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Prozessverriegelung mit dynamischer Stichprobenanpassung

Ein Weg zur Nullfehlerproduktion

Die Nullfehlerproduktion setzt eine gesamtheitliche digitale Produktionsdatenverarbeitung voraus. Die bisherigen Strategien zum Industrie 4.0-Konzept konzentrieren sich auf den Austausch von Daten und die Standardisierung von Schnittstellen. Allein damit ist die frühzeitige Vermeidung von Produktionsfehlern noch nicht gegeben. Wie können nun die vielen digitalen Informationen aus den Prozessen für eine verbesserte und effizientere Fertigung genutzt werden? Die Antwort: Agieren und Reagieren und falls erforderlich die Prozesse frühzeitig verriegeln.

Bild: i©testro/Fotolia.com

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Der gesamte Fertigungsvorbereitungsprozess sollte bereits weitgehend auf digitalen Informationen aufbauen. Dazu gehören die Produktdesigndaten, Revisionen, Maschinenprogramme, Arbeitsanleitungen und Prozessdaten. Die Produktfertigung wird mit diesen Daten versorgt und der Fertigungsprozess wird mit allen Prüf-, Produktions-, Test-, Kalibrierungs-, Justage- und Nacharbeitsschritten geplant. Damit sollte theoretisch eine Nullfehlerproduktion möglich sein. In der Praxis sind naturgemäß viele Störgrößen gegeben, die es gilt zu erkennen, zu messen und entsprechend darauf zu reagieren. Derartige Informationen zeitnah digital aufzunehmen ist eine Grundvoraussetzung für die Nullfehlerproduktion. Eine weitere Herausforderung besteht dann allerdings darin, diese Informationen ebenfalls zeitnah zu analysieren und zu qualifizieren. So wird es zahlreiche digitale Messwerte geben, die innerhalb eines vorgegebenen Prozessfensters zur gewünschten Qualität führen. Auf der anderen Seite wird es ebensolche Werte geben, die nur eine unsichere Aussage über Prozessstabilität und Produktqualität zulassen. Dazu gehören zahlreiche Fehlersymptome, die erst durch weitergehende Prüfungen und Tests analysiert und dann qualifiziert werden können. Dabei sind dann in den meisten Elektronikfertigungen qualifizierte Mitarbeiter gefragt, die solche Bewertungen und Analysen vornehmen. In der digitalen Produktionswelt sollte dieser ‚manuelle‘ Qualitätsprozess ebenso eingebunden werden, wie alle automatisierten Produktions- und Prüfanlagen. Das Ziel Nullfehlerproduktion wiederum macht es erforderlich, dass den Mitarbeitern Möglichkeiten zur Verfügung gestellt werden, die es ihnen erlauben, Fehler richtig zu analysieren, Symptome zu erkennen und die Zusammenhänge durch Lernen erweitern zu können.

Digitale Vorlagen

In der Elektronikfertigung kann man hierfür die Originalkonstruktionsdaten in der richtigen Version den Produktionsmitarbeitern als digitale Vorlage in vollem Umfang zur Verfügung stellen. Mit diesen Voraussetzungen werden die Mitarbeiter dann in die Lage versetzt, gezielt auf ‚Störgrößen‘ zu reagieren und Prozessverbesserungen anzustoßen. Damit diese Maßnahmen in Echtzeit in der laufenden Produktion greifen, sollte das Nullfehlerprinzip in den digitalen Produktionsablauf eingebunden sein. Das bedeutet, dass nicht die Qualitätsdatenanalyse nach der Produktion zu einer Nullfehlerfertigung beiträgt, sondern dass nur die Einbettung der Qualitätsdatenüberwachung in den laufenden Produktionsprozess die Nullfehlerrate sicherstellen kann. Es gilt in Echtzeit in der laufenden Produktion auf Störgrößen richtig zu reagieren und diese Reaktionsmaßnahmen wiederum zu überwachen. Nullfehlerproduktion bedeutet, möglichst ohne Fehler zu produzieren und nicht erst am Ende der Produktion die Produkte mit Nullfehlern zu filtern. Damit muss die Reaktion auf Fehler und Störgrößen in den laufenden Produktionsprozess als Arbeitsschritt automatisch mit einfließen. Hierbei zeigen sich dann die Vorteile eines durchgängigen digitalen Betriebssystems für die Elektronikfertigung, da Produktionsplan und Qualitätsplan nicht unabhängig voneinander sondern in einem integrativen System erst die Voraussetzungen für die Nullfehlerproduktion schaffen.

Intelligente Prozessverriegelung

Einen weiteren großen Vorteil der digitalen Unterstützung im Produktionsprozess und bei der Qualitätsdatenüberwachung bietet die Möglichkeit, mit automatisierten Regelmechanismen auf die Störgrößen zu reagieren. Bei einem physikalisch bekannten Verhalten eines Regelkreises kann auf den Einfluss von Störgrößen mit mathematischen Methoden reagiert beziehungsweise der Stellwert geregelt werden. In der Praxis der Elektronikfertigung haben sich zur ‚Regelung‘ statistische Methoden durchgesetzt. Ihre konsequente Anwendung während der laufenden Produktion und Qualitätsdatenüberwachung sollte daher ein wesentlicher Bestandteil einer eingesetzten Lösung sein. Zu Beginn der Produktion wird für jedes Produkt ein Prozessplan mit den entsprechenden Qualitätsrouten erstellt. Ebenfalls in der Planung werden die Prozessparameter mit den Prozessfenstern definiert und festgelegt. Hierbei muss der Prozess- und Qualitätsplaner keinesfalls alles neu entwerfen oder erstellen, sondern sollte auf bewährte Vorlagen zurückgreifen und diese bei Bedarf individuell anpassen können. Im Ergebnis wird für die Produktion damit ein elektronischer ‚Fahrplan‘ erstellt, der wiederum dazu verwendet wird, die Einhaltung der vorgegebenen Routen und Qualitätsdaten zu überwachen. Würde die Produktion immer in geregelten Bahnen verlaufen, könnte man mit einem solchen Produktions- und Qualitätsplan erfolgreich arbeiten. In der Praxis stehen die schon erwähnten ‚Störgrößen‘ dieser Theorie entgegen und es gilt entsprechend dynamisch darauf zu reagieren. Sehr hilfreich sind hierbei weitgehend automatische Algorithmen, die basierend auf den laufenden Rückmeldungen aus der Produktion die Qualitätsdatenerfassung ’nachregeln‘. Symptome und Fehler, die in der laufenden Fertigung festgestellt werden, führen zu einer automatisch angesteuerten Reaktion. Das Ergebnis der Reaktion wird dokumentiert und bei Qualitätsverbesserung wir die Überwachung der eingeleiteten Maßnahme in den Produktionsfluss integriert. Damit das Ziel der Nullfehlerproduktion erreicht werden kann, müssen sämtliche Maßnahmen, die eingeleitet wurden auch kontinuierlich überwacht werden. Nur mit einer durchgehenden digitalen Lösung für alle beteiligten Prozessschritte ist diese Anforderung auch in der Praxis umsetzbar. Wurden geplante Maßnahmen, Produktions- oder Prüfschritte nicht ausgeführt, sollte das System darauf automatisch reagieren. Hier bietet sich beispielsweise die Prozessverriegelung an. So wird sichergestellt, dass es zu keinen ungewollten Ausschussproduktionen oder nicht kontrollierten Prozessschritten in der Fertigung kommt. Die korrekte Reaktion auf inkorrekte Zustände wird somit dauerhaft und im laufenden Produktionsbetrieb sichergestellt.

Ständig messen und überwachen

Dr.-Ing. Friedrich W. Notling ist Geschäftsführer der Aegis Software GmbH in Erlangen.

Dr.-Ing. Friedrich W. Notling ist Geschäftsführer der Aegis Software GmbH in Erlangen.

Voraussetzung für die Nullfehlerproduktion ist das Arbeiten mit digitalen Produktdaten in der Fertigung. Ständiges Messen und Überwachen der Fertigungs- und Prozessschritte erlaubt die frühzeitige Erkennung von Abweichungen. Mit lernenden digitalen Systemen, die aus Symptomen die richtigen Rückschlüsse ziehen, wird der richtige Weg in Richtung Nullfehlerproduktion eingeschlagen. Nur der geschlossene Regelkreis stellt den Lösungsansatz für die Reaktion auf Störgrößen und die Regelung im Fertigungsprozess dar.


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