Die richtige Stichprobe: Wareneingangsprüfungen stufenübergreifend optimieren

Einstiegsbeispiel

Von einem Lieferanten werden Spritzgussteile bezogen. Eine Charge (30.000 Stück) wird überprüft. Es werden 60 Kartuschen entnommen und auf bestimmte Maße geprüft. Obwohl die Wareneingangsprüfung keine Abweichungen ergeben hat, gibt es mit einer Charge im Produktionsprozess Schwierigkeiten. Es stellt sich heraus, dass ungefähr, jedes 6. Stück betroffen ist.

Nach Rücksprache mit dem Lieferanten wird klar, dass ein Nest fehlerhaft war. Mit „Nest“ bezeichnet man beim Spritzguss die Aushöhlung in der Form (Werkzeug) in die der Kunststoff eingespritzt wird. Oft werden gleich mehrere Stücke mit einer Form hergestellt, dann spricht man davon dass ein Werkzeug mehrere „Nester“ hat. Das eingesetzte Werkzeug in diesem Beispiel hat 6 Nester. Eins von diesen 6 war fehlerhaft, also ist jedes 6. Stück betroffen. Bei der Verpackung werden die Teile jedoch vermischt bzw. sind nicht mehr zu unterscheiden. Obwohl sich beim Kunden nicht mehr feststellen lässt, von welchem Nest das Teil produziert wurde, ist es falsch in diesem Fall davon auszugehen, dass sich die gelieferten Kartuschen sich nicht weiter in Gruppen unterteilen lassen, die sich unterscheiden. Die Lieferung ist nicht homogen. In der Wahrscheinlichkeitsrechnung, die für die Stichprobenentnahme eine große Rolle spielt, spricht man hier von der „Grundgesamtheit“. Voraussetzung für die Anwendung vieler statistischer Methoden  ist, dass die untersuchte Menge in sich homogen ist.  Die Eigenschaften der einzelnen Teile variieren normalverteilt und sind unabhängig von den Prüfergebnissen der anderen Teile.  Dies ist in diesem Beispiel eben nicht der Fall.  Man hatte bei der Prüfung Pech in dem Sinne, dass man keines von den fehlerhaften Teilen erwischt hat. Aber auch die Wahl einer größeren Stichprobenmenge ist nicht ideal geeignet um das Problem zu lösen, denn die Art der Stichprobenentnahme spielt hier eine große Rolle.

Dieser Artikel geht detailliert auf die Art der Fehler und deren technische Ursachen ein, besonders im Hinblick auf  geeigneten Stichprobenprüfungen. An dieser Stelle wird auch auf die unternehmensübergreifende Nutzung der Instrumente FMEA und Prüfplan eingegangen. Aus der unternehmensübergreifenden Perspektive ist besonders die Anpassung (der eigenen Prüfungen) an die Fehlersituation beim Lieferanten interessant.

Diese Verfahren gehen in der Regel davon aus, dass die zu prüfenden Teile einer Grundgesamtheit mit normal-verteilten Merkmalsausprägungen (Normalverteilung  nach Gauß) angehören. Dies ist jedoch nicht immer der Fall, wie das Beispiel oben gezeigt hat. Damit sind wir schon bei dem Kern der Herausforderung: Was versteht man unter Grundgesamtheit und was bedeutet das für die Stichprobenentnahme?

Zurück zum obigen Beispiel

Am besten wäre es Strukturen aufzubauen, die eine Unterscheidung der Grundgesamtheiten (im obigen Fall die Nester) erlauben würde. Dann könnte man gezielt z. B. ein Teil aus jedem Nest überprüfen. Hinzu kommt dabei oft, dass eine Kennzeichnung und Unterscheidung der einzelnen Teile beim Kunden nicht durchgeführt wird, obwohl diese geordnet sind . Dadurch kann es sein, dass obwohl man statisch auf jeden Fall eines der defekten Teile bei der Probenentnahme erwischen müsste, dies nicht der Fall ist, weil die Art der Probenentnahme und die Herstellungs-/Verpackungsprozesse ungünstig zusammen kommen. Im obigen Beispiele werden die Teile aus Nest 1, 3 und 5 immer unten in die Box gelegt, die Teile aus Nest 2 ,4 und 6 kommen immer in die zweite Lage oben in die Box. Bei der Probenentnahme werden immer 3 Stück oben aus jeder Box entnommen. Da das Nest Nummer 3 defekt war, konnte der Fehler also durch diese Prüfung gar nicht entdeckt werden.

Merkmale

Welche Merkmale  geeignet sind um die produzierten Stücke weiter in sinnvolle Gruppen (Grundgesamtheiten) zu unterteilen, muss für jedes Produkt festgelegt werden. Dabei spielen die Einflussfaktoren bei der Produktion der Teile die entscheidende Rolle:
  • Werkzeug ist weiter unterteilt (z. B. Nester)
  • Werkzeugwechsel
  • Chargenwechsel bei Zulieferteil oder Betriebsmittel
  • Anfahren nach Bandstillstand
  • Schichtwechsel
  • Wechsel des Bedieners/Bediener ist zeitweise abgelenkt/überfordert/abwesend etc.
  • Änderung der Maschineneinstellungen/Prozessparameter/Umgebungsbedingungen

Vorgehen

Natürlich ist es nicht erforderlich blind ein Kennzeichnungs- und Prüfsystem für sämtliche denkbare Einflussfaktoren aufzubauen und so die Grundgesamtheit auf wenige Stück zu verkleinern, so dass der Prüfaufwand stark ansteigen würde. Das Kennzeichnungs- und Prüfsystem ist gezielt so aufzubauen, dass die wichtigen, kritischen Fehlermöglichkeiten abgedeckt sind. Dies wird durch die Prüfplanung auf der Grundlage einer FMEA erreicht. Aus der FMEA sollte hervorgehen, welche Ursachen zu dem Fehler führen können, für die Entdeckungsmaßnahmen (Prüfung) vorgesehen sind. Aus den Ursachen der Fehlermöglichkeit lässt sich in der Regel gut auf die zu betrachtende Grundgesamtheit schließen. Bei dem obigen Beispiel, bei dem die Ursache in einem Werkzeugfehler beim Spritzguss liegt, ist eine passende Grundgesamheit das Nest. Dafür ist es jedoch oft notwendig auch die Informationen über die Produktionsprozesse der Zulieferer (etwas deren Prozess-FMEA) einzubeziehen. Denn typischerweise lautet eine Ursache in der eigenen FMEA „Zulieferteil XY defekt, Spezifikation Z nicht erfüllt“. Diese Information alleine reicht nicht aus, um die technische Ursache und damit passende Grundgesamtheit zu identifizieren.

Außerdem kann man aufgrund der Bewertungen der FMEA eine Abschätzung vornehmen, ob sich der zusätzliche Aufwand durch zusätzliche / Grundgesamtheits-spezifischere Prüfungen lohnt. Oft lässt sich der Prüfaufwand durch gezieltere Prüfungen bei einer erhöhten Sicherheit auch reduzieren. Für gezieltere Prüfungen ist es oft notwendig eine passende Kennzeichnung aufzubauen.

Durch eine unternehmensübergreifende Analyse der FMEAn und Prüfungen ist es auch möglich bestehende Lücken im Prüfsystem (Welche Grundgesamtheiten werden bisher nicht betrachtet?) zu identifizieren.

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Unternehmensübergreifende Optimierung von Prüfungen

Jedes produzierende Unternehmen führt bestimmte Prüfungen durch. Unterscheiden kann man dabei prinzipiell zwischen Wareneingangsprüfungen, Inprozesskontrollen und Warenausgangsprüfungen. Eine schematische Darstellung der unternehmensübergreifenden Situation aus Sicht des Tier 2 (Zulieferer des Zulieferers) ist  in der folgenden Abbildung dargestellt:

Dabei sind die Prüfungen einerseits sehr wichtig für die Qualitätssicherung. Andererseits können sie einen signifikanten Anteil an den Produktionskosten ausmachen. Daher lohnt es sich, diesen Bereich einmal genauer unter die Lupe zu nehmen. Besonders interessant an den Prüfungen ist, dass man die selbe Produkteigenschaft in ganz unterschiedlichen Stadien im Produktionsprozess oder unternehmensübergreifend in der Wertschöpfungskette prüfen kann. Aus Sicht des Qualitätsmanagements ist es natürlich geschickt, so schnell wie möglich zu prüfen. Vorgeschrieben ist dies jedoch nicht. Lässt sich also eine Prüfung in einem späteren Prozessschritt (ggf. auch beim Kunden) wesentlich einfacher durchführen, so spricht prinzipiell nichts gegen die Verlagerung der Prüfung. Natürlich sollte man analysieren, welche Risiken man dadurch eingeht, dass der Fehler nun eventuell erst später entdeckt wird. Eventuell könnten im Falle eines Fehlers größere Mengen/Stückzahlen betroffen sein. Auch die Kosten für die weiterarbeitenden Prozessschritte erhöhen das Ausmaß eines potenziellen Schadens.

Bei der unternehmensübergreifenden Betrachtung stößt man auf folgende typische Situationen:

  • Doppelte Prüfungen
  • Fehlende Prüfungen
  • Falsche Stichprobenentnahme

die hier detaillierter beschrieben werden sollen:

Doppelte Prüfungen

Offensichtlich ist, dass doppelte Prüfungen Rationalisierungspotenziale bieten. Dies betrifft besonders den Fall, bei dem 2 Unternehmen 100% Prüfungen durchführen, die dieselben Merkmale mit signifikantem Aufwand prüfen. Trotzdem können auch diese doppelten 100% Kontrollen sinnvoll sein. Ist für den Prozess eine schnelle Rückkopplung erforderlich (z. B. zur Regelung der Maschineneinstellungen) kann auf eine entsprechende Prüfung natürlich nicht verzichtet werden.

Ein typisches Beispiel, bei den man auf eine Prüfung verzichten könnte wird im Folgenden kurz ausgeführt: Der Lieferant führt eine 100% Prüfung durch. Für die Be- und Entladung der Prüfmaschine ist ein Maschinenbediener erforderlich, der Prüfprozess selbst ist automatisiert. Der Kunde führt eine ganz ähnliche Prüfung in Form einer 100% Kontrolle am Anfang seines Produktionsprozesses durch. Hier kann man zwei Fälle unterscheiden:

  • Einige Ursachen, die zu Fehlern in dem Produkt führen können, liegen im Transport vom Lieferanten zum Kunden. Solange diese Ursachen (z. B. durch eine andere Verpackung) nicht ausgeschlossen werden können, ist die Prüfung beim Kunden am Anfang des Produktionsprozesses erforderlich. Auf die Warenausgangsprüfung beim Lieferanten könnte man jedoch verzichten. Dabei muss man natürlich beachten, dass nun die Reaktionszeit auf Fehler größer wird und man durch geeignete Maßnahmen (z. B. Lagerhaltung) sicherstellen muss, dass eine fehlerhafte Charge nicht zu einem Produktionsausfall beim Kunden führt. Wird der Lieferant vom Kunden auch aufgrund von ppm-Fehlerraten bewertet (Lieferantenbewertung), wäre hier auch eine Regelung zu finden, dass die entsprechenden Fehler nicht in die ppm-Statistik einfließen, wenn man sich gemeinsam darauf verständig hat, die Prüfung nur beim Kunden durchzuführen. Ansonsten würde der Lieferant hier benachteiligt bzw. es besteht die Gefahr das zusätzliche Prüfungen nur der Statistik zuliebe durchgeführt werden.
  • Der Transport spielt als Fehlerquelle (für die Merkmale die durch die Prüfung überprüft werden) keine Rolle. In diesem Fall kann der Kunde auf die Prüfung verzichten, solange sich der Lieferant verpflichtet, die Prüfungen durchzuführen. Die Prüfung sollte dabei als integraler Leistungsbestandteil definiert werden. 100%-Kontrollen sollten ja generell wie Produktionsprozesse behandelt werden und die entsprechenden Nachweise für die Prozessfähigkeit (cpk) erbracht werden. Haben die Prüfprozesse des Lieferanten in der Vergangenheit schon zuverlässig funktioniert, dann sollte die Prüfergebnisse beim Kunden immer unauffällig gewesen sein.

Durch eingesparte Prüfungen erreichte Kostenreduktion sollte generell möglichst fair zwischen den Vertragsparteien verteilt werden, damit beide Seiten auch weiterhin ein Interesse an einer offenen Zusammenarbeit in diesem sehr sensiblen Bereich haben.

Fehlende Prüfungen

Das andere Extrem zu doppelten Prüfungen sind fehlende Prüfungen. Erst wenn Informationen über alle Prüfungen in der Supply-Chain vorliegen, lässt sich klären, welche Merkmale insgesamt abgeprüft werden. Dabei ist es auch gut möglich, dass man Merkmale identifiziert, die noch nicht ausreichend geprüft werden. An dieser Stelle empfiehlt sich die Nutzung eines Prüfplans (Controlplan) auf unternehmensübergreifender Ebene, der auf Basis der entsprechenden FMEAn erstellt wird.

Falsche Stichprobenentnahme

Dieser Punkt wird in einem gesonderten Artikel beschrieben. An dieser Stelle wird auch näher auf den Zusammenhang von Prüfplan und FMEA eingegangen, der oben nur kurz erwähnt wurde.

Außerdem sind folgende Unterscheidungen hilfreich bei der unternehmensübergreifenden Optimierung der Prüfprozesse:

Kosten der Prüfungen

Bei der Entscheidung, wer von den Partnern in einer Supply-Chain eine Prüfung durchführt, spielen natürlich auch die Kosten für die Prüfung eine wichtige Rolle. Diese können sich bei den Partnern deutlich unterscheiden. Typische Einflussfaktoren auf die Prüfkosten sind:

  • Manuelle/automatisierte Prüfung (Personalkosten)
  • In-Prozesskontrollen möglich?
  • Verwendete Prüfeinrichtungen und Verfahren

Funktionsüberprüfung/Merkmalsprüfung

Ein Bauteil ist so konstruiert worden, dass es bestimmte Funktionen erfüllen kann. In vielen Fällen lässt sich die Funktion allerdings nicht direkt, sondern lediglich indirekt über bestimmte Merkmale und Spezifikationen prüfen, die sorgfältig festgelegt werden müssen.

Man kann bei der Überprüfung eines Merkmals von einer Verifizierung sprechen, bei der Prüfung der Funktion von einer Validierung. Eine Funktionsüberprüfung umfasst/entspricht in der Regel einer Überprüfung mehrerer Merkmale bzw. der Kombination mehrerer Merkmale. Über eine Funktionsprüfung werden die Merkmale sozusagen indirekt überprüft. Da bei einer Funktions-Prüfung gleich mehrere Merkmale parallel überprüft werden, sind die entsprechenden Prüfungen oft kosteneffizienter als die Überprüfung der einzelnen Merkmale. Bei einem Spritzgussteil kann man beispielsweise entweder alle Maße einzeln messen oder direkt überprüfen, ob sich das Teil verbauen lässt, beispielsweise ob es in eine Aufnahme passt und eine Dichtung abschließt. Natürlich besteht hier das Risiko, dass ein Fehler bei dieser Prüfung nicht auffällt und die Auswirkungen zu einem späteren Zeitpunkt zum Tragen kommen, wenn eine andere Anforderungssituation für das Bauteil besteht. Generell bietet die Funktionsüberprüfung jedoch eine größere Sicherheit, sofern man wirklich alle Anforderungssituationen mit den Prüfungen erfasst. Bei der Überprüfung einzelner Merkmale, geht man von der (möglicherweise fehlerhaften) Annahme aus, dass die einzelnen Spezifikationen korrekt bei der Produktentwicklung aus den Anforderungen abgeleitet wurden. Oft wird im Zuge der Produktentwicklung  eine intensive Funktionsüberprüfungen der Bauteile vorgenommen, z.  B. in dem man diese extremen Anforderungssituationen aussetzt. Dadurch wird die Eignung der gewählten Spezifikationen überprüft und validiert. Anschließend wird der Produktionsprozess im Zuge der Prozessentwicklung darauf hin überprüft, ob er in der Lage ist, die Produkte entsprechend dieser Spezifikationen herzustellen. Hier spricht man oft von einer Validierung der Produktionsprozesse (z. B. Fähigkeit des Prozesses, cpk). Die Spezifikationen der Produkte werden dann oft  „nur“ stichprobenartig überprüft. Eine generelle  Empfehlung für die eine oder andere Art der Prüfung ist natürlich nicht möglich.