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Guide zur Prüfentwicklung

Prüfentwicklung
Produktprüfbarkeit
Herleitung der Prüfmerkmale
aus den Qualitätsmerkmalen
Prüfplanung für alle
Qualitätsprüfungen
Prüfsoftware
Prüfequipment,
Prüfhardware
Prüfreview und
Prüfdokumentation

Ziel und Zweck: Vorgaben für Prüfungen und Messungen an Produkten und Prozessen sowie der Annahme-/Rückweisekriterien durch die Designabteilung. Geklärt werden muss die Prüfbarkeit von neuen Produkten. Durch Prüfungen werden ZIEL-Anforderungen an Produkte, Dienstleistungen und Prozesse mit dem IST-Zustand verglichen. Prüfungen sind im gesamten Qualitätsprozess vorzunehmen, damit Mängel so früh als möglich erkannt werden. Für die Eingangs- Zwischen- und Endprüfungen sind Ablaufpläne zu erstellen und Zuständigkeiten festzulege, sowie die einzelnen Prüfschritte (Erstmusterprüfung, Serienprüfungen) sowie deren Kennzeichnung und Freigaben zu berücksichtigen, gegliedert nach Produkt-, Materialgruppen und Fertigungsabteilungen (WITTIG [5] S.75).

Hinweis: Die Prüfplanung ist ein wichtiger Teil der Qualitätsplanung. Bei der Prüfplanung muss auch die Möglichkeit von Produktänderungen oder Produktvarianten berücksichtigt werden.

Organisatorisches – Personelles

Die Prüfplanung erfolgt im Allgemeinen während der Produkt-/ Prozessentwicklung durch das selbe Entwicklerpersonal. In Sonderfällen bei sehr komplexen Produkten (z.B. Halbleiter) kann es eine personell eigenenständige Prüfentwicklung geben, welche aber eng mit der Produkt-/ Prozessentwicklung zusammenarbeiten muss.

Zuständigkeiten: Für die Prüfvorgaben ist die Designabteilung mit eigener Prüfentwicklung sowie die Fertigung mit eventuell eigener Prüfabteilung zuständig. Die Beschaffung der Prüfmittel erfolgt durch die Arbeitsvorbereitung und die Fertigung oder Prüfabteilung. Die Prüfungsdurchführung ist Sache der Fertigung oder Prüfabteilung, bei Selbstprüfung des jeweiligen Bearbeiters bzw. eines jeden einzelnen Mitarbeiters. Im Bauwesen (auf der Baustelle) erfolgen die Eingangs- und Zwischenprüfungen durch Vorarbeiter, die Endprüfungen zur Bauabnahme durch die Bauleitung, meist im Beisein des Kunden.

Produktprüfbarkeit

Mittels geeigneter Prüfung soll nachgewiesen werden, dass das Endprodukt alle dem Kunden garantierten bzw. vom Kunden geforderten (spezifizierten) Qualitätsmerkmale erfüllt. Die Prüfung eines Merkmals ist jedoch kritisch im Hinblick auf ihre technische Prüfbarkeit, auf die Notwendigkeit und auf eine wirtschaftliche Verträglichkeit zu überprüfen. Weiters ist zu klären, wie und in welchem Umfang die spezifizierten Produktmerkmale auch messtechnisch einer Überprüfung zugänglich sind.

Die Prüfplanung sollte berücksichtigen, dass insbesondere jene Merkmale geprüft werden, welche Probleme bzw. Zielabweichungen erwarten lassen. Häufig sind es jedoch die unerwartet und unvermutet auftretenden Zielabweichungen, welche eventuell nicht geprüft (gemessen) werden und beim Kunden anschliessend zu Problemen führen. Häufig werden auch nur Einzelmerkmale abgetestet, nicht aber Merkmalskombinationen. In der Praxis sind es dann manchmal solche Kombifehler, die beim Kunden Probleme machen.

Näheres zur Produktprüfbarkeit findet sich hier.

Wichtige Aufgaben der Prüfentwicklung

Festlegung von:
Prüfvorgaben (Prüfplan)
Gut-/Schlechtkriterien
Annahme- u. Rückweisekriterien
Prüf-u.Haltepunkte
100% Prüfung oder Stichprobe

Eine erste Aufgabe der Prüfentwicklung ist die Festlegung der Prüfmerkmale (attributive oder kontinuierliche Prüfmerkmale), wobei der Aspekt der Prüfbarkeit zu berücksichtigen ist. Prüfvorgaben, Gut-/Schlechtkriterien sowie die Annahme- und Rückweisekriterien sind festzulegen. Ebenso ist festzulegen, ob Stichrobenprüfungen (mit Festlegung des Stichprobenplans) oder 100 % Prüfungen erfolgen sollen. Weiters festzulegen sind die Verantwortlichkeiten sowie die Häufigkeiten der Prüfungen. Die Art der Datendokumentation sowie Datenauswertung mit den gegebenenfalls erforderlichen Maßnahmen sind ebenfalls festzulegen.

Ableitung der für die Prüfplanung wichtigen Prüfmerkmale aus den Qualitätsmerkmalen

Häufig bereits im Zuge der Auftragserteilung oder während der Produkt-/ Prozessentwicklung unter Einbeziehung sehr mächtiger Methoden wie der QFD-Quality Function Deployement-Methode oder der FMEA-Methode geschehen die auch für die Prüfplanung wichtigen Festlegungen:

Voraussetzung für eine zielführende Prüfplanung sind definierte Qualitätsmerkmale mitsamt deren Ziel- und Spezifikationswerten. Diese Qualitätsforderungen an das Produkt werden im Rahmen der Qualitätsplanung schon beim Auftragseingang (Auftragserteilung, Akquisition; Prüfspezifikation) am Begin der Entwicklungsarbeit festgelegt.

Die Wirksamkeit der Methode ”QFD- Quality Function Deployment” zur systematischen Erfassung der Kundenforderungen und Überleitung in spezifizierbare, technische Qualitätsmerkmale wurde an dieser Stelle schon mehrfach beschrieben.

Näheres zu dieser umfangreichen Methode:

zu ”QFD- Approach” allgemein siehe hier
zu ”QFD- Approach” PHASE 4 und PHASE 4a siehe hier

Näheres zur systematischen Herleitung von Prüfmerkmalen (Prüfspezifikation) siehe hier

Grenzen der Prüfbarkeit

Die Prüfplanung sollte berücksichtigen, dass insbesondere jene Merkmale geprüft werden, welche Probleme bzw. Zielabweichungen erwarten lassen. Häufig sind es jedoch die unerwartet und unvermutet auftretenden Zielabweichungen, welche eventuell nicht gemessen werden und beim Kunden dann zu Problemen führen. Häufig werden auch nur Einzelmerkmale abgetestet, nicht aber Merkmalskombinationen. In der Praxis sind es dann manchmal solche Kombifehler, die beim Kunden Probleme machen.

Solche Kombifehler werden häufig erst mit dem ersten Auftreten beim Kunden entdeckt. Hier können vorgelagerte Risikountersuchungen und Auswertungen von Erfahrungen und bereits aufgetretenen Problemen Risiken verringern. Aber eine 100% lückenlose messtechnische Überprüfung ist zumindest bei komplizierteren Produkten nicht sinnvoll, da diese viel zu teuer und daher nicht wirtschaftlich wäre.

Ein ganz spezielles problem des Prüfdurchschlupfs gibt es trotz 100%-Konztrollen bei optisch-visuellen Prüfungen durch menschliche Prüfer. Selbst 100% Prüfungen können bei menschlichen Prüfungen einen Schlupf aufweisen. Dem Verfasser ist Durchschlupf selbst nach mehrfacher 100%-Selektion bekannt. Dies gilt auch für Sortierprüfungen. Dieses Problem wird man erst durch den verstärkten Einsatz automatischer optisch-visueller Erkennungssysteme in den Griff bekommen.

Zusammenfassend kann nach DANZER festgestellt werden, dass das Bemühen nach Sicherstellung der Qualität (allein durch) Prüfung des Endergebnisses UNSICHER ist! ([1] S.125).

Prüfplanung in sämtlichen Produktenstehungsphasen

Prüfplanung in allen Produktentstehungsphasen
  • Design Reviews
  • Freigabeprüfungen
  • Festlegung von Prüf- und Haltepunkten
  • Lebensdauerprüfungen
  • Typisierungsprüfungen
  • usw.

Wo und zu welchem Zweck werden Prüfungen durchgeführt?
Für alle Phasen der Produktenstehung und der Auftragsabwicklung sind Prüfvorgänge einzuplanen. Zu den Aufgaben der Prüfplanung gehört festzulegen, welche Prüfungen wo und in welchem Umfang sinnvoll sind. Beispiele hierfür sind Design Reviews, Freigabeprüfungen, Lebensdauerprüfungen, Typisierungsprüfungen u.a.m. (DANZER [1] S.122).

Qualitätsprüfungen können nicht früh genug im Produktentstehungsprozess angesetzt werden. So sind bereits die Entwurfsprüfungen (Design Review) wichtige Qualitätsprüfungen. Nachstehend in der Norm angeführte produktbezogene Qualitätsprüfungen wie Eingangs-, Zwischen- und Endprüfungen zielen auf die Produktqualität ab. Die moderne Sichtweise betrachtet jede Tätigkeit als Prozess, welche auch Gegenstand systematischer Qualitätsprüfungen sein kann. Die Prüfplanung dient dazu, die Prüfungsqualität bei allen Prüfungstätigkeiten zu gewährleisten. Sie ist etwas anderes als die Qualitätsprüfung und daher hiervon zu unterscheiden.

Auch ein Prüfverfahren muss erst den Nachweis erbringen, dass es für diese Prüfung geeignet ist. Der Nachweis der Prüfsicherheit ist durch Risikobetrachtungen zu erbringen.Es besteht nicht selten ein erschreckende Diskrepanz zwischen untersteller und tatsächlicher Prüfsicherheit (DANZER [1] S.124).

Prüfplanung für die unterschiedlichen Arten der Qualitätsprüfungen

Es gibt eine ganze Reihe unterschiedlicher Qualitätsprüfungen, die alle ihre Berechntigungen haben. Sinn und Zweck dieser Prüfungen können völlig unterschiedlich sein, was bei einer Prüfplanung berücksichtigt werden muss.

Ganz allgemein gilt festzulegen, warum und was überhaupt geprüft werden soll. Ganz sicher reicht die alleinige Prüfung der Produktmerkmale ohne eine wirkungsvolle Prozesslenkung nicht aus. Bei einem solchen Vorgehen blieben in Ermangelung anderer Möglichkeiten nur Sortierprüfungen oder Attributive Prüfungen (”Gut/Schlecht”-Auswahlsprüfungen). Automatisch wird mit dieser früher häufigen Methode viel Ausschuss produziert.

Um dies zu vermeiden ist es unumgänglich, die Zusammenhänge der für den Kunden relevanten Qualitätsmerkmale und den Prozessmerkmalen besser zu verstehen. Auch für die Prozessregelbarkeit ist dies unumgänglich. Ein ausreichendes Verständnis der Prozessreaktionen auf Einfluss- und Störgrössen, sowie die Prozessbeherrschbarkeit und Prozessfähigkeit müssen vorhanden sein. Hier sind die ausschlaggebenden Prozessmerkmale zur Prozesssteuerung heranzuziehen. Die Prozesse und Prozesszusammenhänge sollten in ihren Auswirkungen auf das Produkt soweit bekannt und verstanden sein, dass eine Messung einzelner Prozess- und Produktmerkmale nur mehr zu deren Darlegung bzw. als Nachweis nötig sind. Und (nur!!) in Ausnahmefällen und auschließlich in Ermangelung anderer Möglichkeiten sollten einzelne Produkte mit bestimmten Produkteigenschaften über Sortierprüfungen herausgefiltert werden.

Man sieht daher, wie wichtig auch aus der Sicht der Prüfplanung ein tiefgreifendes Verständnis der Prozesse, Prozesseigenschaften und Abhängigkeiten bzw. Zusammenhänge mit den Qualitätseigenschaften der Produkte notwendig ist.

Mächtige Methoden zur Prozessanlyse
  • Methoden der Ursachen - Wirkungsanalyse
  • DoE- statistische Versuchsplanung dafür gut geeignet

Qualitätsprüfungen in der Fertigung

Grundsätzlich kann Qualität nicht in Produkte ”hineingeprüft” werden.

Zusammenfassend kann nach DANZER festgestellt werden, dass Qualitätssicherung (allein durch) Prüfung des Endergebnisses UNSICHER ist! ([1] S.125). Nicht desto trotz gibt eine Vielzahl von Qualitätsprüfungen in der Fertigung, welche zu planen sind. Dies beginnt mit ”In line”- Prozessprüfungen bis hin zu Ausgangsprüfungen, Endprüfungen, Abnahmeprüfungen, welche als sogenannte Konformitätsprüfungen typische Bestätigungsprüfung vor Ablieferung des Produktes sind. Oft werden diese wegen noch auftretender Fehler als Nacharbeitseinleitung benutzt. Diese 100% Prüfung sollte als Nacharbeitseinleitung als Schritt in die Fertigung integriert sein.

Endprüfungen alleine sind jedoch kaum ein geeignetes Mittel, um die Qualität sicherzustellen. Daher häufig Ship- to- stock, wobei auf die dortige Eingangsprüfung verzichtet wird. Häufig ist diese Prüfung eine verwaltungstechnische Notwendigkeit der Bestätigung des Abschlusses der Auftragsabwicklung.

Selektionsprüfungen sind häufig auch ein Mittel zur Einleitung einer zweiten Fertigungsstufe (Nacharbeit)

Die Ursache kann Prüfen infolge eines unfähigen Prozesses sein. Falls ein Herstellprozess die erforderlichen Eigenschaften nicht vollständig erreichen lässt, kann in der Regel durch eine zweite Fertigungsstufe (Nacharbeit) die erforderliche Qualität erreicht werden.

Dies sollte von der Arbeitsvorbereitung optimiert werden und in jedem Fall als zusätzlicher Fertigungsschritt von der Fertigung selbst durchgeführt werden.

Stichprobenprüfungen beim Hersteller und Kunden

In der Vergangenheit (zumindest bei elektronischen Bauteilen) war es üblich, nach erfolgter 100%-Prüfung durch Qualitätsabteilungen nochmals Stichprobenkontrollen auf Herstellerseite und auf Kundenseite (Wareneingangsprüfung) durchzuführen. Erst in neuerer Zeit wurde auf diese Prüdungen aus Kostengründe verzichtet und durch entsprechende Audits ersetzt.

Selbstverständlich ist der Aufwand für diese 100%- Messung sehr hoch und man hat schon bald versucht, durch ausgeklügelte Stichprobensysteme diesen Aufwand zu verringern.

Stichprobensysteme wurden in einer Zeit entwickelt und mit Erfolg eingesetzt, in welchem Fehler noch im % oder bestenfalls im Promillebereich lagen. Hier wirkten Stichprobensysteme durchaus selektiv, und konnten Gutlose von Schlechtlosen wirkungsvoll trennen.

Stichprobensysteme stellen ein komplexes Zusammenspiel zwischen Annahmekennlinien, Wahrscheinlichkeiten und zugrunde gelegten mittleren Fehlerzahlen in der Ware dar, wobei sich aufgrund der gemachten Annahmen und des Qualitätslevels ein möglicher Durchschlupf ergibt. D.h. es werden nachweislich schlechte Einheiten in der Stichprobe toleriert u. geliefert. Um diese Situation "zu verbessern" hat man dann nur noch Stichprobensysteme mit "Fehler=0" zugelassen. Trotzdem wird ein akzeptabler Durchschlupf toleriert.

Bei einer sehr guten Qualitätslage im Bereich von wenigen ppm sind jedoch Stichprobensysteme nicht mehr selektiv bzw. müssten vom Stichprobenumfang so erhöht werden, dass man schon in den Bereich der 100% Messung kommt. D.h. dass Stichprobensysteme bei extrem niedrigen Fehlerraten in der Grundgesamtheit nicht mehr funktionieren bzw. Gut-/Schlechtlose nicht mehr wirkungsvoll selektieren. Ganze Regelwerke wurden erstellt (DIN 40 080) um Stichprobenprüfsysteme zur Einhaltung sogenannter annehmbarer Qualitätsgrenzlagen festzulegen.

Häufig wird aus Kostengründen die statistische Qualitätskontrolle gewählt. Stichproben werden zum Nachweis der Qualität eingesetzt, ohne die Qualitätsfähigkeit des Prozesses zu kennen! Dies bleobt Wunschdenken, da das Ergebnis auf diese Weise ebenso gut abgesichert sein könne wie durch eine in der Vorstellung verankerte Sortierprüfung (vergl. DANZER [1]).

Modernes Konzept: Audit anstelle Abnahmeprüfung
Auditplanung

Auch Audits müssen sinnvoll geplant werden. Wo sind (interne) Audits nötig? Externe Audits werden meist ohnehin von Kunden oder Zertifizierungsinstituten durchgeführt. Eine wichtige Frage im Zusammenhang mit der Prüfplanung ist, welche Art von Audits wo durchgeführt wird.

Hier besteht ein großer Gestaltungsspielraum (Interne) Audits sind sinnvolle Kontrollinstrumente auch für das Unternehmensmanagement. Wo, was, wie auditiert wird ist jedoch dem Gestaltungsspielraum sinnvoller und kostenbewusster Prüfplanung überlassen (DANZER [1] S.123).

Entwicklung geeigneter Prüfsoftware

Eine Grundaufgabe der Prüfentwicklung ist das Entwickeln geeigneter Prüfsoftware. Auch Gut-/Schlechtmuster müssen vorbereitet werden. Näheres hierzu finden Sie hier.

Anschaffung geeigneter Prüfhardware

Eine Grundaufgabe der Prüfentwicklung ist das Entwickeln bzw. die Beschaffung geeigneter Prüfsoftware. Gemeint sind hier die Vorgaben für die Beschaffung. Die Beschaffung selbst findet meist durch einen eigenen Einkauf statt. Näheres hierzu finden Sie hier.

Abschließende Freigabetests für Prüfhardware und Prüfsoftware

Zu weiteren wichtigen Grundaufgaben der Prüfentwicklung gehört auch das Durchführen der Freigabetests, von Prüfreviews und das Anfertigen einer Prüfdokumentation. Näheres hierzu finden Sie hier.

Prüfplanung von Qualifikationsvorgängen und Kundenbemusterungen

Auch Prüfvorgänge im Zuge von Qualifikationen und/oder von Bemusterungen müssen geplant werden. Näheres hierzu finden Sie hier.

Prüfplanung zur Fertigungsfreigabe von Equipment

Auch Prüfvorgänge im Zuge von für die Fertigung oder Freigabe von einzelnen Equipment und/oder von kompletten Fertigungen z,B, bei Verlagerungen oder bei Fremdfertigung müssen geplant werden. Näheres hierzu finden Sie hier.

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Literaturhinweise

  1. Danzer, H.H.: "Qualitätsmanagement im Verdrängungswettbewerb" TAW-Verlag Wuppertal ISBN 3-930526-01-8 und Verlag Industrielle Organisation Zürich 1995 ISBN 3-85743-979-3
  2. Geiger, W.:"Qualitätslehre, Einführung, Systematik, Terminologie", 2.Auflage, Vieweg Verlag, 1994
  3. Maurer,K.: "PRA-Produkt Risiko Analyse", Dissertation an der TU Graz 1994, Fak.f.Maschinenbau, Inst.Fertigungstechnik
  4. Maurer,K.: "PRA-Produkt Risiko Analyse- Qualität im Produkt-Design&", Inst.Fertigungstechnik der TU Graz 1994
  5. Wittig, K.J.:"Qualitätsmanagement in der Praxis; DIN-ISO 9000, Lean Production, Total Quality Management, Einführung eines QM-Systems im Unternehmen&", B.G.Teubner Verlag Stuttgart