Grundlagen zur Maschinen- und Prozessfähigkeit

MFU und PFU

Zufällige und systematische Einflüsse

Zufällige Einflüsse

Die zufälligen Einflüsse sind auf Präzision der eingesetzten Maschinen und Materialien zurückführen. Sie bilden gewissermaßen das Grundrauschen in der produzierten Qualität und spiegeln damit das normale Prozessverhalten wieder. Zufällige Einflüsse sind nicht ein einstellbar. Das bedeutet, sind die zufälligen Einflüsse auf einen Prozess zu groß für das Erreichen der gegebenen Qualitätsziele, müssen die eingesetzten Maschinen und Materialien durch präzisere ersetzt werden.

In der Statistik werden zufälligen Einflüsse mit der Standardabweichung charakterisiert. Generell gilt, je kleiner die Standardabweichung, desto geringer sind die zufälligen Einflüsse. Eine kleinere Standardabweichung äußert sich in einem schmaleren Verlauf der Verteilung.

Zufällige Einflüsse

Systematische Einflüsse

Zu den systematischen Einflüssen zählt man alles, was mittels Einstellungen oder Kalibrierungen vermeidbar ist. Das bedeutet, bei entsprechendem Prozess-Know-how lassen sich diese entsprechend korrigieren. Für eine optimale Qualität sollten die systematischen Fehler möglichst klein sein.

Der Mittelwert einer Stichprobe ist ein Maß für die systematische Einflüsse. Er charakterisiert das mittlere Verhalten des beobachteten Prozesses. Erkennbar ist ein systematischer Einfluss an einer relativen Verschiebung der Verteilung bezogen auf den Nominalwert.

Systematischer Einfluss

Ziel von Maschinen- und Prozessfähigkeitsuntersuchungen

Maschinen- und Prozessfähigkeitsuntersuchungen dienen zur Beurteilung der Güte von Produktionsprozessen. Mit ihrer Hilfe werden die zufälligen und systematischen Einflüsse auf die Qualität sichtbar gemacht. Durch regelmäßige MFU/PFU wird ein Prozess-Know-how aufgebaut, mit dessen Hilfe Veränderungen erkannt werden. Ziel ist es zum einen systematische Einflüsse frühestmöglich festzustellen und entsprechen zu korrigieren. Zum anderen kann über die zufälligen Einflüsse ggf. auftretender Verschleiß beurteilt werden. Durch eine entsprechende Häufigkeit der Untersuchungen wird sichergestellt, dass solche Veränderungen erkannt werden bevor sie sich auf die Produktqualität auswirken.

Qualtitätsregelkreis

Definition Prozessfähigkeit (PFU)

Unter Prozessfähigkeit versteht man die Beobachtung einer Maschine oder eines Prozesses über eine langen Zeitraum. Dabei werden in festgelegten Intervallen Stichproben gezogen und relevante Qualitätsmerkmale des Produktes messtechnisch erfasst. So gehen Einflüsse der Maschine, des Materials, der Methode, des Bedieners und der Umgebung in die Betrachtung ein. Man spricht dabei auch von einer Langzeituntersuchung. Zur Darstellung des Ergebnisses werden die Prozessfähigkeitskoeffizienten $C_p$ und $C_{pk}$ verwendet.

Definition Maschinenfähigkeit (MFU)

Maschinenfähigkeitsuntersuchungen werden über einen kurzen Zeitraum durchgeführt. Damit gehen hier im wesentlichen die Maschine und Methode ein. Einflüsse unterschiedlicher Materialien, Bediener oder Umgebungsbedingungen werden nicht berücksichtigt. Man spricht dabei auch von Kurzzeitfähigkeitsuntersuchungen. Daraus resultieren auch die im allgemeinen höheren Anforderungen an die Maschinenfähigkeitskennwerte.

Die erfolgreiche Untersuchung der Maschinenfähigkeit für alle am Gesamtprodukt involvierten Maschinen ist fundamentale Grundlage zur Gewährleistung einer hohen Ausbeute. Ebenso ist sie notwendig für die langfristige Überwachung der Maschine oder des Prozesses mit Hilfe von Prozessfähigkeitsuntersuchungen. Die Ergebnisse von Maschinenfähigkeitsuntersuchungen werden mit den Koeffizienten $C_m$ und $C_{mk}$ dargestellt. Achtung, im englischsprachigen Raum werden Kurzzeitfähigkeiten teilweise auch mit $C_p$ und $C_{pk}$ angegeben.

Der Koeffizient $C_m$ stellt das mögliche Potential der untersuchten Maschine, wenn keine systematischen Einflüsse existieren. Das bedeutet, dass alle Mittelwerte auf den Sollwerten liegen. Der kritische Maschinenfähigkeitskoeffizient $C_{mk}$ beschreibt den praktischen Zustand der untersuchten Maschine. Mittelwertschiebungen, so genannte Offsets werden hier mit berücksichtigt.

Hohe Werte in den Koeffizienten sind gleichbedeutend mit einer guten Qualität und hohen Ausbeute des untersuchten Prozesses. Sie werden dann erreicht, wenn die zufälligen Einflüsse gering sind und der Prozessmittelwert sich in der Mitte der Toleranzgrenzen befindet.