Design for Six Sigma

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Author: Elly Kaufer
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Jürgen Gamweger Oliver Jöbstl Manfred Strohrmann Wadym Suchowerskyj

Design for Six Sigma Kundenorientierte Produkte und Prozesse fehlerfrei entwickeln



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Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National­ bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d­nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches oder von Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung – mit Ausnahme der in den §§ 53, 54 URG genannten Sonderfälle –, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

© 2009 Carl Hanser Verlag München Internet: http://www.hanser.de Lektorat: Lisa Hofmann­Bäuml Herstellung: Ursula Barche Umschlaggestaltung: Büro plan.it, München Gesamtherstellung: Kösel, Krugzell Printed in Germany ISBN 978­3­446­41454­9

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Inhalt 1 Grundlagen von Design for Six Sigma – DFSS . . . . . . . . . . .

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1.1 Strategische Rahmenbedingungen und Herausforderungen 1.2 Was erreicht DFSS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Fehlerfreie, robuste und zuverlässige Produkte . . . . . 1.2.2 Marktvorteile durch konsequente Kunden­ orientierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 Entwicklungsprozesse mit hoher Ressourceneffizienz 1.2.4 Nachhaltige Innovationsleistungen durch tief gehendes Produktwissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Entwicklung von Six Sigma und DFSS . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Historische Entwicklung von Six Sigma . . . . . . . . . . 1.3.2 Zusammenfassung der Six­Sigma­Kerninhalte . . . . . 1.3.3 Entstehung und Betrachtungsweisen von DFSS innerhalb des Six Sigma­Ansatzes . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 DFSS­Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 Ziele von DFSS (Zielebene) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2 Prinzipien von DFSS (strategische Ebene) . . . . . . . . . 1.4.3 Anwendung von DFSS (Prozessebene) . . . . . . . . . . . 1.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 1 2

10 14 14 16 20 23 23

2 Voice of the Customer – VOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Einordnung von VOC in den Produktentstehungsprozess . . 2.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Klassifizierung von Kundenanforderungen . . . . . . . . 2.3.2 Qualität ersten und zweiten Grades . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Das Kano­Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Vorgehensweise bei der Anwendung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Kunden und Markt identifizieren . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Kundenanforderungen erheben . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3 Erhobene Daten strukturieren . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4 Anforderungen priorisieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Praxisbeispiel Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 3 4 5 5 5

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Inhalt

Quality Function Deployment – QFD . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Einsatz von QFD im Produktentstehungsprozess . . . . . . . . . 3.2.1 QFD­Ansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Einordnung der QFD­Phasenmodelle in den Produktentstehungsprozess . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Prinzip der Kundenorientierung . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Prinzip der Teamarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Prinzip des systematischen Vorgehens . . . . . . . . . . . . 3.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 Vorgehensweise im House of Quality 1 . . . . . . . . . . . 3.4.2 Vorgehensweise im House of Quality 2 . . . . . . . . . . 3.4.3 House of Quality 3: Prozess­QFD . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Praxisbeispiel Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 Einordnung des Temperatursensors im QFD­Phasenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Messbarkeit von Anforderungen (Raum 1 der QFD­Matrix) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Benchmarking (Raum 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4 Ermittlung der Korrelationen (Raum 4) . . . . . . . . . . 3.5.5 Auszug aus dem Dach der QFD­Matrix (Raum 7) . . 3.5.6 Ableitung von Zielwerten (Raum 6) . . . . . . . . . . . . . 3.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47 48 48

73 74 75 77 78 78 79

Generieren von Konzeptalternativen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

81

50 52 52 53 53 54 54 67 70 72 72

4.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.2 Einordnung der Generierung von Konzeptalternativen in den Produktentstehungsprozess (PEP) . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.3 Grundlagen der kreativen Problemlösung . . . . . . . . . . . . . . 83 4.4 Vorgehen bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.4.1 Recherchierende Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.4.2 Intuitive Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.4.3 Diskursive Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.4.4 Die TRIZ­Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.5 Praxisbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

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Bewertung von Konzeptalternativen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Einordnung der Bewertung von Konzeptalternativen in den Produktentstehungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1 Intuitive Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.2 Pugh­Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.3 Priorisierungsmatrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Praxisbeispiel Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

111 113 115 115 117 120 121 125 125

Design for Manufacture and Assembly – DFMA . . . . . . . . . . 127 6.1 6.2 6.3 6.4

Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einordnung der DFMA in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Bildung des Teams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.2 Darstellung der Produktstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.3 Erarbeitung des Prozessgraphen . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.4 Analyse von kritischen Prozessschritten . . . . . . . . . . 6.4.5 Ableitung und Umsetzung von Verbesserungsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Praxisbeispiel Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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127 127 129 134 134 134 135 137 138 138 141 142

Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse – FMEA . . . . . . . 143 7.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Einordnung der FMEA in den Produktentstehungsprozess . . 7.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1 Arten der FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2 Inhalte der FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3 Das FMEA­Team . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.4 Abgrenzung zur Fehlerbaumanalyse (FTA) . . . . . . . . 7.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1 Vorbereitung und Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.2 Strukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.3 Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.4 Fehleranalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Inhalt

7.4.5 Maßnahmenanalyse und Risikobewertung . . . . . . . . 7.4.6 Realisierung/Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.7 Prozess­FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Praxisbeispiel Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.1 Strukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.2 Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.3 Fehleranalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.4 Maßnahmenanalyse und Risikobewertung . . . . . . . . 7.5.5 Realisierung/Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Design Review Based on Failure Mode –DRBFM . . . . . . . . . 165 8.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Einordnung der DRBFM in den Produktentstehungsprozess 8.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Die GD3­Philosophie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2 Rollen der DRBFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.1 Plausibilitätsprüfung der Anforderungen . . . . . . . . . 8.4.2 Funktionsanalyse des Produktes . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.3 Definition der expliziten und impliziten Designänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.4 Erarbeitung potenzieller Probleme (Concern Points) 8.4.5 Problemanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.6 Beschreibung der Auswirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.7 Ausarbeitung des bestmöglichen Designs . . . . . . . . . 8.4.8 Design­Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Praxisbeispiel Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.1 Ausgangssituation (Plausibilitätsprüfung) . . . . . . . . . 8.5.2 Funktionsanalyse des Produktes . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.3 Definition der expliziten und impliziten Designänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.4 Erarbeitung potenzieller Probleme . . . . . . . . . . . . . . 8.5.5 Problemanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.6 Beschreibung der Auswirkungen . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.7 Ausarbeitung des bestmöglichen Designs . . . . . . . . . 8.5.8 Design­Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 8.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

165 166 168 168 170 170 171 171 172 173 173 175 175 176 177 177 177 178 181 181 183 183 184 185 186

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Inhalt

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Grundlagen der Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 9.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.1 Ziele der Wahrscheinlichkeitsrechnung . . . . . . . . . . 9.1.2 Ziele der beschreibenden Statistik . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.3 Ziele der beurteilenden Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Einordnung der Statistik in den Produktentstehungsprozess 9.3 Daten­ und Messtypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4 Wahrscheinlichkeitsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.1 Begriff der Zufallsvariable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.2 Diskrete Zufallsvariablen und Verteilungen . . . . . . . 9.4.3 Stetige Zufallsvariablen und Verteilungen . . . . . . . . . 9.4.4 Wichtige Kennwerte von Verteilungen . . . . . . . . . . . 9.4.5 Spezielle diskrete Verteilungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.6 Zusammenfassung von wichtigen diskreten Verteilungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.7 Spezielle stetige Verteilungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.8 Prüfverteilungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5 Beschreibende Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.1 Häufigkeitsverteilung, Histogramm . . . . . . . . . . . . . 9.5.2 Lagekennwerte einer Stichprobe . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.3 Streuungswerte einer Stichprobe . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.4 Schiefe oder Symmetrie einer Stichprobe . . . . . . . . . . 9.5.5 Aufbereitung von Stichprobenergebnissen mittels Box­Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6 Beurteilende Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6.1 Schätzung von Parametern einer Grundgesamtheit . . 9.6.2 Zentraler Grenzwertsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6.3 Berechnung von Konfidenzintervallen . . . . . . . . . . . 9.6.4 Wahrscheinlichkeitsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.8 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 9.9 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

187 187 187 187 188 189 190 190 191 193 194 195 198 200 204 212 212 214 216 218 220 221 221 222 223 228 230 232 233

10 Hypothesentests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 10.1 Zielsetzung von Hypothesentests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Einordnung der Hypothesentests in den Produkt­ entstehungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Wichtige Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.1 Grundlagen von statistischen Tests . . . . . . . . . . . . . . 10.3.2 Der P­Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.3 Einfaktorielle Varianzanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.4 Zweifaktorielle Varianzanalysen . . . . . . . . . . . . . . .

235 236 237 237 245 246 249

X

Inhalt

10.4 Durchführung von Hypothesentests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.1 Auswahl des Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.2 Planung des Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.3 Durchführung des Tests und Interpretation der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

252 252 260 261 264 265

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11 Korrelations- und Regressionsanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . 267 11.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Einordnung der Methode in den Produktentstehungsprozess 11.3 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.1 Daten sichten und aufbereiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.2 Korrelationsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.3 Auswahl des Regressionsmodells und Modellierung 11.3.4 Modell überprüfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.5 Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4 Praxisbeispiel Feuchtesensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.1 Daten sichten und aufbereiten . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.2 Durchführung der Regressionsrechnung . . . . . . . . . . 11.4.3 Modell überprüfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.4 Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

267 268 268 269 275 279 288 294 295 295 297 298 301 302 302

12 Modellbildung von Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 12.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2 Einordnung der analytischen Modellbildung in den Produktentstehungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.1 Systembegriff und Systemeigenschaften . . . . . . . . . . 12.3.2 Systemgrenzen und Systemumgebung . . . . . . . . . . . . 12.3.3 Zustand und Zustandsgrößen eines Systems . . . . . . . 12.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.1 Definition des Modellzweckes . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.2 Beschreibung des Systems mit Wirkungsgraphen . . . 12.4.3 Entwicklung des Simulationsmodells . . . . . . . . . . . . 12.4.4 Bestimmung der Größe von Systemparametern . . . . 12.4.5 Durchführung der Simulation mit bekannten Parametern und Verifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 12.6 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

303 303 304 304 306 307 309 309 310 312 320 321 322 322

XI

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13 Design of Experiments – DoE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 13.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2 Einordnung von DoE in den Produktentstehungsprozess . . . 13.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.1 Mathematische Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.2 Prinzipien von DoE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.3 Orthogonale und balancierte Versuchspläne . . . . . . 13.3.4 „One Factor at a Time“­Versuchspläne . . . . . . . . . 13.3.5 Vollfaktorielle Versuchspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.6 Teilfaktorielle Versuchspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.7 Blockbildung und Randomisierung . . . . . . . . . . . . 13.3.8 Response Surface Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.9 Box­Behnken­Versuchspläne. . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.10 D­optimale Versuchspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3.11 Taguchi­Versuchspläne für Robustheitsanalysen . . 13.3.12 Auswertung von Versuchsplänen . . . . . . . . . . . . . . 13.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.1 Durchführung einer Systemanalyse . . . . . . . . . . . . . 13.4.2 Wahl des Versuchsdesigns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.3 Planung/Bereitstellung von Ressourcen . . . . . . . . . . 13.4.4 Versuchsdurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.5 Datenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.6 Ergebnisbestätigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5 Praxisbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5.1 Durchführung der Systemanalyse . . . . . . . . . . . . . . 13.5.2 Wahl des Versuchsdesigns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5.3 Datenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5.4 Ergebnisbestätigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 13.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

323 324 326 326 328 330 331 333 336 340 342 346 347 349 354 362 363 363 364 365 365 366 366 366 367 369 370 371 372

14 Optimierung und Robustheitsanalysen mittels Simulation 373 14.1 Ziele der Optimierung und Robustheitsanalyse mittels Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2 Einsatz der Simulation im PEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3 Wichtige Grundlagen der Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.1 Grundbegriffe der Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.2 Abgrenzung Sensitivitätsanalyse, Optimierung und Robustheitsbewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.3 Einführung in Optimierungsverfahren . . . . . . . . . . 14.3.4 Deterministische Optimierungsverfahren . . . . . . . . 14.3.5 Stochastische Optimierungsverfahren . . . . . . . . . . .

373 374 375 375 377 378 379 384

XII

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14.4

14.5

14.6 14.7

14.3.6 Verfahren der Robustheitsanalyse oder Störvariablenexperimente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.7 Robuste Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.1 System­ und Parameterbeschreibung . . . . . . . . . . . . 14.4.2 Aufbau des Simulationsmodells . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.3 Durchführung der Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . 14.4.4 Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.5 Robustheitsbewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Praxisbeispiel Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.1 System­ und Parameterbeschreibung, Aufbau Simulationsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.2 Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.3 Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.4 Robustheitsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5.5 Schlussfolgerungen und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

388 393 394 394 394 395 395 395 396 396 400 402 412 416 417 418

15 Messsystemanalysen (MSA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 15.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2 Einordnung der MSA in den Produktentstehungsprozess . . . 15.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3.1 Messsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3.2 Kalibrieren, Eichen, Justieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3.3 Ansprechschwelle, Auflösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.1 Überprüfung der systematischen Messabweichung (Verfahren 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.2 Untersuchung der Linearität (Verfahren 4) . . . . . . . . 15.4.3 Bewertung eines Messsystems bezüglich Streuverhalten unter Einfluss des Prüfers (Verfahren 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.4 Bewertung eines Messsystems bezüglich Streuverhalten ohne Einfluss des Prüfers (Verfahren 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.5 Bewertung eines Messsystems bezüglich seines Langzeitverhaltens (Verfahren 5). . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.6 Prüfung der Fähigkeit attributiver Prüfprozesse (Verfahren 6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 15.6 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

421 423 424 424 425 425 427 429 433 436 446 450 452 458 458

XIII

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16 Statistische Prozesslenkung – SPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 16.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2 Einordnung von SPC in den Produktentstehungsprozess . . . 16.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3.1 Prozessbeherrschung, Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . 16.3.2 Prozesstypen nach DIN 55319 . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4 Vorgehensweise bei der Anwendung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.1 Festlegung des Merkmals und der Messeinrichtung . 16.4.2 Auswahl des Regelkartentyps . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.3 Festlegung des Stichprobenumfanges n . . . . . . . . . . . 16.4.4 Festlegung des Stichprobenentnahmeintervalls . . . . . 16.4.5 Durchführung eines Vorlaufes, Bestimmung des Prozesstyps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.6 Berechnung der Eingriffsgrenzen . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.7 Erstellung eines Reaktionsplans . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.8 Führen und Auswerten der Regelkarte . . . . . . . . . . . 16.5 Praxisbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5.1 Weiterführende Betrachtungen mithilfe von QS Stat® 16.5.2 Ergebnisdarstellung in Minitab® . . . . . . . . . . . . . . . . 16.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 16.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

459 460 461 461 463 464 464 464 466 471 472 473 476 476 477 480 485 485 486

17 Prozessfähigkeitsuntersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 17.1 Ziel von Prozessfähigkeitsuntersuchungen . . . . . . . . . . . . . . 17.2 Einordnung von Prozessfähigkeit in den Produktentstehungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3.1 Maschinenfähigkeit, Prozessfähigkeit, Prozessleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3.2 Prozessfähigkeitskennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3.3 Vertrauensbereich von Prozessfähigkeitskennwerten 17.3.4 Maschinenfähigkeitskennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3.5 Berechnung des Sigma­Niveaus . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.1 Erfassung der Prozessdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.2 Untersuchung der Prozessstabilität . . . . . . . . . . . . . . 17.4.3 Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung . . . . 17.4.4 Berechnung der Fähigkeitskennwerte für stabile Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.5 Berechnung der Fähigkeitskennwerte für nicht stabile Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

487 487 489 489 489 492 493 493 496 496 498 498 499 501

XIV

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17.5 Praxisbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.1 Erfassen der Prozessdaten, Untersuchungsdauer . . . . 17.5.2 Untersuchung der Prozessstabilität, Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung . . . . . . . . . . . . . . 17.5.3 Ermittlung der Fähigkeitskennwerte (nicht stabile Prozesse) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 17.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

503 503 503 504 507 508

18 Toleranzanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 18.1 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2 Einordnung der Toleranzanalyse im Produktentstehungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.1 Wirkbeziehungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.2 Lineare Toleranzüberlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.3 Nicht lineare Toleranzüberlagerung . . . . . . . . . . . . . 18.3.4 Worst­Case­Tolerierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.5 Statistische Tolerierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.1 Systemabgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.2 Toleranzfestlegung/Toleranzkonzept . . . . . . . . . . . . . 18.4.3 Verteilungsfunktion der Eingangsgrößen . . . . . . . . . 18.4.4 Identifikation des Wirkzusammenhanges . . . . . . . . . 18.4.5 Verteilungsfunktion der Ausgangsgröße y . . . . . . . . 18.4.6 Toleranzanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.7 Statistische Überwachung der Eingangsgrößen . . . . . 18.5 Praxisbeispiel Temperatursensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.1 Systemabgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.2 Toleranzen und Verteilungsform der Eingangsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.3 Identifikation des Wirkzusammenhanges . . . . . . . . . 18.5.4 Bestimmung des Toleranzbereiches der Ausgangsgröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.5 Toleranzanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.6 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

509 510 512 512 513 514 516 516 516 516 517 517 518 519 528 531 531 531 532 533 533 534 535 536 536

XV

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19 Reliability Engineering – Zuverlässigkeitsanalysen . . . . . . 537 19.1 Zielsetzung von Reliability Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . 19.2 Einsatz von Reliability Engineering im Produktentstehungsprozess. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.3 Wichtige Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.3.1 Grundbegriffe der Zuverlässigkeitsuntersuchung . . . 19.3.2 Testbeschleunigung, Testraffung . . . . . . . . . . . . . . . . 19.3.3 Testverfahren für die Zuverlässigkeitsanalyse . . . . . . 19.3.4 Weibull­Theorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.4 Vorgehensweise bei der Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.4.1 Festlegung der Zuverlässigkeitsziele . . . . . . . . . . . . . 19.4.2 Design for Reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.4.3 Erstellung von Zuverlässigkeitstestplänen . . . . . . . . 19.4.4 Durchführung von Zuverlässigkeitstests . . . . . . . . . . 19.4.5 Evaluierung, Analyse und Bewertung . . . . . . . . . . . . 19.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . 19.6 Verwendete Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

537 538 539 539 542 544 547 552 552 554 555 559 560 561 562

20 Umsetzung von DFSS im Unternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . 563 20.1 Strategische Gesichtspunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2 Umsetzung von DFSS am Beispiel Bosch . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.1 Rahmenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2 Die Rolle von DFSS in der Produktentwicklung . . . . 20.2.3 Einzelheiten der Umsetzung von DFSS bei Bosch . . . 20.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

563 565 565 566 567 571

Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580 Die Autoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588 Die Co - Autoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592