Gut geplant ist halb gewonnen

 

28.09.2006 | Redakteur/Autor: Güney Dr.S.

 

Die rasante Entwicklung der letzten Jahre hat die Rahmenbedingungen für die industrielle Produktion grundlegend geändert. Bewährte Produktionskonzepte reichen für Unternehmen oft nicht mehr aus, um im dynamischen Wettbewerbsumfeld zu bestehen. So erfordern beispielsweise eine steigende Variantenvielfalt und damit kleinere Losgrößen insbesondere im Qualitätswesens eine Reorganisation der Prüf- und Überwachungskonzepte in der Fertigung. Aber auch in der Großserienproduktion stellen Auftraggeber immer häufiger die Forderung nach besserer Produktqualität, engeren Toleranzen und einem lückenlosen Qualitätsnachweis.
Instabile oder störungsträchtige Fertigungsprozesse müssen verbessert werden, um Kosten für Ausschuss und Nacharbeit so niedrig wie möglich zu halten. Denn laufende Gewährleistungs-, Kulanz- und daraus resultierende Folgekosten wirken sich nachhaltig negativ auf die Wettbewerbsfähigkeit aus.

Time-to-Market-Intervalle werden immer kürzer

Gerade in der Automobil- und Automobilzuliefer-Industrie werden die Time-to-Market-Intervalle immer kürzer. Mit wachsenden Ansprüchen an die Qualität ihrer Produkte erkennen Unternehmen mehr und mehr, wie wichtig es ist, alle an der Produktentstehung beteiligten Prozesse sicher zu beherrschen. Zeit- und prozessnah erhobene Qualitätsdaten bilden die Basis für die Beurteilung und Optimierung dieser Prozesse. Die entsprechenden Prüfdaten müssen daher sicher, das heißt mit hoher Präzision, Dynamik und Robustheit am richtigen Ort und zur richtigen Zeit erfasst werden.

Viele Unternehmen sehen Mess- technik inzwischen mehr und mehr als Bestandteil von Produktionsmitteln allgemein und damit als gewinnbringenden Faktor. Denn bilanziert über das gesamte Produktionsumfeld mit seinen direkten und indirekten Bereichen muss die Wirkungskette von Maschinen, Mitarbeitern und Qualitätssicherungsmaßnahmen betrachtet werden. Durch präzise Messtechnik ist es im Produktionsprozess möglich, die in der Konstruktionszeichnung vorgegebenen Toleranzfeldbreiten der Funktionstoleranzen nahezu ganz auszunutzen, weil sich die Fertigungstoleranz bei kleiner werdender Messunsicherheit vergrößert (Bild 1). Denn je kleiner die Messungenauigkeit ist, desto näher kann man sich bei der Bewertung der Maßhaltigkeit an die Toleranzgrenzen heranwagen, ohne den Prozess stoppen oder Teile ungerechtfertigterweise aussortieren oder nachbearbeiten zu müssen.

Bessere Kenntnis des Prozesses senkt die Kosten

Dadurch reduziert sich die Anzahl von Teilen, deren Merkmale zwar eigentlich innerhalb des Spezifikationsbereiches liegen, aber auf Grund unsicherer Kenntnis der wahren Lage im Toleranzfeld aus Sicherheitsgründen nicht dem Übereinstimmungsbereich zugeordnet werden können. Dies ermöglicht es, auf „Angsttoleranzen“ zu verzichten. Durch eine bessere Kenntnis des Prozesses können daher an dieser Stelle Kosten gesenkt werden. Oftmals sind die Strukturen der betriebsinternen Qualitätssicherung über viele Jahre derart gewachsen, dass für verschiedene Teilbereiche oder Produktvarianten probate Einzellösungen geschaffen wurden, ohne ein systematisches Gesamtsystem „aus einem Guss“ zu erhalten. Daher sollte die Gesamtstruktur in regelmäßigen Abständen - so verschieden die Einsatzzwecke von Messtechnik auch sind - kritisch untersucht werden.

Denn nicht nur im Fall fehlender Messtechnik, sondern auch bei veralteten und unter Umständen teuren Konzepten wie der Verwendung einer Vielzahl von unflexiblen Lehren, starrer Prüfschärfen oder fehlender oder manueller Aufzeichnung der Prüf-ergebnisse drängt sich die Notwendigkeit neuer Systeme auf.

Nur 25% der Fertigungsmerkmale der Autoindustrie
können mit einfachen Messmitteln erfasst werden

Studien haben ergeben, dass heute nur noch etwa 25% der Fertigungsmerkmale in der Automobilindustrie mit einfachen Messmitteln erfasst werden können. Moderne Messmethoden - wie etwa die Koordinatenmesstechnik oder die optische Mess-technik - prüfen dagegen sicher bis zu 75% der qualitätsrelevanten Merkmale in der Fertigung. Der internationale Markt bietet allerdings eine Vielzahl von Geräte- und Systemanbietern, die verschiedenste Messprinzipien und -strategien abdecken. Wer sich nicht regelmäßig mit den neuesten Entwicklungstendenzen durch Messe- und Anbieterbesuche, Realisierungsbeispiele bei Mitbewerbern, Austausch mit Experten, Veröffentlichungen und gegebenenfalls eigene Entwicklungsarbeit beschäftigt, dem fällt es schwer, den Überblick zu behalten und schließlich das optimale System für die eigenen Bedürfnisse auszuwählen.

Ist letztendlich die Entscheidung für ein Gerät gefallen, so ist die Frage nach der Art der Einbindung und Nutzung der Ergebnisse im innerbetrieblichen Material- und Informationsfluss noch nicht beantwortet. Auch die Berücksichtigung der Belange der Facharbeiter in der Fertigung ist ein nicht zu unterschätzender Gesichtpunkt, wenn eine breite Akzeptanz geschaffen werden soll. Weil diese und weitere Teilaufgaben aber in der Regel nicht unabhängig voneinander gelöst werden können, wird ein methodisches Vorgehen dringend angeraten. Erfahrungsgemäß werden Entscheidungen bisher oft „aus dem Bauch heraus“, wenn auch basierend auf einem gewissen Erfahrungsschatz, getroffen. Grund dafür kann sein, dass die Spezialisten für die Messtechnik in einem Unternehmen fest im Tagesgeschäft eingeplant sind und daher nicht die eigentlich notwenige Zeit für gründliche Ausarbeitungen und Recherchen zugestanden bekommen. Oftmals spielen auch lokale Netzwerke oder unternehmenspolitische Vorgaben eine Rolle.

Gründliche Planung vermeidet Fehlentscheidungen

Ein ganzheitlicher Ansatz und eine gründliche Planung bieten aber das Potenzial, katastrophale Fehlentscheidungen zu vermeiden, die oft erst dann erkannt werden, wenn die Messsysteme ihren Betrieb aufnehmen sollen. Die Kosten, die dadurch verursacht werden, stehen meist in keinem Verhältnis zum erhöhten Planungsaufwand.Um den Planungsaufwand in vertretbaren Grenzen zu halten wurde am Lehrstuhl für Fertigungsmess-technik und Qualitätsmanagement des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen das Strategietool Ident entwickelt (Bild 2). Dieses leistungsfähige Werkzeug wird speziell in der Automobil- und Automobilzulieferindustrie in der Fertigungsmesstechnik für ein breites Produktionsspektrum eingesetzt, ist aber ohne Schwierigkeiten auch für andere Branchen einsetzbar.

Ident besteht aus einer modular aufgebauten Architektur, die die notwendige Vorgehensweise für eine erfolgreiche Identifizierung und Implementierung von Messsystemen und deren dauerhaftes Potenzial für effiziente Fertigungsprozesse methodisch abbildet. Zunächst werden branchen- oder unternehmensspezifische Forderungen an die Messtechnik systematisch erfasst und ausgewertet. So können beispielsweise gesetzliche Vorgaben, etwa bei sicherheitsrelevanten Bauteilen, eine 100-Prozent-Prüfung zwingend vorschreiben. Soll aber lediglich der Fertigungsprozess größerer Serien beherrscht werden, ist hingegen eine Stichprobenprüfung mit dynamischer Prüfschärfe meist ausreichend. Eine gründliche Analyse umfasst deshalb unter anderem die zielgerichtete Erhebung aller für die Qualität des Produktes notwendigen Prüfdaten.

Kennzahlen der Fertigung beeinflussen Prüfumfang

Zusätzlich werden Prozesskennzahlen der Fertigungsabläufe, beispielsweise Durchlaufzeiten, aufgenommen. Diese beeinflussen maßgeblich die Entscheidung über den Prüfumfang und damit die Prüftaktrate. In die Überlegungen fließen aber auch strategische Entscheidungen ein. So wird etwa entschieden, ob die Messung im Messraum, durch eine Werkerselbstprüfung an der Maschine oder durch einen fertigungsintegrierten Messautomaten durchgeführt werden soll. In diesem Zusammenhang muss der Materialfluss beachtet werden, weil seine Organisation nachhaltigen Einfluss auf die Durchlaufzeit der Teile, auf die Totzeit zwischen der Messung von Merkmalen und der Rückkopplung der Ergebnisse in den Prozess und letztendlich auch auf die Auslegung der Peripherie hat.

Beispielsweise sind dabei die Anzahl von Rüstplätzen an einem Koordinatenmessgerät, der Automatisierungsgrad der Bestückung oder das Warteschleifenmanagement eines Puffers zu nennen.Ident bezieht auch die prozessspezifischen Aspekte ein. In diesem Zusammenhang gilt es, ein Konzept für das Prüfdatenmanagement zu erstellen. Dabei finden zum Beispiel die Gestaltung von Qualitätsregelkreisen, die Anbindung an statistische Auswertungssoftware oder die Einbettung in das betriebliche Qualitätswesen Berücksichtigung. Diese organisatorischen Gesichtspunkte dürfen bei der Bewältigung von Messaufgaben nicht vernachlässigt werden. Denn die meisten Messmittel besitzen Schnittstellen zur Ankopplung an übergeordnete Systeme.

So erfordert beispielsweise die Übernahme der Messdaten in ein CAQ-System (CAQ: Computer Aided Quality Assurance) häufig erheblichen hard- und softwaretechnischen Aufwand. In jedem Fall muss es oberste Prämisse sein, alle Randbedingungen individuell zu berücksichtigen und eine maßgeschneiderte Lösung systematisch zu erarbeiten. Auf der Basis einer gründlichen Analyse unterstützt Ident dann methodisch die Auswahl und Einführung geeigneter Messsysteme. Dabei sind stets alle relevanten Parameter zu berücksichtigen, wie etwa der geforderte Dynamikbereich des Messsystems, die zu prüfenden Toleranzen, die geforderte Taktrate oder auch Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Schmutz und Vibrationen.

Einführung idealerweise bei laufendem Betrieb

Schließlich muss noch die operative Einführung des Systems geplant werden, die idealerweise bei laufendem Betrieb stattfinden sollte. Je nach Strategie und Randbedingungen ist grundsätzlich die Umstellung „auf einen Schlag“ oder aber eine schrittweise Ablösung der vorhandenen Messtechnik denkbar.Nachdem die grundsätzlichen Belange der Mitarbeiter bereits in den ersten Modulen berücksichtigt werden, unterstützt Ident in einem abschließenden Modul auch die Anforderungen der kurz-, mittel- und langfristigen Schulung von Mitarbeitern an neuen Messmitteln.

Denn nur durch qualifizierte Fachkräfte, die die Systeme bedienen und warten können sowie an neue Entwicklungen im Hard- und Softwarebereich herangeführt werden, lässt sich letztlich sicherstellen, dass das unbestritten vorhandene Potenzial eines technisch hochwertigen Messsystems auch langfristig ausgeschöpft wird. Daher sollten Entscheider in den Unternehmen nicht vergessen, gezielt durch Schulungsmaßnahmen in ihre Mitarbeiter und damit in ihre Zukunft zu investieren.