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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Stufenübergreifende Rückverfolgbarkeit

rückverfolgbarkeit picture copyright by Salim VirjiDer Begriff der Rückverfolgbarkeit beschreibt die vollständige Nachvollziehbarkeit des Produktions- und Handelsweges eines Produktes und seiner Komponenten. Diese Beschreibung impliziert bereits eine stufenübergreifende Behandlung des Themas. Dieser Artikel beschäftigt sich nun mit den Potenzialen und Grenzen stufenübergreifender Nachvollziehbarkeit im industriellen Alltag.

Die konsequenteste Form der Rückverfolgbarkeit wird durch die Kennzeichnung jedes einzelnen Stückes mit einer eineindeutigen Nummer ermöglicht. Diese Nummer wird bei weiteren Montage- und Prozessschritten durchgehend erfasst. So kann die Datenbasis für eine sehr genaue Rückverfolgbarkeit aufgebaut werden. Jedoch ist diese Kennzeichnung (RFID-Chip, Barcode, Nummer) nur bei Stückgütern möglich. Außerdem muss der Aufwand noch in einem angemessenen Verhältnis zum Wert der Ware stehen. Beispielweise liegt der Warenwert bei Tier-3 Produkten in der Automobilindustrie oft nur im Centbereich (kleine Spritzgussteile, Standardeisenwaren).  Hinzu kommt, dass diese Bauteile oft zu klein sind, um sinnvoll gekennzeichnet werden zu können. Es entsteht somit eine natürliche Grenze der Rückverfolgbarkeit auf Basis von Einzelstücken.

Mit der Kennzeichnung der Produktkomponenten ist nur die Hälfte des Problems gelöst. Nun gilt es noch die Einflussfaktoren, welche die Produktqualität beeinflussen, zu identifizieren. Viele dieser Einflussfaktoren wirken sich nicht nur auf ein, sondern gleich auf mehrere Produkte aus.

Wichtige Einflussfaktoren sind zum Beispiel:

  • 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

Wird bei der Produktion der Bezug zwischen Einflussfaktoren und Produkten erfasst (z. B. automatische Erfassung der Stücknummer, bei dem ein Werkzeugwechsel stattfindet), können die betroffenen Stücke bei einem Problem leichter identifiziert werden. Umgekehrt lässt sich so die Ursache eines aufgetretenen Fehlers oft deutlich einfacher identifizieren.

Bei einer Kennzeichnung von einzelnen Stücken bietet es sich folglich an, alle anderen Dokumentationen an diesen Stücknummern zu orientieren. So erhält man deutlich präzisere Informationen, als bei einer Dokumentation von Chargenwechseln z. B. auf Basis von Uhrzeiten.

Für die eigene Produktion lassen sich relevante Einflussfaktoren relativ einfach identifizieren und die entsprechenden Strukturen können aufgebaut werden. Schwieriger wird es, wenn Bauteile von Zulieferern verbaut werden, bei denen nicht jedes Stück eineindeutig gekennzeichnet ist. In der Regel hat man hier Informationen über das Wareneingangsdatum, eventuell noch eine Chargennummer und bestimmte Verpackungseinheiten (Paletten, Boxen, Säcke, Bigpacks etc.).

Ohne genauere Kenntnisse der Produktions-, Kennzeichnungs- und Verpackungsprozesse des Lieferanten kann man keine generelle Empfehlung abgeben, welche dieser Informationen zu erfassen sind. Auch das Abspeichern aller verfügbaren Informationen ist nicht hilfreich, wenn der Kontext dieser Informationen unbekannt ist. Zusätzliche Informationen wiederum können nur manuell oder mit hohem technischen Aufwand erfasst werden: Beispielsweise kann auch die Position eines Stückes in der Verpackungsbox für den Zulieferer eine eindeutige Bedeutung haben.

Ist eine genauere Rückverfolgbarkeit erforderlich, ist die Integration/Abstimmung der Dokumentation von Lieferanten und Unternehmen notwendig. Erst durch die unternehmensübergreifende Betrachtung ist es möglich systematisch zu Lösungen zu kommen, die bei minimalen Herstellungskosten die größte (bzw. angestrebte) Rückverfolgbarkeit gewährleisten. Unter Umständen erfordert dieses Vorgehen allerdings eine Umstellung der Prozesse beim Lieferanten oder im Unternehmen selbst.

In den zwei folgenden Beispielen wurde die Rückverfolgbarkeit durch die Reorganisation der Prozesse aus einer unternehmensübergreifenden Perspektive signifikant verbessert:

1. Bei der Produktion eines kleinen Spritzgussteiles wird mit einem Werkzeug und mehreren Nestern gearbeitet. Bei der Produktentwicklung hat sich gezeigt, dass einer der höchstbewerteten Fehler-Ursachen (z. B. Risikoprioritätszahl einer Prozess-FMEA) die Nester betrifft.  Der Fehler  befindet sich insgesamt in einem akzeptablen Bereich, trotzdem sollten die Rückverfolgbarkeitsprozesse natürlich besonders bereits identifizierte Fehlerursachen berücksichtigen. Die Spritzgussteile sind sehr klein und eine Kennzeichnung auf Stückebene ist deshalb nicht möglich bzw. sinnvoll. Durch relativ einfache Maßnahmen an der Spritzgussmaschine konnte erreicht werden, dass die Spritzgussteile beim Auswerfen so getrennt bzw. sortiert werden, dass alle Teile, die mit einem Nest gefertigt wurden, einer Verpackungseinheit zugeordnet werden. Diese einfache Umgestaltung ermöglicht nun ein wesentlich effizienteres Prüfen der Spritzgussteile. Während zuvor eine Stichprobenprüfung von den Nestern ausgelöste Fehler nur zufällig finden konnte, prüft man nun durch Test eines einzelnen Teils genau ein Nest. Die Testergebnisse gelten dann typischerweise für die gesamte Verpackungseinheit.

2. Das Konzept der Rückverfolgbarkeit ist von Haus her auf Stückgüter ausgerichtet. Bei der Rückverfolgbarkeit von Nicht-Stückgütern, lassen sich einige Methoden aus dem Bereich Rückverfolgbarkeit nur bedingt anwenden, wie dieses Beispiel zeigt: Bei der Herstellung von textilien Flächen, genauer gesagt einem Filz (Rollenware), wird der Prozess genau überwacht. Die Dicke und das Flächengewicht des Filzes werden kontinuierlich gemessen und für die Regelung des Produktionsprozesses genutzt. Der Kunde wird aus dieser Rolle nun viele kleine Stücke zum Einbau als Filtermedien in Filterkartuschen herausschneiden (pro Rolle 100.000 Stück). Der Kunde führt eine Wareneingangsprüfung durch, bei der einige anwendungsspezifische Parameter getestet werden (Druckabfall bei der Filtration von einem bestimmten Medium etc.). Aufgrund des fehlenden Hintergrundwissens können diese Prüfungen nicht schon beim Zulieferer erfolgen. Auch eine Prüfung der einzelnen ausgeschnittenen Stücke wäre aufgrund der hohen Stückzahl nicht praktikabel. Mit Hilfe der während der Produktion vom Zulieferer aufgezeichneten Daten können die Proben aber nun gezielt an den Stellen (Abschnitte der Rolle, Position in Meter) genommen werden, bei denen die größten Abweichungen vorliegen. Es geht hier praktisch nicht um eine Rückverfolgbarkeit auf „Stücklevel“ sondern um die Rückverfolgbarkeit auf „Meterpositionslevel“.