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Konstruktionslehre II – V10
Qualitätssicherung
in Entwicklung und Konstruktion
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen
02. Juli 2014
Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen
• Sie können die unterschiedlichen Inhalte des Begriffs „Qualität“ erläutern.
• Sie kennen die grundsätzlichen Fehlermöglichkeiten in der E/K und können deren Ursachen
herleiten.
• Sie kennen die Maßnahmen zur Qualitätssicherung in E/K und können sie den Prozessphasen
zuordnen.
• Sie können den Ablauf eines Designreviews erläutern.
• Sie können die beiden Formen der FMEA erläutern.
• Sie können den Unterschied zwischen der FMEA und der FTA erläutern.
• Sie können den Ablauf der QFD erläutern.
• Sie können die Wirksamkeit der QFD bzgl. der Qualitätssicherung in E/K erläutern.
• Sie können die Maßnahmen zur Vermeidung verfahrensbezogener Fehler erläutern.
• Sie können die Inhalte der ISO 9000 ff bzgl. der E/K erläutern.
Lernziele dieser Vorlesung
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RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen
Auswahl einiger Literatur zum Thema:
• Hering, E.; Triemel, J.; Blank, H.-P. (Hrsg.): Qualitätsmanagement für Ingenieure
4. Aufl. Berlin, Heidelberg..: Springer 1999.
• Bertsche, B.; Lechner, G.: Zuverlässigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau
3. Aufl. Berlin, Heidelberg..: Springer 2004
Literatur
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
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1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Der Qualitätsbegriff I
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Woran denken Sie bei folgenden
Buchstabenkombinationen?
• Woher kommen solche Aussagen?
• Was sind die Folgen?
AEG: „Auspacken, Einschalten, Geht nicht!“
FIAT: „Fehler In Allen Teilen!“
BMW: „Bastel Mal Wieder!“
Der Qualitätsbegriff II
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Wie lange dauert es, einen verlorenen Kunden wieder zu
gewinnen?
Für Investitionsgüter?
• Kraftwerk
• Walzwerk
• Fertigungsstraße
Für Konsumgüter?
• Waschmaschinen
• Fernseher
• Auto
ca. 3 bis 10 Jahre
ca. 10 bis 30 Jahre
Der Qualitätsbegriff III
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DIN 55350 T 11:
„Qualität ist die Beschaffenheit einer Einheit bezüglich ihrer
Eignung, festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu
erfüllen“
nach TQM (Total Quality Management):
„Qualität bedeutet, der Kunde und nicht das Produkt
kommt zurück“
heute
Der Qualitätsbegriff IV
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Welche Rolle spielt die Entwicklung und Konstruktion in
Bezug auf den Qualitätsbegriff bei einem Produkt?
Stichworte:
• robustes Konzept
• Grundregeln der Gestaltung
• Gestaltungsprinzipien
• restriktionsgerechte Gestaltung
tolerantes Produkt:
• Fertigungsmängel
• Bedienmängel
Der Qualitätsbegriff V
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Kostenbeeinflussung u. -entstehung im PEP
Ko
nst
rukti
on
sph
ase
Möglichkeit der
Kostenbeeinflussung
Kostenentstehung
kumuliert
Zeitfortschritt im Produktentstehungsprozess nach Ehrlenspiel
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60% der Qualitätskosten entstehen
• in der Entwicklung: 40%
• in der technischen Planung: 20%
(nach Braunsperger)
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
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1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Grundsätzliche Fehlerarten und Folgen:
produktbezogene Fehler: • Funktionsmängel
• Leistungsmängel
• ...
verfahrensbezogene Fehler: • Dokumentationsmängel
• Mängel bei der
Lösungsabsicherung
• ...
Probleme mit dem Kunden
Produkthaftung
Fehlermöglichkeiten der E/K I
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produktbezogene Fehler
verfahrensbezogene Fehler
• mangelndes Dokumentenmanagement
• mangelndes Konfigurationsmanagement
• mangelndes Variantenmanagement
• mangelndes Änderungsmanagement
• mangelndes Versionsmanagement
• ...
Folgen (beispielhaft)
• Forderungen der Produkthaftung sind
nicht erfüllt
• Produkt ist nicht servicefähig
(Ersatzteilsteuerung)
• falsche Bauteile in der Produktion
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
Produkt lässt sich nicht montieren
Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
Produkt erfüllt nicht die geforderten
Leistungsdaten
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
Produkt ist nicht dauerfest
Fehlermöglichkeiten der E/K II
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
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1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse (FMEA)
• Fehlerbaumanalyse
• Quality Function Deployment (QFD)
• ISO 9001 (Validierung)
• ...
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Einsatz eines 3D-Modellierers
• Durchführung von Design-Reviews
• Statistische Tolerierung
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
• Prüfstandsversuche
• Feldversuche
• Simulationen:
Finite Elemente (FEM)
Mehrkörpersimulation (MKS)
...
produktbezogene Fehler Maßnahme(beispielhaft)
Maßnahmen zur Fehlervermeidung i.d. E/K
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System-
FMEA Produkt
vollständig
Design
Verifizierung
Risiko-
abschätzung
Entwicklungsprojekt
planen und starten
Prüfmerkmale
mit Toleranzen
definieren
Beginn der
Realisierungsphase
Merkmalswerte
mit Toleranzen
definieren
Produkt-
einführung
Design
Validierung
(Kundensicht)
System-FMEA
Produkt
Kunden-
anfrage
Vertrags-
prüfung
Nachfragen
beim Kunden
Angaben
vollständig?
Projekt
machbar?
Normen, Vor-
schriften, Gesetze,
Randbedingungen
Annahme des
Auftrages
Konstruktion
Lastenheft
Pflichtenheft
Nein
Nein
Ja
Ja
Design
Konstruktion
System-
FMEA
Produkt
beginnen
Haltepunkt
erreicht?
Entwicklung
beendet?
Projektplan
erstellen
(Zeit)
(Kosten)
Designvorgaben
(Pflichtenheft)
Nein
Ja
Konstruktions-
Entwicklungs-
schritt
Ja
Projektplan
(Netzplan)
nächster
Projekt-
schritt
Nein
Korrektur
Designreview (Zwischenbericht)
Abschluss-
bericht
Fertigungs-
unterlagen
Erstmuster-
prüfbericht
System-FMEA
Produkt
Qualitätssicherung im PEP
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Methoden des präventiven QM
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Quelle: VDI 2247
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
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1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse (FMEA)
• Fehlerbaumanalyse
• Quality Function Deployment (QFD)
• ISO 9001 (Validierung)
• ...
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Einsatz eines 3D-Modellierers
• Durchführung von Design-Reviews
• Statistische Tolerierung
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
• Prüfstandsversuche
• Feldversuche
• Simulationen:
Finite Elemente (FEM)
Mehrkörpersimulation (MKS)
...
produktbezogene Fehler Maßnahme(beispielhaft)
Maßnahmen zur Fehlervermeidung i.d. E/K
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Systematisches und dokumentiertes Durcharbeiten von Zeichnungen,
Berechnungen, Lastenheften und sonstigen technischen Beschreibungen wie
Wartungs- und Montageanleitungen zu einem genau definierten Zeitpunkt
mit dem Ziel, sich einen Überblick über inhaltliche Abweichungen gegenüber
Vorgaben zu verschaffen.
Es sind entsprechende Vorbereitungen
erforderlich.
Design Review
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Einladung
zur Teilnahme am Design Review
Vorbereitung
Erstellen von Beurteilungskriterien und Checklisten zur
Durcharbeitung/Prüfung des Review-Objekts
Sitzung
zur gemeinsamen Prüfung des Review-Objekts
Nacharbeiten
zur Behebung der gefundenen Fehler und Abweichungen
Überprüfung
der Überarbeitung und Freigabe des Objekts
Ablauf von Design Reviews
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Ereignisgesteuerte Reviews
Die Durchführung eines Design Reviews ist abhängig vom Eintreten eines genau
definierten Ereignisses z. B.: Fertigstellung von Unterlagen, Lieferung einer Baugruppe...
Diese Review-Abhängigkeiten werden bei Schlüsselkomponenten und wichtigen
Unterlagen gewählt.
Zeitgesteuerte Reviews
Die Durchführung eines Design Reviews geschieht an vorher festgelegten Zeitpunkten und
in vorher festgelegten Abständen.
Diese Review-Abhängigkeiten werden für Review-Objekten gewählt, deren Bearbeitung
einen längeren Zeitraum erfordert. Durch das Review von Zwischenergebnissen werden
Änderungskosten und Fehlentwicklungen vermieden.
Hinweis: Alle Review-Termine müssen im Terminplan als Meilenstein aufgeführt werden.
Review Zeitpunkte
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System-
FMEA Produkt
vollständig
Design
Verifizierung
Risiko-
abschätzung
Entwicklungsprojekt
planen und starten
Prüfmerkmale
mit Toleranzen
definieren
Beginn der
Realisierungsphase
Merkmalswerte
mit Toleranzen
definieren
Produkt-
einführung
Design
Validierung
(Kundensicht)
System-FMEA
Produkt
Kunden-
anfrage
Vertrags-
prüfung
Nachfragen
beim Kunden
Angaben
vollständig?
Projekt
machbar?
Normen, Vor-
schriften, Gesetze,
Randbedingungen
Annahme des
Auftrages
Konstruktion
Lastenheft
Pflichtenheft
Nein
Nein
Ja
Ja
Design
Konstruktion
System-
FMEA
Produkt
beginnen
Haltepunkt
erreicht?
Entwicklung
beendet?
Projektplan
erstellen
(Zeit)
(Kosten)
Designvorgaben
(Pflichtenheft)
Nein
Ja
Konstruktions-
Entwicklungs-
schritt
Ja
Projektplan
(Netzplan)
nächster
Projekt-
schritt
Nein
Korrektur
Designreview (Zwischenbericht)
Abschluss-
bericht
Fertigungs-
unterlagen
Erstmuster-
prüfbericht
System-FMEA
Produkt
Qualitätssicherung im PEP
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Voutenhalter
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Voutenhalter; eingebaut
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Design-Review: Einladung 1
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Design-Review: Einladung 2
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Design-Review: Checkliste 1
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Design-Review: Checkliste 2
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Design-Review: Protokoll 1
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Design-Review: Protokoll 2
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32
1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse (FMEA)
• Fehlerbaumanalyse
• Quality Function Deployment (QFD)
• ISO 9001 (Validierung)
• ...
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Einsatz eines 3D-Modellierers
• Durchführung von Design-Reviews
• Statistische Tolerierung
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
• Prüfstandsversuche
• Feldversuche
• Simulationen:
Finite Elemente (FEM)
Mehrkörpersimulation (MKS)
...
produktbezogene Fehler Maßnahme(beispielhaft)
Maßnahmen zur Fehlervermeidung i.d. E/K
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Ziel: Trotz enger Schließmaßtoleranzen größtmögliche Einzeltoleranzen
Schließmaß:
Maß, das sich zwangsläufig aus dem Zusammenhang
mehrerer Einzelmaße in einer Maßkette ergibt und zur
sicheren Funktionserfüllung eingehalten werden muss.
Beachte: Das Schließmaß ist NICHT das Freimaß.
Statistische Tolerierung
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Grundüberlegung:
In Abhängigkeit von der Fertigungsüberwachung gibt es
nur eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, dass die Bauteile
mit den ungünstigsten Toleranzen bei der Montage
zusammentreffen.
+ es kann „gröber“ toleriert werden
− die Fertigung muss statistisch überwacht werden.
Statistische Tolerierung
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g = Schließmaß
Zur sicheren Funktion ist ein axiales Spiel g von 0,2 bis 0,8 mm erforderlich
Beispiel: Schließmaß
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Die Standardabweichung σ ist ein statistischer Kennwert. Er charakterisiert die
Streuung der Werte einer Verteilung um den Mittelwert μ. In dem Bereich μ±σ
liegen 68 % aller Werte und im Bereich μ±3σ (6σ-Bereich) bereits 99,73 % aller
Werte.
Statistische Größen
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Beispiel:
Toleranzen für das Schließmaß „g“ bei unterschiedlicher
Tolerierung
• arithmetische Tolerierung: Tha = 0,06mm
• quadratische Tolerierung: Tgq = 0,5995mm
• statistische Tolerierung: Tgs = 0,6013mm
Statistische Tolerierung
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
39
1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Fehlermöglichkeiten und Einfluss
Analyse (FMEA)
• Fehlerbaumanalyse
• Quality Function Deployment (QFD)
• ISO 9001 (Validierung)
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Einsatz eines 3D-Modellierers
• Durchführung von Design-Reviews
• Statistische Tolerierung
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
• Prüfstandsversuche
• Feldversuche
• Simulationen:
Finite Elemente (FEM)
Mehrkörpersimulation (MKS)
...
produktbezogene Fehler Maßnahme(beispielhaft)
Maßnahmen zur Fehlervermeidung i.d. E/K
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• Strukturierung des zu untersuchenden Systems in Systemelemente
und darstellen der funktionalen Zusammenhänge dieser Elemente
untereinander
• Ableiten möglicher Fehlfunktionen eines der Systemelemente
• Logische Verknüpfung der zusammengehörenden Fehlfunktionen und
Analyse möglicher Fehlerfolgen, Fehler und deren Ursachen
System-FMEA
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System-FMEA Produkt System-FMEA Prozess
• Werden die im Pflichtenheft
geforderten Funktionen erfüllt?
• Anwendung innerhalb des
Entwicklungsprozesses ganzer
Produkte (Herkömmliche Konstr.-
FMEA: Betrachtung einzelner
Bauteile)
• Ist der geplante Herstellprozess
geeignet, die geforderten
Produkteigenschaften zu erreichen?
• Anwendung während des gesamten
Produktionsplanungsprozesses,
Betrachtung der 4 M`s: Mensch,
Maschine, Material, Mitwelt (herkömml.
Prozess-FMEA: Betr. einzelner
Prozessschritte)
FMEA-Typen
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Optimierung
Risikobewertung
Fehleranalyse
Funktionen und
Funktionsstrukturen
Systemelemente und
Systemstruktur
Hauptschritte einer System-FMEA
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1. Risikoanalyse
Betrachtung von Bauteilen/Prozessschritten:
• potentielle Fehler
• Fehlerfolgen
• Fehlerursachen
• geplante Maßnahmen zur Vermeidung der Fehler
• geplante Maßnahmen zur Entdeckung der Fehler
2. Risikobewertung
• Abschätzung der Wahrscheinlichkeit des Fehlerauftritts
• Abschätzen der vom Kunden wahrgenommenen Auswirkungen beim Auftreten des Fehlers
• Abschätzen der Wahrscheinlichkeit, dass der Fehler vor Auslieferung entdeckt wird
(Hohe Entdeckungswahrscheinlichkeit = kleines Risiko = kleine Punktzahl)
Bewertungstabelle von 1 bis 10 Punkten
Risikoprioritätszahl (RPZ) = Auftrittswahrscheinlichkeit x Bedeutung x Entdeckung
1 ≤ RPZ ≤ 1000; ab RPZ > 125 ist der Zustand kritisch
3. Risikominimierung
Entwickeln von Maßnahmen zur Verbesserung der Konstruktion/des Prozesses
Ablauf einer FMEA
44
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Die Entdeckungswahrscheinlichkeit hängt von den getroffenen Maßnahmen ab, die zur
Entdeckung einer Fehlerursache führen, wie z. B.:
• Einsatz eines erfahrenen Teams
• Analogievergleich mit bereits gebauten Systemen
• Erprobungsmaßnahmen
• Prüfmaßnahmen
• ...
Ziel:
frühestmögliche Entdeckungsmöglichkeit in der Ursache-/Wirkungskette
Entdeckungswahrscheinlichkeit
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Bewertungszahl „10“: keine Maßnahmen zur Entdeckung einer
Fehlerursache
Bewertungszahl „1“: Durch eine Reihe von Erprobungs-
/Simulationsmaßnahmen wird der
Entwicklungs-/Konstruktionsfehler sicher
festgestellt. Fertigungsfehler werden sicher
am Ort der Entstehung entdeckt.
Entdeckungswahrscheinlichkeit
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FMEA-Formblatt
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Quelle: Pahl/Beitz
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Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
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1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse (FMEA)
• Fehlerbaumanalyse
• Quality Function Deployment (QFD)
• ISO 9001 (Validierung)
• ...
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Einsatz eines 3D-Modellierers
• Durchführung von Design-Reviews
• Statistische Tolerierung
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
• Prüfstandsversuche
• Feldversuche
• Simulationen:
Finite Elemente (FEM)
Mehrkörpersimulation (MKS)
...
produktbezogene Fehler Maßnahme(beispielhaft)
Maßnahmen zur Fehlervermeidung i.d. E/K
50
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Vergleich: FMEA – Fehlerbaumanalyse 1
51
FMEA
• beruht auf einer „Eins-zu-eins“ -
Betrachtung eines Fehlers und dessen
Folgen und Ursachen
• lässt nur bedingt eine logische
Verknüpfung zwischen Fehlerursachen
und Fehlerfolgen zu
Anwendung:
• Luft-/Raumfahrt
• Reaktorsicherheit
• Automobilbranche
Fehlerbaumanalyse
• systematische Suche nach Ursachen und
Folgen eines Störfalls
• Fehlerbaumanalyse zeigt die logischen
Verknüpfungen zwischen den
Teilsystemen (UND, ODER, NICHT) und
deren Versagen auf
(Ausfallkombinationen)
Anwendung:
• Luft-/Raumfahrt
• Reaktorsicherheit
• Robotertechnik
• Nachrichtensysteme
• Automobilindustrie
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Vergleich: FMEA – Fehlerbaumanalyse 2
FMEA Fehlerbaumanalyse
VDA Schrift Nr.4
IEC 812
DIN 25 448
induktiv
DIN IEC 1025
DIN 25 424
deduktiv
Vom Einzelnen zum Gesamten Vom Gesamten zum Einzelnen
Wirkung an der Einheit
Fehlerursache im Bauteil
Wirkung auf die Einheit
Fehlerursache vom Bauteil
nach Bertsche/ Lechner
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Mit Hilfe der Fehlerbaumanalyse kann der Einfluss von Fehlverhalten und
Störgrößen auf das betrachtete System ermittelt werden
Voraussetzung:
• Alle Funktionen/Nebenfunktionen und deren Relationen müssen bekannt sein (Funktionsstruktur)
• Die Produktstruktur/Baustruktur muss bekannt sein
• Informationen über
Ausfallraten
Ausfallwahrscheinlichkeiten
Ausfallzeiten
müssen vorhanden sein (ermittelte oder geschätzte Werte)
Hinweis: siehe auch DIN 25 424
Fehlerbaumanalyse
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Grundsatz:
• die erkannten Funktionen werden
nacheinander negiert
• die möglichen Ursachen für den Ausfall
jeder Funktion werden ermittelt
• die Auswirkungen bei entsprechenden
ODER- bzw. UND-Verknüpfungen werden
analysiert
Hilfsmittel:
Leitlinie zum Gestalten:
Vorgehen bei der Fehlerbaumanalyse
54
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Betriebszustände des Ventils
Sicherheitsventil
55
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Fehlerbaum
Teil-Fehlverhalten (öffnet nicht)
Sicherheitsventil (SV): Fehlerbaum
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Ergebnisse der Fehlerbaumanalyse (SV)
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
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1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus
RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen
Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse (FMEA)
• Fehlerbaumanalyse
• Quality Function Deployment (QFD)
• ISO 9001 (Validierung)
• ...
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
• Einsatz eines 3D-Modellierers
• Durchführung von Design-Reviews
• Statistische Tolerierung
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
• Prüfstandsversuche
• Feldversuche
• Simulationen:
Finite Elemente (FEM)
Mehrkörpersimulation (MKS)
...
produktbezogene Fehler Maßnahme(beispielhaft)
Maßnahmen zur Fehlervermeidung i.d. E/K
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QFD dient der systematischen Kundenorientierung der Produkt- und
Prozessplanung:
Kundenanforderungen
Produktmerkmale
Betriebsabläufe und Produktionsanforderungen
Hauptplanungsinstrument ist das
„House of Quality“
Quality Function Deployment (QFD)
60
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• Beziehungsmatrix: stellt den Einfluss der Anforderungen auf die Lösungen dar
• Korrelationsmatrix: stellt die gegenseitige Beeinflussung der Lösungen untereinander dar
• Tabellen und Diagramme zur Integration von Informationen
relative Bedeutung
Zielforderungen
(wie)
Beziehungen zwischen
den Kundenwünschen
und Zielforderungen
Werte der Zielforderungen
Eigene Beurteilung
konkurrierender Produkte
Kunden-
wünsche
(was)
Kundenansicht
über
konkurrierende
Produkte
Wechsel-
beziehungen/Ziel-
konflikte der Zielforderungen
House of Quality
61
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QFD.PPT
Techn. Bedeutung
Techn. Schwierigkeit (1-5)
144 51 81 56 36
3 1 5 3 2
x
Bequem zu treten
Leicht zu lenken
Berge hochfahren
Schnell bremsen
Gewohnt bremsen
1
2
3
4
5
7
5
9
6
2
B K
unde
nbew
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1 2 3 4 5
Ganga
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ng
8 5 10 1,25 1,3 12,25
9 9 9 1 1 5
6 9 10 1,6 1,5 22,4
5 9 10 1,5 1,5 18
8 6 8 1 1 2
HO
USEO
FQ
UA
LIT
Y.C
DR
Chancen-Aufwand-Abschätzung
VDI-Taschenbuch
1976
Benchmarking (Nutzwertanalyse)
Zangemeister
1970
Gewichtungsfaktoren
VDI 2225
1964
Produkt-Markt-Matrix
VDI 2220
1980
Anforderungsliste
Pahl-Beitz
1977
Alter Wein in neuen Schläuchen?
nach Birkhofer
House of Quality: Historie
62
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House of Quality: Beispiel PKW-Tür
63
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1. Stufe: Qualitätsplanung des Produkts
• Umsetzung von Kundenforderungen in technische Funktionsmerkmale des Produkts
• Aufstellen der Anforderungsliste nach Methoden der Konstruktionslehre
• Herausarbeiten der kritischen Kundenanforderungen
2. Stufe: Teileplanung
Ableiten der Merkmale für
• Bauteile
• Baugruppen
• gesamtes Produkt
aus den Funktionsmerkmalen
3. Stufe: Prozessplanung
Auf Basis von Teilschritt 2 werden die Betriebsabläufe geplant:
• kritische Produkt-/Prozessparameter
• Prüfpunkte für Produkt und Prozess
4. Stufe: Fertigungsplanung
Umsetzen der Betriebsabläufe aus 3. in Produktionserfordernisse:
• Arbeitspläne
• Prüfpläne
Stufen von QFD
64
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• Marktuntersuchung
• Marktsegmentierung
• Trendanalyse
• ...
QFD als Integrationsinstrument
65
• Wertverbesserung
• Wertgestaltung
• Systematische
Konstruktion
• FMEA
• Make or Buy
• ...
• FMEA (Prozess)
• SPC
(Statistical Process Control)
• Design for Assembly
• Design for
Manufacturing
• Prüfplanung
• ...
• Industrial
Engineering
• Durchlaufzeitmodelle
• Logistik
• Rüststrategien
• Montagestrategie
• Prüfanweisung
• ...
Kunden-
wünsche
Technische
Merkmale Komponenten
Prozess- und
Prüfplanung
Produktions-
merkmale
Produktion
Zusätzlich eingesetzte Methoden
I
Produkt-
planung
II
Komponenten-
entwicklung
III
Prozess-
planung
IV
Produktions-
planung
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
66
1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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produktbezogene Fehler
verfahrensbezogene Fehler
• mangelndes Dokumentenmanagement
• mangelndes Konfigurationsmanagement
• mangelndes Variantenmanagement
• mangelndes Änderungsmanagement
• mangelndes Versionsmanagement
• ...
Folgen (beispielhaft)
• Forderungen der Produkthaftung sind nicht
erfüllt
• Produkt ist nicht servicefähig
(Ersatzteilsteuerung)
• falsche Bauteile in der Produktion
Geometrie
• Bauraumverletzung
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
Produkt lässt sich nicht montieren
Funktion
• mangelnde Funktionserfüllung
• mangelndes Verhalten bei Versagen
• fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
Produkt erfüllt nicht die geforderten
Leistungsdaten
Auslegung
• Kinematik
• Festigkeit
• ...
Produkt ist nicht dauerfest
Fehlermöglichkeiten der E/K
67
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KL II Vorlesung 10 – Inhalt
68
1. Aspekte des Qualitätsbegriffs
2. Maßnahmen zur Qualitätssicherung
3. Maßnahmen bei produktbezogenen Fehlern
1. Design Reviews
2. Statistische Tolerierung
3. Fehlermöglichkeiten und Einfluss Analyse
(FMEA)
4. Fehlerbaumanalyse
5. Quality Function Deployment (QFD)
4. Maßnahmen bei verfahrensbezogenen Fehlern
1. ISO 9000 ff
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Grundsätzliche Fragen beim Entwickeln/Konstruieren:
• sind die richtigen Informationen vorhanden?
• sind die Informationen beim richtigen Mitarbeiter?
• hat der Mitarbeiter die Informationen zum richtigen Zeitpunkt?
• ist die Art und der Umfang der Informationen richtig?
ISO 9000 ff
69
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DIN ISO 9000 - 9004 beschreibt branchenneutral die Anforderungen an ein Qualitätssicherungssystem
DIN ISO
9000
Qualitäts-
management-
systeme –
Grundlagen und
Begriffe
DIN ISO
9004
Leiten und
Lenken für den
nachhaltigen
Erfolg einer
Organisation –
Ein QM-Ansatz
DIN ISO 9001:
Qualitätsmanagementsysteme –
Anforderungen
DIN ISO 9002: Produktion
DIN ISO 9003: Montage und Kundendienst
Nachweisstufen für QM-System
QM-Systeme nach DIN ISO 9001
70
zurückgezogen
zurückgezogen
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DIN ISO 9001
Zweck
Entwurfsqualität
sichern
Entwicklung planen
• Personal
• Hilfsmittel
• Organisation/Schnittstellen
Vorgaben für die Entwicklung
• Anforderungsliste
• Pflichtenheft
• Vertrag
Entwicklungsergebnisse
• Erfüllung der Vorgaben
• Annahmekriterien (Vertrag)
• gesetzliche Vorschriften
• kritische Merkmale (Risiken)
Prüfung der Entwicklungsergebnisse
• Entwicklungsprüfungen (Design Review)
• Qualifikationsprüfung
• alternative Berechnungen
• Vergleich mit ähnlichen Produkten
Entwurfsänderungen
• Durchführung
• Prüfung
• Freigabe
QS-Element 4: Designlenkung
Designlenkung I
71
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• Die Designlenkung geschieht mit Hilfe von Verfahrensanweisungen. Mit
Ihnen werden die organisatorischen Abläufe sowie technischen
Randbedingungen beschrieben, die zur Produktentwicklung angewendet bzw.
eingesetzt werden.
• Die konkreten Ausführungshinweise finden sich in Form von
Arbeitsanweisungen. Hier werden auch die zu nutzenden Formulare usw.
beschrieben.
Beide Dokumentarten befinden sich normalerweise im
Qualitätsmanagement Handbuch des Unternehmens
Designlenkung II
72
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Folgende Punkte sollten durch Verfahrensanweisungen beschrieben werden:
• Design- und Entwicklungsplanung:
Verantwortlichkeiten
Schnittstellenfestlegung
Dokumentation des Informationsmanagements
...
• Feststellung und Dokumentation der Designvorgaben:
Überprüfung der Angemessenheit von Anforderungen
Klärung unvollständiger Informationen
...
• Erlangung von dokumentierten Designergebnissen:
Festlegung von Annahmekriterien für Ergebnisse
Erfüllung der geltenden Vorschriften, Gesetze, ...
Kennzeichnen sicherheitsrelevanter Designmerkmale
...
Anforderungen an Designlenkung I
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Folgende Punkte sollten durch Verfahrensanweisungen beschrieben werden:
• Durchführung und Dokumentation von Designverifikationen bezüglich der Erfüllung der
Forderungen der Designvorgaben:
– Durchführung und Protokollieren von Design Reviews
– Durchführung von Qualitätsprüfungen
– Erstellen alternativer Berechnungen
– Vergleich des neuen Designs mit vorhandenen ähnlichen
– ...
• Durchführung von Designänderungen:
– Dokumentation der Designänderungen
– Genehmigung der Designänderungen
– Dokumentation des erforderlichen Informationsmanagements (Standardverteiler...)
– ...
Anforderungen an Designlenkung II
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Ausschnitt aus DIN ISO 9001
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Verfahrensanweisung: Deckblatt
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Verfahrensanweisung: Übersicht
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Verfahrensanweisung: Grundfestlegungen
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Verfahrensanweisung: Ablaufbeschreibung
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Ende der Bildschirmpräsentation
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