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Aktuelle Artikel und Nachrichten rund um die technische Dokumentation finden Sie im Nachfolgemagazin der doculine news, den transline tecNews
Entwicklung von kundengerechten und fehlerresistenten
Produkten
Artikel erschienen
in
Ausgabe November 2001
Von Frank
Lesmeister und Dieter
Wilhelm
Inhaltsübersicht:
Die PLATO
AG, Lübeck, hat in Zusammenarbeit mit dem Werkzeugmaschinenlabor
(WZL) der RWTH Aachen und einem industriellen Arbeitskreis
eine neue Vorgehensweise zur qualitätsorientierten Produktentwicklung
entwickelt und im Softwaresystem SCIO realisiert. Die Software
und die Vorgehensweise wurden erfolgreich im Rahmen eines Pilotprojektes
im Philips Glühlampenwerk Aachen eingesetzt.
Problemstellung
Das Philips Glühlampenwerk Aachen stellt als Automobilzulieferer
Glühlampen für die Automobilindustrie her. In Aachen
werden sowohl Xenon- als auch Halogenlampen hergestellt. Philips
ist in das eng miteinander verflochtene Zuliefernetz der Automobilindustrie
eingebunden. Das Glühlampenwerk liefert seine Waren entweder
an OEM oder an Systemlieferanten; zur Herstellung seiner Lampen
benötigt Philips wiederum selbst Teile, die von Zulieferern
bezogen werden.
Das Umfeld, in dem sich Philips als Global Player behaupten muss,
ist geprägt durch internationalen Konkurrenzdruck, immer
kürzer werdende Produktlebenszeiten und dem Wunsch der Kunden
nach individuellen, ihren Bedürfnissen angepassten Produkten.
Unternehmen können auf dem Markt nur bestehen, wenn sie sich
diesen Herausforderungen stellen und ihre Produkte ständig
verbessern und an die Wünsche der Kunden anpassen. Es ist
wichtig, bereits in frühen Phasen der Produktentwicklung
die Kundenwünsche zu beachten und systematisch und strukturiert
in ein Produkt zu überführen. Hierbei ist darauf zu
achten, dass mögliche Risiken frühzeitig erkannt und
minimiert werden.
Mit den Methoden Quality Function Deployment (QFD) und Fehlermöglichkeits-
und -Einflussanalyse (FMEA) existieren zwei wirkungsvolle Methoden
des präventiven Qualitätsmanagements, die es ermöglichen,
Kundenforderungen und Risiken in frühen Entwicklungsphasen
zu beachten [1]. Doch wie eine Untersuchung
des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen zeigt, werden
diese Methoden in der Industrie nur sehr selten eingesetzt, obwohl
die meisten Unternehmen von deren Nutzen überzeugt sind [2].
Dies liegt vor allem an der Komplexität und der fehlenden
Verknüpfung der Methoden.
Der Einsatz der FMEA ist bei Philips zwar Standard, doch auch
hier zeigen sich Probleme bei der Anwendung. Insbesondere die
Ermittlung übergreifender, funktionaler Systemzusammenhänge
und Ursache/Wirkungs-Ketten wird als sehr aufwendig und komplex
angesehen. Der Einsatz der QFD ist nur wenig verbreitet. Mittels
der im Hause Philips verwendeten Vorgehensweise CPS (Critical
Path System) wurde versucht, die QFD und FMEA durch die Verwendung
miteinander verknüpfter Matrizen miteinander zu verbinden.
Doch aufgrund einer fehlenden Softwareunterstützung und weiterhin
existierender Probleme bei der Verknüpfung der System- und
Fehleranalyse ist auch diese Vorgehensweise sehr komplex und aufwendig.
Die Lösung
Bei der PLATO AG, Lübeck, wurde im Rahmen eines von der
Forschungsgemeinschaft Qualität e.V. (FQS) betreuten Forschungsprojektes
in Zusammenarbeit mit dem WZL der RWTH Aachen, dem Philips Glühlampenwerk
Aachen und weiteren namhaften Industrieunternehmen eine Vorgehensweise
zur Integration von QFD und FMEA erarbeitet und konsequent in
der Software SCIO umgesetzt [3].
Zentrales Element ist hierbei die so genannte Matrix-Analyse.
Dabei handelt es sich um eine modifizierte QFD, bei der die zentralen
QFD-Matrizen verwendet werden, um die Funktionen des betrachteten
Systems zu bestimmen und bis auf Prozessebene herunterzubrechen.
Entgegen der klassischen QFD werden in den obersten Ebenen keine
technischen Merkmale, sondern Funktionen ermittelt, die direkt
in der FMEA weiterverwendet werden können. Von technischen
Merkmalen spricht man erst auf Bauteilebene. Technische Merkmale
können hierbei z.B. Bohrungen oder Oberflächen sein.
Sowohl den Merkmalen als auch den Funktionen kann man auf allen
Ebenen Spezifikationen, also messbare Werte, zuordnen. Das Ergebnis
der Matrix-Analyse ist ein systematisch hergeleitetes funktionales
Systemdesign und ein Lastenheft, in dem das System klar und deutlich
mit allen wichtigen Eigenschaften beschrieben ist.
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| Systematische Bestimmung des
Systemdesigns |
Die so ermittelten funktionalen Systemzusammenhänge dienen
als Input für die FMEA. Damit gehört die aufwendige
Bestimmung dieser Zusammenhänge, die zur Ermittlung der Fehler/Ursachen-Beziehungen
in der FMEA notwendig sind, der Vergangenheit an.
Softwareeinsatz
Die oben knapp dargestellte, in SCIO umgesetzte Vorgehensweise
wird im Rahmen eines Pilotprojektes im Philips Glühlampenwerk
Aachen zur Entwicklung fehlerresistenter und kundengerechter Produkte
eingesetzt. Entscheidend für die Nutzung von SCIO ist das
aus ersten Ergebnissen an Halogenlampen sichtbare Potenzial bei
der Verbesserung der Produkte.
Hierbei wurden in einem ersten Schritt die Funktionen mit ihren
jeweiligen Spezifikationen bestimmt, die eine Halogenlampe erfüllen
muss. Danach wurden sie systematisch mittels der SCIO-Matrix-Analyse
in einzelne Komponenten zerlegt. Wichtig zur Bestimmung der Funktionsstruktur
ist die Ermittlung der Korrelationen zwischen Komponenten und
Funktionen. Hier zeigte sich der Vorteil der eingesetzten Matrizen:
Sie ermöglichen es, auf einfache Art und Weise darzustellen,
welche Komponenten einen Beitrag zur Erfüllung welcher Funktionen
leisten. Dieser Zusammenhang kann entweder qualitativ dargestellt
oder mittels Bewertungsfaktoren von 1 bis 10 quantifiziert werden.
Im dargestellten Beispiel ist zu erkennen, dass z.B. die Wendel
etwas dazu beiträgt, dass die definierte elektrische Leistung
eingehalten wird.
Diese Vorgehensweise wurde nun für die Komponente "Wendel"
bis auf Prozessebene fortgesetzt. Hierzu wurden die Funktionen
der Glühlampe über Funktionen der Wendel in Funktionen
des Drahtes überführt. Zur Detaillierung der Funktionen
von der höheren Ebene in die tieferen stehen wieder Matrizen
zur Verfügung. Der Draht wurde in seine Bestandteile zerlegt
und wiederum die funktionalen Zusammenhänge in die entsprechende
Matrix eingetragen. In einem letzten Schritt wurden den technischen
Merkmalen des Drahtes Fertigungsprozesse zugeordnet.
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Matrix-Analyse über alle
Ebenen
(Zum Vergrößern auf das Bild klicken.) |
Der Einsatz der Matrix-Analyse ermöglichte es, die funktionalen
Systemzusammenhänge strukturiert darzustellen. Es hat sich
gezeigt, dass diese Vorgehensweise besonders den Entwicklern entgegen
kam, da die Verwendung von Matrizen der Arbeitsweise eines Ingenieurs
gut entspricht. Durch die Zuordnung von Spezifikationen zu Funktionen
und Merkmalen erhielt man neben dem funktionalen Systemdesign
auch ein Lastenheft als Ergebnis, das dazu dient, den Zulieferern
klar und eindeutig darzustellen, welche Eigenschaften sie mit
ihren Produkten gewährleisten müssen. Die Matrizen sind
die Grundlage für alle weiteren Schritte – deshalb,
so hat sich gezeigt, sollte man diese sehr sorgfältig aufbauen.
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Funktions- und Systemstruktur
(Zum Vergrößern auf das Bild klicken.) |
Mit dem funktionalen Systemdesign war die Grundlage für
eine schnelle und einfache Fehleranalyse gelegt. Zur Bestimmung
der Ursache/Wirkungs-Ketten wurden in einem nächsten Schritt
nur die potenziellen Fehler jeder Systemebene bestimmt. Um die
potenziellen Folgen und Ursachen, also um die aufwendigen und
zeitintensiven Tätigkeiten der herkömmlichen FMEA, brauchte
man sich vorerst noch nicht zu kümmern. Die Ursache/Wirkungs-Ketten
bestimmen sich aus den ermittelten Zusammenhängen.
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| Ursache/Wirkungs-Kette |
Hierzu konnte ein weiteres wirkungsvolles SCIO-Modul eingesetzt
werden: die Fehlerbaum-Systemanalyse. Dieses Modul ermöglicht
es, Ursache/Wirkungs-Zusammenhänge auf Basis der ermittelten
Funktionszusammenhänge vorzuschlagen. Die Aufgabe des Entwicklers
war es nur noch, die vorgeschlagenen Wirkzusammenhänge auf
Plausibilität zu prüfen. In der Regel schlägt das
System mehr Zusammenhänge vor als sinnvoll sind. Dies liegt
daran, dass jeder Funktion mehrere potenzielle Fehler zugeordnet
werden können. Die Beziehungen, die nicht zutreffen, können
einfach aus dem Fehlerbaum entfernt werden.
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Fehlerbaum-Systemanalyse
(Zum Vergrößern auf das Bild klicken.) |
Bei der Anwendung der Fehlerbaum-Systemanalyse zeigte sich, dass
die Erstellung der Fehlerbäume von der System- bis auf die
Bauteilebene für die ersten Fehler noch aufwendig ist. Der
Aufwand reduziert sich aber immer weiter, da einmal bekannte Fehlerbäume,
die wiederum eine Ursache für andere potenzielle Fehler darstellen
können, vom System komplett direkt übernommen werden
können und somit nicht erneut bis auf die tiefste Ebene analysiert
werden müssen. Insgesamt konnte dadurch eine große
Reduzierung des Aufwandes zur Erstellung der Ursache/Wirkungs-Zusammenhänge
erzielt werden.
Durch die anschließende automatische Überführung
der Ergebnisse in das FMEA-Formblatt reduziert sich der nachfolgende
Aufwand für die Komplettierung der FMEA auf die bekannten
Einträge zur Risikoabschätzung und eventuell notwendiger
Verbesserungsmaßnahmen.
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FMEA-Formblatt
(Zum Vergrößern auf das Bild klicken.) |
Fazit
Die entwickelte Vorgehensweise und deren konsequente Umsetzung
im Softwaresystem SCIO ermöglicht die Entwicklung von kundengerechten
und fehlerresistenten Produkten. Durch den Einsatz der QFD-Matrizen
wird sichergestellt, das Richtige zu tun, und durch die FMEA,
dies auch richtig zu tun. Durch die Verknüpfung von QFD und
FMEA ist es möglich, den qualitätsorientierten Produktentwicklungsprozess
effektiv und effizient zu unterstützen.
Das Pilotprojekt im Philips Glühlampenwerk Aachen hat gezeigt,
dass der Einsatz von Qualitätsmanagement-Methoden, wenn dies
richtig geschieht und mittels geeigneter Software unterstützt
wird, Entwickler in ihrer täglichen Arbeit sehr wirkungsvoll
unterstützen kann. Mit Hilfe der Software SCIO konnten sonst
sehr aufwendige Tätigkeiten im Rahmen der FMEA erheblich
vereinfacht werden:
- Durch die strukturierte Vorgehensweise kann sichergestellt
werden, dass die entwickelten Produkte die Forderungen der Kunden
erfüllen und die potenziellen Risiken bei der Entwicklung
beachtet und minimiert werden können.
- Durch die Zuordnung von Bauteilen zu Funktionen mit deren
Spezifikationen erhält man ein Lastenheft, welches zur
Kommunikation mit dem Lieferanten eingesetzt werden kann.
- Durch die Kenntnis der Wirkungszusammenhänge wird dieser
in den qualitätsorientierten Entwicklungsprozess eingebunden
und sichergestellt, dass auch die Zulieferteile den geforderten
Beitrag zur Schaffung von qualitativ hochwertigen Produkten
leisten.
Der Einsatz von SCIO und die damit verbundene neue Vorgehensweise
unterstützt somut die Philips-Unternehmensstrategie "Customer
First" wie auch den Slogan "Let´s make things
better".
Literatur
[1] Pfeifer, T.: Qualitätsmanagement. 3. Aufl. München:
Hanser 2001.
[2] Pfeifer, T./Lesmeister, F.: Präventive QM-Methoden einfacher
gestalten. In: ZWF 94 (1999) Nr. 11, S. 642-645.
[3] Lesmeister, F.: Verbesserte Produktplanung durch den problemorientierten
Einsatz präventiver Qualitätsmanagement-Methoden. Diss.
Düsseldorf: VDI-Verlag 2001.
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