑Norbäck som varit en centralfigur inom arbetet. Efter många möten och diskussioner har han hjälpt oss ta fram denna studie. Fortsättningsvis vill vi tacka övrig personal inom Systecon AB, framförallt till Lena Björling, Olle Wijk, Patrik Alfredsson och Lina Ekelin, som tagit hand om oss väl och varit till stöd när det behövts.
Vi vill även passa på att framföra vår yttersta tacksamhet gentemot Trafikverket och dess medarbetare som varit till stor hjälp och sett detta examensarbete som något positiv och även bidragit med material och hjälp för att slutföra vårt arbete.
Avslutningsvis vill vi tacka Pär Blomkvist som varit vår handledare under hela arbetsgång.
Västerås 30 maj, 2018
Elias Kirilmaz & Jennifer Quach
INNEHÅLL
1BAKGRUND ... 3
1.1
Introduktion ... 3
1.2
Problematisering ... 4
1.3
Syfte & mål ... 5
1.4
Frågeställningar ... 5
1.5
Avgränsning ... 5
2
LITTERATURSTUDIE ... 6
2.1
Stora tekniska system ... 6
2.1.1
Utveckling ... 6
2.1.2
Hantering av LTS ... 7
2.2
Asset management inom järnvägsanläggning ... 8
2.2.1
Analysera en järnvägsanläggning ... 9
2.3
Integrated logistic support (ILS) ... 10
2.3.1
Tillförlitlighet ... 14
2.3.2
Life Cycle Cost ... 15
3
TEORETISKA RAMVERK ... 17
3.1
Hantera ... 18
3.2
Analysera ... 18
3.3
Värdera ... 19
4
METOD ... 20
4.1
Studiens arbetsgång ... 20
4.2
Val av forskningsdesign ... 21
4.2.1
Fallstudie ... 21
4.3
Val av datainsamlingsmetoder ... 21
4.3.1
Dokumentationsmetodik ... 21
4.3.2
Intervjuer ... 22
4.4
Metoddiskussion ... 24
4.4.1
Validitet ... 24
4.4.2
Reliabilitet ... 24
4.4.3
Objektivitet ... 24
5
EMPIRI ... 25
5.1
Trafikverket ... 25
5.1.1
Trafikverkets organisationsstruktur ... 25
5.1.2
Påverkande krav, regelverk och förutsättningar ... 27
5.1.3
Styrande dokument ... 27
5.1.3.1.
Tekniska dokument, TDOK ... 27
5.1.3.2.
Anläggningspecifika krav järnväg, AKJ ... 27
5.1.3.3.
Underhållskonsekvensbeskrivning, UKB ... 27
5.1.4
Trafikverkets arbetsmetodik ... 28
5.2
Hantera ... 30
5.2.1
System ... 30
5.2.2
Förvaltningsdata ... 31
5.2.3
Behovidentifiering och Kravställning ... 31
5.3
Analysera ... 33
5.3.1
LCC ... 33
5.3.2
Prestanda ... 34
5.3.3
Erfarenhetsbedömning ... 35
5.4
Värdera ... 36
6
ANALYS OCH DISKUSSION ... 37
6.1
Hantera ... 38
6.1.1
Hantera - Förslag på åtgärder ... 38
6.2
Analysera ... 39
6.2.1
Analysera - Förslag på åtgärder ... 40
6.3
Värdera ... 41
6.3.1
Värdera - Förslag på åtgärder ... 41
7
SLUTSATSER ... 43
8
FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE ... 45
9
REKOMMENDATION TILL TRAFIKVERKET ... 46
9.1
Grundidé ... 46
9.2
Modellering av sträckan Barkarby - Spånga ... 48
9.2.1
Scenario A - Bas konstruktion ... 48
9.2.2
Scenario B - Ändring av det tekniska systemet ... 51
9.2.3
Scenario C - Förbättrad underhållsstrategi ... 53
9.2.4
Kommentarer ... 55
REFERENSER ... 56
BILAGA 1 MODELL I OPUS10 ... 60
BILAGA 2 - DRIFTPROFIL ... 63
FIGURFÖRTECKNING
Figur 1 Litteraturstudier (Källa: Egenkonstruktion) ... 6
Figur 2 Ramverk för modellering av en hel järnvägsanlägg. Inspirerad av Fourie and Zhuwaki (2017) ... 10
Figur 3 Illustration av logistiksupport hantering. Inspirerad av Blanchard (1991) ... 11
Figur 4: Illustration av kostnadseffektivitet som är i obalans. Inspirerad av Blanchard (1991) ... 12
Figur 5: Illustration av isbergseffekten. Inspirerad av Blanchard (1991) ... 13
Figur 6 Tillförlitlighet. Inspirerad av Johansson (1997) ... 14
Figur 7 LCC graf. Inspirerad av Johannson (1997)………..16
Figur 8 Arbetsgång (Källa: Egen konstruktion) ... 20
Figur 9 Trafikverket organisationsstruktur (Trafikverket, 2016B) ... 25
Figur 10 Trafikverkets arbetsmetodik vid identifierat behov. Inspirerad av Trafikanalys (2016)………28
Figur 11 Trafikverkets arbetsmetodik, från behov till drift. Inspirerad av Trafikanalys (2016) ... 29
Figur 12 Modell – Hantera, Analysera och Värdera (Källa: Egen konstruktion) ... 46
Figur 13 Modell - Hantera, Analysera, Värdera - korrelerar (Källa: Egen konstruktion) ... 47
Figur 14 Modell - Beslutsfattande underlag för projektering (Källa: Egen konstruktion) ... 47
Figur 15 Modellstruktur för delsystem………...48
Figur 16 Scenario A – Kostnadseffektivitets kurva ... 49
Figur 17 Scenario A – Tillgänglighet med en driftprofil som varierar under dygnet ... 50
Figur 18 Scenario B – Kostnadseffektivitets kurva ... 51
Figur 19 Scenario B – Tillgänglighet med en driftprofil som varierar under dygnet ... 52
Figur 20 Scenario C – Kostnadseffektivitetskurva ... 53
Figur 21 Scenario C – Tillgänglighet med en driftprofil som varierar under dygnet ... 54
Figur 22 Scenario A, B, C – Tillgänglighet med en driftprofil som varierar under dygnet ... 55
TABELLFÖRTECKNING
Tabell 1 Respondenter (Källa: Egen konstruktion)……….23
Tabell 2 Scenario A - LSC ... 49
Tabell 3 Data för LCC kalkyl ... 50
Tabell 4 Scenario A - LCC ... 50
Tabell 5 Scenario A - resultat ... 50
Tabell 6 Scenario B - ändring av indata ... 51
Tabell 7 Scenario B – LSC ... 52
Tabell 8 Scenario B - Resultat ... 52
Tabell 9 Scenario C - LSC ... 53
Tabell 10 Scenario C - resultat ... 54
1 BAKGRUND
I följande kapitel presenteras studiens bakgrund som inkluderar introduktion, problematisering, syfte och avgränsningar.
1.1 Introduktion
Transport inom landet har en stor roll för att samhället ska fungera bättre. Samtidigt bidrar det till en växande ekonomi och möjligheter till att pendla mellan olika städer (Regeringen, 2017). Ett transportsystem som är robust, säkert och effektivt kan skapa goda förutsättningar för jobb, grundläggande tillgänglighet och hållbar utveckling i landet. Järnvägen har därför en betydelsefull roll i samhället och Sveriges transportsystem (Riksdagen, 2014). Tågen som trafikerar järnvägen skapar möjligheter till en ökad industriproduktion, minskad klimat-‐‑ och miljöpåverkan samt färre trafikolyckor (Regeringen, 2017). Till följd av det ökade intresset för att resa och transportera gods med tåg har trafiken på järnvägen ökat med 50 procent under de senaste 20 åren. Parallellt med trafikökningen på järnvägen har även förväntningarna och kraven för en fungerande järnväg höjts, eftersom allt fler förväntar sig att järnvägen ska fungera felfritt utan störningar. Däremot har den positiva ökningen på järnvägen slitit hårt och medfört ett större behov av åtgärder, som i sin tur bidragit till höga underhållskostnader. Trots ökat anslag från staten för att utföra järnvägunderhåll har inte underhållet kunnat möta nedbrytningstakten, vilket har påverkat järnvägens tillgänglighet och robusthet (Gruhs, 2015). Detta styrkts även av Al-‐‑Douri, Tretten och Karim (2016) som har studerat Sverige järnväg. Al-‐‑ Douri et al (2016) menar att ökningen av trafikeringar på den svenska järnvägen har resulterat till högre underhållskostnader, på grund av ökad belastning vilket försämrar järnvägsspåret. Den ökade belastningen har i sin tur även påverkat andra faktorer som exempelvis komforten, säkerheten, spårkvaliteten samt tillgängligheten av järnvägen (Al-‐‑Douri et al, 2016). Därför menar Johansson (1997) att en järnvägsanläggning behöver rätt bedrivet underhåll för att kunna uppnå hög tillgänglighet och lång livslängd. Eftersom en järnvägsanläggning är komplex och kostar mycket för att konstruera är det därför svårt att ändra den ursprungliga konstruktionen när den är färdigställd. Av den anledningen kommer underhållsåtgärder ha stor betydelse för att kunna upprätthålla järnvägsanläggningens funktion (Patra, 2009). Johansson (1997) menar att antalet oplanerade fel kan reduceras genom att vid tidigt utvecklingsskede påverka konstruktionen och de material som köps in. Men det kan fortfarande inträffa slumpmässiga fel, därför behövs strategier för hantera sådana händelser (Johansson, 1997; Mobley, 2002).
1.2 Problematisering
Det svenska järnvägsnätet är cirka 16 500 spårkilometer och utav dessa förvaltar Trafikverket ungefär 14 700 spårkilometer (Trafikverket, 2016A), vilket motsvarar omkring 89 procent av det svenska järnvägsnätet. Utifrån detta förväntas Trafikverket besitta med god kunskap om vilka behov järnvägsanläggningar har samt hur de ska förvaltas. Det finns dock indikationer från ett flertal håll, inte minst internt i Trafikverket, att denna uppfattning inte riktigt stämmer överens. Problemen som identifierats berör järnvägsanläggningens tekniska system, drift och underhållskostnader, vilket är varken hållbart ur ett kortsiktigt-‐‑ eller långsiktigt perspektiv. Kunskaper finns hos Trafikverket och de kontrakterade entreprenörerna, men eftersom kunskapen är utspridd skapar det svårigheter för att sammanväva den nödvändiga informationen för att kunna bedöma järnvägsanläggningens behov samt åtgärder. Informationen som finns tillgänglig är även utspridd inom olika rapporteringssystem, vilket medfört att det blir svårt att skapa en helhetsbild av järnvägsanläggningens tillstånd och behov (SOU 2015:42). Problemet har även identifierats av Trafikverket och de bedömer att det är svårt att få en tillförlitlig bild av anläggningen, vilket medfört svårigheter att kunna förutse avvikelser och fel (Gruhs, 2015).
Problemet som beskrivits i järnvägsanläggningen har medfört att mer resurser läggs på akut underhåll när fel inträffar på järnvägsanläggningen (SOU 2015:42). Enligt Johansson (1997) går det inte att bortse från kostnader som är relaterat till underhåll, däremot kan kostnaden reduceras vid projekteringsfasen. Även Blanchard (1991) påpekar att ett tekniskt system behöver en god projektering med rätt typ av underlag för att det ska vara kostnadseffektiv och samtidigt uppfylla de krav som ställs på det tekniska systemet, drift och underhåll.
Studien kommer undersöka hur projektering av järnvägsanläggningen kan förbättras för framtida järnvägsprojekt. Eftersom vikten av att tänka ur ett livscykelperspektiv under projekteringsfasen har blivit allt mer betydande. En järnvägsanläggning medför inte enbart en engångskostnad, utan kostnader uppkommer kontinuerligt över hela livscykeln på grund av drift och underhåll. Av denna anledning är det viktigt att under projekteringsfasen påverka anläggningens konstruktion för att uppnå hög tillgänglighet och samtidigt reducera livscykelkostnaden samt antalet oplanerade fel.
1.3 Syfte & mål
Syftet med studien är att undersöka vilka faktorer som påverkar projektering av en järnvägsanläggning ur ett livscykelperspektiv. Målet är att tydliggöra vad Trafikverket behöver ta hänsyn till vid projektering av en järnvägsanläggning för att kunna uppnå de krav som ställs på järnvägsanläggningen samt öka förutsägbarheten för livscykelkostnaden.
1.4 Frågeställningar
Hur kan projektering av järnvägsanläggningar förbättras ur ett livscykelperspektiv? • Vilka faktorer behöver Trafikverket ta hänsyn till vid projekteringsfasen för att
säkerställa tillförlitliga och kostnadseffektiva järnvägsanläggningar?
• Hur kan en arbetsmetodik formas för att främja en kostnadseffektiv järnvägsanläggning?
1.5 Avgränsning
Studien kommer enbart att fokusera på projektering av järnvägsanläggningar ur ett livscykelperspektiv. Projektering innebär att planering utförs för att kunna uppnå ett bestämt mål (NE A, u.å). Arbetet kommer därför fokusera på relevanta teorier som kan tillämpas i projekteringsfasen.
Trafikverket och järnvägsanläggningen påverkas i stor utsträckning av lagar, regler samt krav. Dock kommer studien inte ta hänsyn till det och har därför avgränsats bort från studiens fokus.
Studien kommer inte gå djupare in om hur kostnadseffektivitet, livscykelkostnader och olika prestanda mått beräknas. Istället kommer studien att använda två verktyg, OPUS10 och SIMLOX för att bygga en förenklad modell som ska representera en järnvägsanläggning i syfte att simulera modellen och stödja analysen i arbetet. Modellen som har tagits fram i studien har enbart utgått ifrån sträckan Spånga-‐‑Barkarby. Med hjälp av verktygen kan bland annat kostnadseffektiviteten, prestandan och en del av livscykelkostnaden beräknas. Men eftersom det är en förenklad modell med fiktiva indata kan detta inte återspegla en verklig järnvägsanläggning fullt ut. Järnvägsanläggningens prestanda och livscykelkostnader påverkas av ett flertal faktorer, dock kommer studien enbart utgå ifrån det tekniska systemet, driften och underhållsstrategier som påverkande faktorer.
2 LITTERATURSTUDIE
I följande kapitel kommer relevanta litteratur för studien att presenteras i syfte att skapa en bredare kunskap om ämnet. Kapitlet inleds med teori om stora tekniska system (LTS), därefter presenteras Asset Managment inom järnvägsanläggning, Integrated logistic support (ILS), Tillförlitlighet och Life Cycle Cost (LCC).
Figur 1 Litteraturstudier (Källa: Egenkonstruktion)
2.1 Stora tekniska system
Stora tekniska system (LTS) symboliseras av att dess komplexitet och omfattning inom olika processer i samhället (Hughes, 1987). Hughes (1987) definierar stora tekniska system som rörliga, komplexa och problematiska. Vidare innefattar LTS av ett flertal områden samt interaktioner mellan diverse organ i samhället. Oavsett beskaffenhet, utgör LTS viktiga funktioner i samhället (Hughes, 1987).
En järnvägsanläggning ingår i kategorin LTS, i och med dess komplexitet, livslängd samt krav som ställs på anläggningen (Mayntz & Hughes, 1988). Hughes (1987) menar att LTS är utformad av samhället, vilket innebär att LTS är beroende av samhället och de behov som samhället kräver från LTS. Eftersom LTS utgör en viktig funktion i samhället, är de styrda av diverse regleringar samt lagstiftningar för att säkerhetsställa att LTS är konstruerad utifrån de normer samhället har som målsättning. Regleringarna ska se till att LTS är funktionell på en relevant nivå och att LTS använder de avsatta resurserna på ett effektivt och ansvarsfullt sätt (Hughes, 1987).
2.1.1 Utveckling
Enligt Hughes (1987) följer LTS ett förutbestämt mönster inom sin utveckling. Inom detta mönster finns det tydliga faser som LTS tar sig igenom under sin utveckling och de omfattas av följande; uppfinning, utveckling, innovation, överföring, implementation, tillväxt samt momentum. Något som ska tydliggöras är att LTS inte följer ett sekventiellt mönster genom dessa faser, utan
LTS Asset management inom
Järnvägsanläggning ILS
Tillförlitlighet
anses vara färdigutvecklad (Mayntz & Hughes, 1988).
Enligt Geels (2007) har forskningen om LTS främst fokuserat på hur framväxten och stabiliseringen av en LTS ser ut. Även Hughes (1987) har berört detta och menar att framgångsrika LTS symboliseras av en snabb framväxt och stabilisering. Ett system uppnår stabilisering när den kännetecknas av en stegvis ökande teknologisk utveckling tills en ny teknologisk diskontinuitet uppstår inom LTS. När diskontinuitet inträffas kommer det ge upphov till en ny fas för att införa nya tekniska lösningar, medan den gamla tekniken avvecklas. Denna teknologiska substitutionsfas har sitt ursprung från det traditionella området industriell ekonomi och livscykelperspektiv. När en ny teknik träder fram, finns det ett stort utbud av diverse alternativ som har olika kvalitativa grader, vilket kan skapa en hög osäkerhet hos förvaltaren (Geels, 2006). Geels (2007) menar att det krävs tid, kunskap samt konkurrens för att en ny designvariant ska bli dominant och stabiliseras i marknaden, och därmed ge stabilitet i systemet. Hughes (1987) diskuterade detta och förknippade framväxt och stabilisering inom LTS som transformation. Per definition innebär transformation att något nytt växer ur det gamla. Transformation är relevant för en LTS, eftersom LTS förknippas med fortlöpande investeringar och momentum. Begreppet momentum har sitt ursprung från fysiken som hänvisar hur ett objekt är i rörelse (Geels, 2007). Däremot menar Hughes (1987) att momentum i LTS innebär resultatet av stabiliseringen mellan teknik och samhälle. Eftersom LTS har många kopplingar inom olika delar av samhället, som exempelvis organisationer och andra viktiga funktioner i samhället (Geels, 2007).
Summerton (1994) lyfter fram fem viktiga faktorer som en LTS måste överkomma för att fortsätta sin tillväxt och undvika en snabb degradering. Till en början omfattas dessa fem faktorer av att de underliggande problemen inte ska förvrängas av aktörerna samt att LTS ska vara slagkraftiga för extern påverkan såsom säkerhet och miljöpåverkan (Summerton, 1994). Vidare menar Summerton (1994) att med tiden förändras konkurrensvillkoren och LTS måste anpassa sig efter detta för att kunna vara slagkraftig. Även Van de Poels (2003) var inne på ett liknande koncept. I och med storleken av LTS och de medförande investeringar är det inte något som ersätts, utan det är något som samhället och dess aktörer måste ändra med tiden genom kumulativa justeringar i nya riktningar. Fortsättningsvis menar Van de Poels (2003) att denna omvandlingsprocess är en form av sociologiskt ramverk som består av tre delar, samspelssystemet, aktörernas inverkan och miljön. Dessa tre faktorer medför i sin tur tre olika typer av element inom förändringsprocessen som omfattas av; reproduktion, kumulativ innovation och transformation. (Van de Poels, 2000).
2.1.2 Hantering av LTS
Enligt Hughes (1987) är äldre system precis som äldre människor, det vill säga mindre anpassningsbara. Dessutom tenderar LTS med hög momentum att med tiden påverka andra system, grupper och individer i samhället eftersom de har en stor inverkan på vardagliga aktiviteterna i samhället (Hughes, 1987). Därför har Hughes (1987) påpekat att det finns en stor betydelse av att studera när LTS börjar åldrars för att kunna finna lösningar som kan upprätthålla eller förbättra den.
Tidigare forskning inom LTS har påvisat att ett system kan förbättras genom att exempelvis angripa olika delsystem inom LTS för att finna nya lösningar (Hughes, 1987; Geels, 2007; Patra, 2009). Vilket innebär att varje delsystem isoleras för att kunna studera det som ett enskilt system med avsikt att skapa en bättre förståelse och för att kunna utföra betydelsefulla analyser
(Hughes, 1987). Dock har Hughes (1987) identifierat ett problem kring ett sådant angreppsätt. Hughes (1987) menar att viktiga faktorer kan feltolkas och nya lösningar för respektive delsystem kan påverka andra delsystem inom LTS när de väl integreras i ett enhetligt system. En tydlig följd av ett sådant angreppsätt kan leda till att LTS avviker från verkligheten och resulterar i en ofullständig eller förvrängd analys av systembeteendet (Hughes, 1987).
Enligt Summerton (1994) har samhällets politiska samt kulturella utveckling en stor inverkan på LTS. På liknande sätt menar Staudenmaier (1989) att nedgången för LTS kan analyseras genom att titta på dess försvagning inom kopplingarna mellan det tekniska systemet och samhället. Påverkande faktorer från samhället kan exempelvis vara nya politiska prioriteringar, skiftande demografi, geografiska omvandlingar, konkurrerande aktörer eller ett förändrat behov (Staudenmaier, 1989).
Även studier inom mikro-‐‑ eller makroperspektiv har studerats för att kunna appliceras och analyseras inom LTS, för att kunna förstå utveckling av LTS i syfte att förhindra en snabb degradation (Misa, 1994). Misa (1994) menar att det inte bara går att angripa LTS med ett av dessa perspektiv, eftersom svaren skiljer sig ofantligt och är långt ifrån den rätta sanningen. För att komma sanningen närmast menar Misa (1994) att det är nödvändigt att kombinera ett makro-‐‑ och mikroperspektiv med ett mesoperspektiv. Eftersom det erbjuder ett ramverk som integrerar den sociala formen av det tekniska systemet i kombination med samhällets utformning (Misa, 1994).
2.2 Asset management inom järnvägsanläggning
Som tidigare nämnt i föregående avsnitt klassificeras en järnvägsanläggning som ett stort tekniskt system. Förvaltningen av järnvägsanläggningen inkluderar bland annat konstruktion, inspektion, underhåll och reinvestering för att förbättra och optimera järnvägsanläggningens prestanda och kostnad under hela livscykeln (Fourie & Zhuwaki, 2017). Detta kan göras genom att tillämpa asset management. Asset management är ett sammanhållet och strukturerat arbetssätt som tillämpas i syfte att kunna förvalta anläggningstillgångar och dess prestanda, risk och kostnader på ett optimalt sätt under hela livscykeln för att kunna uppnå de krav och mål som ställs på järnvägsanläggningen. Detta arbetssätt kan även tillämpas inom andra områden, men i grund och botten är målet att kunna optimerar prestandan av anläggningstillgångar till så låg kostnad som möjligt (International Union of railways, 2010).
Asset management inom en järnvägsanläggning omfattar i princip allt beslut som tas inom organisationen för att upprätthålla, förnya och förbättra järnvägsanläggningen. Det omfattar även driften i järnvägsnätet vilket inkluderar kapacitetsplanering och tidsplanering (International Union of railways, 2010).
2.2.1 Analysera en järnvägsanläggning
Enligt Fourie och Zhuwaki (2017) bör det finnas underlag som stödjer de besluts som tas för att utföra arbete i en järnväg. Det kan exempelvis vara feldata som finns rapporterade inom olika system eller resultat från analyser som genomförts (Fourie & Zhuwaki, 2017). Även Macchi, Garetti, Centrone, Fumagalli och Pavirani (2012) har påpekat att data relaterat till underhåll som lagras i ett system kan vara värdefull information för att förbättra en järnvägsanläggning. Eftersom informationen skapar möjligheter för att utföra analyser om hur systemets funktionssäkerhet kan förbättras (Macchi et al, 2012).
Enligt Fourie och Zhuwaki (2017) kvarstår det utmaningar för att utveckla effektiva verktyg som beaktar järnvägsanläggningens operativa och funktionella egenskaper när en analys genomförs i syfte att modellera livscykelprestandan för hela järnvägsanläggningen. Detta beror på att järnvägsanläggningen är komplex vilket medför att det finns flera faktorer som behöver beaktas från planering till byggande och när systemet är i drift. Tidigare har olika modeller skapats i syfte att förbättra prestandan i olika delsystem som exempelvis järnvägsspåret och signalsystemet (Fourie & Zhuwaki, 2017). Däremot menar Fourie och Zhuwaki (2017) att enbart förbättra prestandan av enskilda delsystem inte är tillräckligt för att förbättra hela järnvägsanläggningen. Istället kan det leda till nya systembeteende som exempelvis oväntade interaktioner i systemet när det är i drift (Fourie & Zhuwaki, 2017).
Fourie och Zhuwaki (2017) påpekar att det alltid ska finnas en strävan för att förbättra funktionssäkerheten i järnvägsanläggningen genom att skapa en modell för att kunna simulera olika scenario som återspeglar verkligheten. Målet med att analysera systemets funktionssäkerhet är att kunna uppnå högre prestanda till låg kostnad. Däremot behöver det finnas en modellteknik som kan bryta ner järnvägsanläggningen i olika delsystem och även inkludera de komponenter som ingår i respektive delsystem. Om alla kopplingar i järnvägsanläggningen kan översättas till en modell kommer prestandan kunna analyseras för att utvärdera systemets funktionssäkerhet. Dock behöver all indata som tillhör järnvägsanläggningen inkluderas för att kunna få ett trovärdigt resultat, som exempelvis komponenternas felintensitet, teknisk livslängd och drifttiden (Fourie & Zhuwaki, 2017). Vidare menar Fourie och Zhuwaki (2017) prestandan för de resurser som ingår i hela järnvägsanläggningen kan förbättras genom att ta hänsyn till funktionssäkerheten. Utifrån detta tänk har Fourie och Zhuwaki (2017) presenterat i deras studier ett ramverk i syfte att kunna applicera det i en järnvägsanläggning för att kunna utvärdera och förbättra funktionssäkerheten av hela systemet. Men för att kunna realisera detta behöver modeller skapas i samverkan med intressenter och experter inom varje delsystem eftersom första steget handlar om att förstå hur hela järnvägsanläggningen är beroende av varje delsystem och dess komponenter. Därefter bör modellen stödjas genom att utföra fallstudier inom järnvägen (Fourie & Zhuwaki, 2017).
Figur 2 Ramverk för modellering av en hel järnvägsanlägg. Inspirerad av Fourie and Zhuwaki (2017)
2.3 Integrated logistic support (ILS)
Ett sätt att förbättra projekteringsfasen i ett projekt är genom att ta hänsyn till allt stöd som behövs för att upprätthålla systemet som ska byggas, vilket kan göras genom att beakta all logistik ett system behöver (Blanchard, 1981). Enligt Jones (2006) är logistik tillämpad vetenskap för planering och genomförande av inköp och resurser. För att ett tekniskt system ska kunna uppnå de uppsatta mål och resultat behöver systemet logistikstöd, vilket innebär att verksamheten behöver tillämpa kunskaper och resurser för att systemet ska kunna få rätt stöd under hela livscykeln (Jones, 2006). Vidare menar Blanchard (1981) att logistikstöd är en sammansättning av de faktorer som är nödvändigt för att säkerställa effektivt stöd för ett system under hela livscykeln som exempelvis utrustning, programvaror, kompetens, utbildning, leveransstöd och tekniskdata. Hantering av logistikstöd bör inkluderas i olika faser under projekteringen, det vill säga vid planering, konstruktion, drift, underhåll och avveckling av tekniska systemet. Beroende på vad det är för system kan arbetssättet se olika ut genom livscykeln, däremot kan ett generellt arbetssätt vid tillämpning av logistikstöd illustreras som i Figur 3 (Blanchard, 1981).
Figur 3 Illustration av logistiksupport hantering. Inspirerad av Blanchard (1991)
1. Identifiera behov – Identifiering av behov kan exempelvis ske på grund av att ett problem uppstått eller att det råder brist av något.
2. Planering och konceptuell design – Denna fas är början av ett projekt vilket inkluderar allt förarbete som exempelvis analysera om projektet är genomförbart samt ställa krav på det tekniska systemet och systemets design. Här bör även logistikstöd börja planeras för systemet.
3. Preliminär systemdesign – I denna fas behöver analyser och optimering av systemet genomföras. Dessutom behöver de logistikstöd som behövs under hela livscykeln identifieras.
4. Detaljerad design och utvecklingsfas – I denna fas sker vidareutveckling av den preliminära designen av systemet genom att inkludera fler parametrar och all utrustning som behövs för rätt logistikstöd i syfte att kunna uppnå ett kostnadseffektivt system. Det innebär att relevant data som berör systemet behöver samlas in för att kunna utföra analyser, test och utvärdering av systemet samt få återkoppling om vad som behöver korrigeras.
5. Konstruktionsfas – I denna fas ska systemet konstrueras, vilket innebär att allt som berör detta behöver tas till hänsyn som exempelvis systemrelaterad upphandling, material investering, lagerförvaring och logistikhantering. Det är även i denna fas organisationen ska utbilda personalen för att vara redo att utföra nödvändiga åtgärder när systemet är i drift.
6. System i drift med logistikstöd – I denna fas är systemet färdigbyggt och är i drift med tillhörande logistikstöd som behövs för att upprätthålla systemet under hela livscykeln. Även utvärdering av systemet görs när systemet är i drift genom att samla in relevant data om systemet för att kunna utföra analyser och få återkoppling kring vilka åtgärder som behöver utföras.
7. Systemavveckling – Slutligen kommer systemet att uppnå sin tekniska livslängd vilket medför att systemet inte är lönsamt längre och behöver tas ur bruk eller moderniseras.
Utifrån logistikstöd har begreppet Integrated logistic support (ILS) utvecklats fram som främst tillämpas i komplexa system med lång livslängd, eftersom dessa system är oftast i behov av underhåll och stöd för att kunna upprätthålla systemets funktion under hela livscykeln (Lambert, 2017). ILS är en ledningsprocess som används för att ett system ska kunna uppfylla prestandakraven och samtidigt vara kostnadseffektiv under hela livscykeln. Där kostnadseffektivitet i detta sammanhang innebär att hitta en optimal balans mellan prestandan i ett system och dess livscykelkostnader för att investeringen ska uppnå maximal nytta. Detta
Identifiera behov Planering och konceptuell design
Preliminär systemdesign
(validering)
Detaljerad design
innebär att ILS utgör ett livscykeltänkande genom att integrera olika delar inom exempelvis design, produktion, distribution, drift och underhåll för att ett system ska få rätt logistikstöd och uppnå prestandakravet till låg kostnad. Dock finns det många sätt att beräkna kostnadseffektiviteten beroende på systemets karaktär samt de parametrar som verksamheten avser att mäta. (Blanchard, 1991).
Blanchard (1991) påpekar att många system inte lyckas tillfredsställa användarens behov när det gäller prestanda, kvalité och kostnadseffektivitet. Detta beror främst på att tekniken har utvecklats för komplexa system vilket har medfört att det tar längre tid att utveckla samt förvärva nya system samtidigt som det ställs högre krav på systemets prestanda och kostnad. I Figur 4 illustreras en alltmer vardaglig syn på komplexa system i världen, där systemets effektivitet är låg medan livscykelkostnaden är hög vilket medför att kostnadseffektiviteten inte är i balans (Blanchard, 1991).
Blanchard (1991) menar att det kan finnas olika orsaker som leder till höga livscykelkostnader, men i de flesta fall används nästan 75 procent av den totala livscykelkostnaden för att upprätthålla systemets drift och logistikstöd. Kostnader inom denna kategori är oftast inte lika uppenbara och är svårt att förutsäga utan konkret datauppföljning i jämförelse med kostnader relaterad till design, utveckling och produktion. Problemet kring kostnader för ett system kan därför illustreras som ”isbergseffekt” i Figur 5 (Blanchard 1991).
Figur 5: Illustration av isbergseffekten. Inspirerad av Blanchard (1991)
Under vattenytan finns det kostnader som är oftast relaterat till logistikstöd som behövs för att upprätthålla systemets funktion. De beslut som fattas under projektens tidiga faser har stor inverkan på systemet livscykelkostnader. Det kan exempelvis vara beslut kring konstruktion, material och underhåll. Dock är det många verksamheter som fokuserar på logistikstöd när systemet behöver upprätthållas, vilket medfört att avhjälpande åtgärder utförs mer än förebyggande åtgärder. Orsaken till detta är för att logistikstöd prioriteras lågt i projekteringens tidiga faser. Men för att ett system ska vara kostnadseffektiv behöver ILS tillämpas i projekteringen. Systemets behov av logistikstöd under hela livscykeln behöver redan under konceptuella designfasen tydligt definieras och specificeras för att uppfylla prestandakraven som exempelvis systemets tillförlitlighet, driftsäkerhet, funktionssäkerhet, underhållsmässighet och underhållssäkerhet (Blanchard, 1991).
2.3.1 Tillförlitlighet
I föregående avsnitt nämndes det att ILS kan tillämpas för att ett system ska kunna uppfylla olika prestandakrav med hjälp av rätt stöd. Ett sätt att mäta systemets prestanda är genom att titta på dess tillförlitlighet, vilket är en sammanfattande term av fyra olika mått, driftsäkerhet, funktionssäkerhet, underhållsmässighet samt underhållssäkerhet (Johansson, 1997). Avsikten med att analysera ett system utifrån tillförlitlighet är att finna tänkbara fel och därigenom eliminera dessa felfaktorer samt öka motståndskraften för fel som inträffar i ett system (NE B, 2018).
• Driftsäkerhet: Driftsäkerhet beskriver förmågan ett system har för att kunna ge hög effekt när det inträffar fel och störningar samt när det finns begränsade underhållsresurser. Inom järnvägen är det viktigt för både operatören samt banansvarig att säkerhetsställa driftsäkerheten för anläggningen. Oftast karakteriseras driftsäkerhet genom tillgänglighet och definitionen av tillgänglighet kan variera beroende på olika faktorer som exempelvis vad det är för system och hur systemet ska utnyttjas. (Johansson, 1997).
• Funktionssäkerhet: Enligt SS-‐‑EN 13306 (Swedish Standards Institute, 2010) innebär en anläggnings funktionssäkerhet dess förmåga att kunna utföra sin drift, utifrån de uppsatta kraven och tidsintervall. Anläggningens funktionssäkerhet kopplas till det tekniska systemet och hur det integreras gentemot respektive komponenter i systemet (Johansson,1997).
• Underhållsmässighet: Per definition är underhållsmässighet ett mått på förmågan att upptäcka, lokalisera och avhjälpa fel (NE B, 2018). Underhållsmässighet karaktäriseras av anläggningens anpassning för underhåll (Johansson, 1997). Det gäller främst den konstruktiva anpassningen, att det redan vid planeringsfasen tar hänsyn till den långsiktiga hanteringen av anläggningen. Det finns diverse krav som kan ställas på ett system för att garantera underhållsmässighet. De faktorer som vanligtvis brukar ligga som grund omfattas av tre mått, tid, arbetsvolym och kostnad (Johansson, 1997).
Driftsäkerhet
Funktionssäkerhet Underhållsmässighet Underhållssäkerhet
Tillförlitlighet
• Underhållssäkerhet: Underhållssäkerhet grundar sig på hur underhållsorganisationen agerar när behov av underhåll uppstår, vilket innebär förmågan att tillhandahålla underhållsresurser vid rätt tidpunkt och plats utifrån behov. Om underhållssystemet ska ha möjligheten att uppfylla driftsäkerheten behöver den ta hänsyn till olika faktorer som exempelvis underhållspersonal, reparationsutrustning, tekniska data och administration (Johansson, 1997).
2.3.2 Life Cycle Cost
I tidigare avsnitt har livscykelkostnader (LCC) nämnts som en viktig metod för att ett system ska vara kostnadseffektiv. LCC metoden har sedan 1960-‐‑talet vuxit i allt större utsträckning och implementeras inom många områden för att fatta beslut inom diverse processer (Nissen, 2009). LCC är en metod där både den tekniska-‐‑ och ekonomiska perspektivet kombineras (Johansson, 1997). Det är en strukturerad metod för att bedöma alla kostnader som uppstår inom ett visst system med hjälp av systemets tekniska livscykel (Khouy, 2013). LCC metoden har skapats för att kunna argumentera att ett system eller en produkt som är billig och uppfyller kravspecifikationen behöver inte vara det bästa alternativet. För att kunna jämföra mellan olika alternativ behöver den totala kostnaden under systemets livslängd undersökas. LCC kalkylering tar hänsyn till fler kostnader under hela anläggningens livslängd, till skillnad från en investeringskalkyl som vanligtvis fokuserar på direkta kostnader vid investeringen (Johansson, 1997). Vidare är LCC en metod som kan användas för att beräkna kostnadseffektiviteten vid beslut om investeringar, förnyelse och underhåll (Patra, 2009). Enligt Blanchard (2004) kan kostnader i en LCC kalkyl delas in i fyra huvudkategorier för att få en tydligare bild på hur kostnaderna fördelas:
• Design-‐‑ och utvecklingskostnad
• Produktion-‐‑ och konstruktionskostnad • Drift-‐‑ och underhållskostnad
• Systemavvecklingskostnad
Vidare menar Blanchard (2003) att kostnader kan delas in i olika kategorier beroende på vad det är för system.
Figur 7 illustrerar hur kostnaden för en utrustning kan variera med tiden på grund av olika faktorer. I figuren jämförs två utrustningar med olika inköpspris, där skärningspunkten ligger på femte året vilket innebär att verksamheten ska välja utrustning A om den ska användas till maximalt fem år men om det beräknas att användas längre bör utrustning B väljas. Avsikten med figuren är att få en förståelse att enbart jämföra inköpskostnaden för utrustningar inte är tillräckligt för långsiktiga investeringar (Johansson, 1997).
Figur 7 LCC Graf. Inspirerad av Johannson (1997)
Vidare menar Asiedu & Gu (1998) att LCC analys enbart inte fungerar som ett verktyg för att kontrollera samt påverka kostnaderna av ett system utan det fungerar även som stöd vid beslutsfattande av systemets konstruktion och framtida underhållsåtgärder. Eftersom resultatet av LCC analysen kan visa en optimal balans mellan systemets prestanda och dess kostnader. Dock kan detta optimum justeras beroende på vem eller vad som ska påverka beslutsfattandet. I vissa fall föredras lägre investeringskostnad på grund av begränsad budget medan samhället och operatören föredrar en god tillgänglighet av systemet (Patra, 2009).
Nissen (2009) påpekar att tidigare studier har visat att LCC analys har börjat tillämpas för järnvägar, däremot är datakvalitén inte tillräckligt för att få ut trovärdigt resultat eftersom tillförlitliga data saknas. Detta beror främsta på att det saknas ett effektivt system för att samla in all data som berör järnvägssystemet (Nissen, 2009).
