Design for Six Sigma umsetzen (Pocket Power)

POCKET POWER

Design for Six Sigma umsetzen

Der Herausgeber

POCKET POWER

Prof. Dr.-Ing. Gerd F. Kamiske, ehemals Leiter der Qualitätssicherung im Volkswagenwerk Wolfsburg und Universitätsprofessor für Qualitätswissenschaft an der TU Berlin, verbindet Praxis und Wissenschaft in idealer Weise. Seine umfangreichen Erfahrungen in verantwortlicher Linien- und Projektarbeit im In- und Ausland einerseits und in Lehre und Forschung andererseits garantieren einen praxisnahen Wissenstransfer in Form dieser Pocket PowerReihe zum Nutzen jeden Lesers.

Die Autoren Dr.-Ing. Thomas Konert ist Executive für das Segment Steering Systems der Continental Automotive GmbH und ausgebildeter Six Sigma Master Black Belt. Vorher war er in verschiedenen weltweiten Führungsfunktionen in den Bereichen Produktion und Qualitätsmanagement der Siemens AG tätig. Dipl.-Ing. Achim Schmidt ist Lean Six Sigma Master Black Belt/Continuous Improvement Manager bei der Continental Automotive GmbH im Segment Steering Systems. Vorher war er in der Halbleiterindustrie und im Automobilzuliefererbereich in verschiedenen Funktionen tätig.

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ISBN 978-3-446-

Qualitätstechniken DIN EN ISO 9000:2000 ff. umsetzen ABC des Qualitätsmanagements Moderationstechniken Kreativitätstechniken European Quality Award Prozessmanagement Total Productive Management Benchmarking Management von Kundenbeziehungen Coaching – Veränderungsprozesse meistern Der Kontinuierliche Verbesserungsprozess Change Management Wissensmanagement Projektmanagement Qualitätsaudit Six Sigma Lebensqualität - Bausteine und Methoden ABC der Managementtechniken Prozessoptimierung mit Quality Engineering QM in Banken QM in der Arztpraxis Konfliktmanagement Qualitätsmanagement für KMU Risikomanagement für Geschäftsprozesse Mitarbeiter- und Kundenbefragung Produkt- und Produzentenhaftung Reifegrad nach ISO/IEC 15504 (SPiCE) ermitteln Design for Six Sigma umsetzen Selbstbestimmt arbeiten Bausteine und Methoden Qualitätsplanung Statistische Prozessregelung - SPC Innovationsmanagement Wertstromdesign Lean Management

40044-3 41608-6 41610-9 41232-3 41233-0 21871-0 41571-3 21873-4 41569-0 21875-8 40996-5 41611-6 41931-5 41226-2 41227-9 42230-8 22294-6 22706-4 22822-1 22879-5 22895-5 40033-7 40042-9 40229-4 40283-6 40560-8 40626-1 40721-3 41230-9 41229-3 41368-9 41637-6 41799-1 42189-9 42190-5

Pocket Power

Thomas Konert Achim Schmidt

Design for Six Sigma umsetzen

HANSER

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der ­Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im ­Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Ver­ vielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des­ Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen 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. © 2010 Carl Hanser Verlag München http://www.hanser.de Lektorat: Lisa Hoffmann-Bäuml Herstellung: Ursula Barche Layout: Der Buchmacher, Arthur Lenner, München Umschlaggestaltung: Parzhuber & Partner GmbH, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Printed in Germany ISBN 978-3-446-41230-9

3

Inhalt 1

Einleitung

5

2

Methoden und Werkzeuge

9

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Define Measure Analyze Design Verify

9 16 24 34 47

3

Der Einsatz in Systemprojekten

52

3.1 Technische Systeme 3.2 Integration in einen allgemeinen ­Entwicklungsprozess 3.3 Umsetzung der Anforderungen 3.4 Robust Design und Fähigkeits-Flow-up 3.5 Robustheitsstrategie am Beispiel des ­Kraftstoffinjektors

52

82

4

Implementierung

94

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Voraussetzungen Prozessmanagement als Rahmen Integration in den Entwicklungsprozess DFSS-Methodik als Basis DFSS-Rollen und -Ausbildungskonzept

54 65 78

94 96 98 105 117

4

Inhalt

4.6 DFSS Black Belt als Coach 4.7 Erste Projekte auswählen und definieren

121 125

5

127

Abkürzungen

Literatur

128

5

1 Einleitung Die Anforderungen an Unternehmen, die in dem immer schnelleren Marktumfeld bestehen wollen, steigen permanent. Das Spannungsdreieck Qualität, Kosten und Zeit stellt Unternehmen vor immer größere Herausforderungen. In den letzten Jahren hat sich zunehmend Six Sigma als ein Ansatz herauskristallisiert, der Unternehmen nachhaltig in ihrer Qualitäts- und Kostenposition verbessern kann. Prominentestes Beispiel ist der amerikanische Konzern General Electric. Mittlerweile verwenden auch viele deutsche Konzerne den Six-Sigma-Ansatz in verschiedenen Ausprägungen (z. B. Unternehmenskultur, Toolbox). Zunehmend wenden Unternehmen auch Design for Six Sigma (DFSS) an, jedoch stellt die Umsetzung viele Unternehmen vor große Herausforderungen. Was ist Six Sigma?

Statistisch gesehen ist Sigma ein Buchstabe des griechischen Alphabets, der s geschrieben wird. Er ist sowohl das Symbol als auch die Maßzahl für Prozessvariation. Eine Prozessleistung entspricht 6 s, wenn die Variation eines einzelnen Prozess- oder Produktmerkmals so gering ist, dass in ­einer Millionen Möglichkeiten nur 3,4 Fehler auftreten. Die Statistik ist die Basis bzw. „Six Sigma“ das Ziel, hiermit hat Motorola sich in den 80er-Jahren aus der Qualitätskrise gerettet. Der erste Schritt ist, das Problem bzw. die relevanten Input- und Outputgrößen messbar zu machen. Dann werden Messungen zum Iststand durchgeführt und Ziele gesetzt. ­Basierend auf tiefgreifenden statistischen Analysen werden Optimierungen durchgeführt und der verbesserte Zustand

6

Einleitung

wird durch Messungen belegt. Diese Messgrößen ermög­ lichen eine nachhaltige Prozessregelung. Diese Vorgehensweise ist die DMAIC-Systematik (Define, Measure, Analyze, Improve, Control). Aber die Statistik ist die eine Seite der Medaille. Um Six Sigma erfolgreich zu betreiben, benötigt man mehr als nur statistische Tools. Die wesentlichen Charakteristika bei der Anwendung von Six Sigma sind im Folgenden aufgeführt:  Der Kunde und seine Bedürfnisse stehen an erster Stelle.  Ziel ist, signifikante Einsparungen für das Unternehmen

zu erzielen.  Konsequente Systematik (DMAIC für bestehende Pro-

zesse und DFSS/DMADV für neue Produkte und Prozesse).  Die Umsetzung erfolgt durch Verbesserungsprojekte (Herzschlag von Six Sigma).  Quantifizierte Ursache-Wirkungs-Beziehungen (keine Symptombehandlung, Identifikation der Ursachen).  Allgemeingültige Messgrößen für alle Arten von Pro­ zessen.  Kombinatorischer Ansatz von „statistischen Tools“ und „Soft Tools“.  Pragmatische Anwendung statistischer Tools mittels Software.  Kombination zwischen Qualifizierung und gleichzeitiger Ergebnisorientierung (Belt-Ausbildungen)  Integration im Unternehmen durch ein professionelles Trainings- und Entwicklungskonzept für klar definierte Rollen.

Einleitung

7

Was ist Design for Six Sigma?

Die wesentlichen Charakteristika bei der Anwendung von Six Sigma gelten sowohl für den klassischen DMAIC-Ansatz als auch für Design for Six Sigma (Bild 1). Systematik

Prozess existiert und soll verbessert werden.

Verbesserung

Prozess existiert, soll aber grundlegend geändert oder in einem anderen Umfeld eingeführt werden.

Redesign

Es soll ein neuer Prozess entwickelt werden.

Neues Design

klassisches Six Sigma

DMAIC

Systematik DMADV Design for Six Sigma

ICOV IDOV ...

Bild 1:  Einsatzgebiete von DMAIC- und DFSS-Projekten (Quelle: Harry/ Schroeder)

Design for Six Sigma steht für  eine Methode zum Design oder Redesign neuer Produkte

und Prozesse,  Fehler nicht bis in die Produktion gelangen zu lassen,  Kundenwünsche systematisch in statistisch abgesicherte

Produkt- und Prozesstoleranzen zu übersetzen,  Toleranzen und Prozesse von Anfang an auf eine hohe

Prozessfähigkeit auszulegen. Im Gegensatz zum klassischen Six Sigma, bei dem der DMAIC-Prozess etabliert ist, gibt es im DFSS eine Reihe von  verschiedenen Systematiken, die sich nicht durch un­ terschiedliche Methoden und Werkzeuge, sondern lediglich

8

Einleitung

durch einen anderen Phasenablauf unterscheiden. Im Folgenden sind die bekanntesten DFSS-Systematiken aufgeführt:  DMADV (Define, Measure, Analyze, Design, Verify),  DCOV (Design, Characterize, Optimize, Verify),  IDOV (Identify, Design, Optimize, Validate).

Zielsetzung und Aufbau des Buches

Die Art und Weise, wie DFSS in Unternehmen integriert und umgesetzt werden kann, ist für viele Unternehmen unklar. Vielfach wird Design for Six Sigma nur ansatzweise angewendet, d. h., es werden nur einzelne Tools eingesetzt oder Teiloptimierungen im Rahmen einer Entwicklung durchgeführt. DFSS kann aber nur voll wirksam werden, wenn ein Unternehmen auch den gesamten Entwicklungsprozess nach der DFSS-Philosophie betreibt. In diesem Buch wird ein Ansatz beschrieben, der einerseits einen Weg aufzeichnet, wie die Design-for-Six-Sigma-Methodik im Unternehmen implementiert werden kann, und zum anderen, wie mit diesem Ansatz Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit sowie Entwicklung von komplexen Produkten (Systemen) erfüllt werden. Im Kapitel 2 werden im Wesentlichen die Methoden und Tools der klassischen DFSS-Methodik entlang der Phasen Define → Measure → Analyze → Design → Verify beschrieben und mit hilfreichen Beispielen und Tipps zur Anwendung versehen. Das Kapitel 3 beschreibt, wie Design for Six Sigma bei komplexen Systemprojekten eingesetzt werden kann. Das Kapitel 4 betrachtet die Implementierung von DFSS in Unternehmen.

9

2 Methoden und Werkzeuge In diesem Kapitel wird eine Auswahl wichtiger DFSSWerkzeuge entlang der DMADV-Roadmap (Define, Measure, Analyze, Design, Verify) vorgestellt. Fast alle Werkzeuge ­können sowohl in der Produktentwicklung als auch für die Entwicklung von Prozessen und Dienstleistungen eingesetzt werden.

2.1 Define In der Define-Phase wird das Projekt definiert und eine klare Projektzielstellung bzw. Problemdefinition heraus­ gearbeitet. Die Grenzen des Projektes werden festgelegt und der Einfluss auf andere Projekte wird überprüft. Eine Aktivitäten-, Zeit- und Ressourcenplanung wird ­anhand eines Projektplans durchgeführt und es erfolgt eine Aufwands- und Risikobewertung des Projektes. Wenn der Nutzen des Projektes die Risiken übersteigt und das Projekt von strategischer Seite aus sinnvoll erscheint, wird ein Projektteam gebildet und eine detaillierte Aufgabenstellung (Lastenheft) erstellt. 2.1.1 Projektcharter

Worum geht es?

Im Projektcharter werden die quantitativen und qualita­ tiven Sachziele des Projektes, der Zeitrahmen, das Budget, die Teamzusammensetzung und die wesentlichen Rahmen­ bedingungen beschrieben und festgelegt.

10

Methoden und Werkzeuge

Was bringt es?

Der Projektcharter dient der Abstimmung zwischen dem Auftraggeber und dem Projektteam bezüglich der Ziele, der Erwartungen, des Projektumfangs und der Rahmenbedingungen. Wie gehe ich vor?

Ein Projektcharter gliedert sich in acht Abschnitte (Bild 2). Ein wichtiger Schritt ist die Bestimmung der Verantwort­ lichen, die folgende Rollen ausüben: Black Belt, Master Black Belt, Champion, Sponsor, Produkt-/Prozesseigner und Kaufmann. Durch die Unterschrift der Verantwortlichen wird das Projekt genehmigt. 2.1.2 Projektmanagement

Worum geht es?

„Projektmanagement ist die Gesamtheit von Führungsaufgaben, Führungsorganisation, Führungstechniken und Führungsmitteln für die Abwicklung eines Projektes“ (DINNorm 69901). Was bringt es?

Das Ziel des Projektmanagements ist es, ein Projekt so zu führen, zu koordinieren, zu steuern und zu kontrollieren, dass das Projektziel mit den vorhandenen Ressourcen unter Einhaltung der Zeit- und Budgetvorgaben erreicht werden kann.

Define

1. 2. 3.

Projekttitel

Piezo Common Rail Diesel Einspritzsystem PCR

1. Ausgangssituation, Chancen und Nutzen

Entwicklung eines leistungsfähigen Piezo Common Rail Diesel-Einspritzsystems PCR, für die Euro 6 Umweltanforderungen erfüllt. Einhaltung der EU 6 Emissionsanforderungen, gleicher oder geringerer Systempreis als Vorgängersystem bei gleicher oder verbesserter Qualität. Name, Organisationseinheit Unterschrift Datum

2. Kritische Qualitätsmerkmale und Messgrößen 3. Schlüsselrollen

Black Belt Hr. Schwarz

Schwarz

Master Black Belt Hr. Meistermann Champion Dr. Gross Sponsor Fr. Lautergeld Produkt-/Prozesseigner Dr. Kraft Kaufmann Fr. Gwinn

4. 5. 6. 7.

11

4. Projektziele 5. Monetärer zusätzlicher Nutzen 6. Projektumfang In u. Abgrenzung Out 7. Projekt Team & Ressourcen 8. Zeitplan

8.

5.07.10

B. Meistermann

5.07.10

Dr.Gross

6.07.10

Lautergeld

7.07.10

Kraft

7.07.10

Gwinn

8.07.10

PCR erfüllt die Kundenanforderungen, z.B. Euro 6 Emissionsvorschriften, Einhaltung des Zielpreises/System, Einhaltung der Qualitätsziele gemäß Lastenheft. ▪ Reduzierung der Entwicklungskosten um mindestens 20% ▪ Erhöhung des Marktanteils bei Diesel-Einspritzsystemen PCR Hydraulik und elektronische Ansteuerung, Software Kraftstoff-Tank und -Filter, Turbolader Dr. E (F&E), Hr. P (Produktion); Hr. T (Systemtest); Fr. M (Marketing); Hr. Q (Qualitätsmanagement), Fr. E (Einkauf), Hr. V (Vertrieb); Ressourcen: Systemprüfstand Phase Beginn Ende Define 07.01.10 31.01.10 Measure 01.02.10 21.03.10 Analyze 24.03.10 16.05.10 Design 19.05.10 29.08.10 Verify 01.09.10 12.12.10 Abschluss

13.12.10

19.12.10

Bild 2:  Projektcharter (Beispiel)

Wie gehe ich vor?

Das Projektmanagement von Design-for-Six-Sigma-Projekten kann wie folgt gegliedert werden:  Aktivitäten-, Zeit- und Ressourcenplanung mithilfe eines

Projektplans,

12

Methoden und Werkzeuge

 Überwachung der Budgeteinhaltung des Projektes anhand

einer Kostenplanung,  Einsatz von Methoden des Veränderungsmanagements,

um den Wandel zu gestalten und Akzeptanz für Veränderungen zu schaffen,  Bewertung von potenziellen Risiken und Definition von Maßnahmen zur Risikovermeidung anhand einer Projekt­ risikoanalyse. 2.1.3 Projektplan

Worum geht es?

Der Projektplan liefert eine detaillierte Beschreibung des Zeitplans und der Meilensteine eines Projektes. Was bringt es?

Im Projektplan werden die Meilensteine, die benötigten ­ rbeitsergebnisse und die notwendigen Aktivitäten und ResA sourcen festgelegt. Außerdem erfolgt eine Visualisierung von zeitlichen und inhaltlichen Abhängigkeiten. Wie gehe ich vor?  Planung der Projektstruktur,  Erstellung eines Projektzeitplans (Festlegen der Meilen-

steine und Ablauf- und Terminplanung der Arbeitsauf­ gaben und Aktivitäten). Als Planungswerkzeuge werden in der Regel PERT-Diagramme (Program Evaluation and Review Technique) oder Gantt-Diagramme (siehe auch Pocket Power „Projekt­ management“) eingesetzt.

Define

13

2.1.4 Projektrisikoanalyse

Worum geht es?

Die Projektrisikoanalyse dient der Identifizierung aller Gefahren für den Projektablauf und der Definition von Maßnahmen zur rechtzeitigen Risikovorbeugung. Was bringt es?

Das Ziel der Projektrisikoanalyse (Bild 3, Seite 14) ist eine Beurteilung von Risiken bezüglich der Eintrittswahrscheinlichkeit und des Einflusses auf den Projekterfolg sowie die Definition von Maßnahmen zur Reduzierung der Risiken. Wie gehe ich vor?  Risiken identifizieren und Einteilung in Risikogruppen,  Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit (1: sehr ge-

ring, 3: gering, 7: mittel, 9: hoch),  Abschätzung der Bedeutung des Risikos (1: sehr gering,

3: gering, 7: deutlich, 9: sehr groß),  Berechnung der Risikozahl nach folgender Formel:

Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit ∙ Bedeutung,  Risikoüberwachung anhand eines Maßnahmenplans. 2.1.5 Projektumfeldanalyse

Worum geht es?

Die Projektumfeldanalyse (Bild 4, Seite 15) dient der Identifikation der wichtigsten Personen im Projektumfeld und deren Interessenlagen in Bezug auf das Verbesserungsprojekt.

14

Nr.

Methoden und Werkzeuge

Risiko Projektziel nicht klar definiert und mit dem Management abgestimmt Nutzen des Projektes nicht klar definiert

#1 #2

EintrittsBedeutung Risikowahrschein/Effekt potenzial lichkeit 1

7

7

1

5

5

#3

Kri tischer Zeitplan

7

9

63

#4

Projektkosten höher als geplant

3

7

21

5

5

25

7

7

49

3

3

9

#5 #6 #7 #8 #9 #10

Prioritätskonflikte mit anderen zeitgleichen Projekten Nicht genügend personelle Ressourcen vorhanden Nicht genügend technische Ressourcen vorhanden Engpass bei den räumlichen und logistischen Ressourcen Unklare Rollen- und Kompetenzverteilung im Projektteam Projektleiter und Mitarbeiter nicht ausreichend qualifiziert.

Occurence Position

1

5

5

1

3

3

5

5

1 Impact Position 1,5 -0, 5

Projektrisikoanalyse -4, 5 -4, 5

Bubble Size 2,645751311 2,236067977

10

Bedeutung / Effekt

#3 #1 5

#4 #5

#10 #9

#6

#7

0/0

5

Eintrittswahrscheinlichkeit

Bild 3:  Projektrisikoanalyse

10

Define

15

Kunden

+/–

+

Projektleiter

+

Lieferanten

+

Auftraggeber

+ Projekt

+

Projektteam

Entwicklung

– Labor

+/– Fertigung

Bild 4:  Beispiel einer Projektumfeldanalyse

Was bringt es?

Das Ziel dieser Methode ist es, die notwendige Unter­ stützung für das Projekt zu gewährleisten und Widerstände zu ermitteln und abzubauen. Wie gehe ich vor?  Wichtigste Personen im Projektumfeld identifizieren.  Beziehungsgeflecht darstellen: Die Stärke des Einflusses

wird durch die Kreisgröße dargestellt, die Nähe bzw. Distanz zum Projektgeschehen durch unterschiedliche Entfernungen der Kreise zum Zentrum symbolisiert).  Analyse der wichtigsten Beziehungen: Darstellung der Erwartungen und Befürchtungen der relevanten Personen

16

Methoden und Werkzeuge

mit „+“ (positiv), „–“ (negativ) oder „+/–“ (unentschlossen oder ambivalent).  Maßnahmen definieren.

2.2 Measure „Der Kunde und seine Bedürfnisse stehen an erster Stelle.“ Das Ziel der Measure-Phase ist es, die wichtigsten Kunden und ­deren Bedürfnisse zu ermitteln und diese in messbare Produkt- und Prozessmerkmale zu überführen. 2.2.1 Voice of the Customer

Worum geht es?

Die „Stimme des Kunden“ (Voice of the Customer, VoC) ist eine wesentliche Methode, um die tatsächlichen um­ fassenden Kundenanforderungen zu erfassen, zu verdichten und somit in konkrete, idealerweise messbare Produkt- und Prozessmerkmale zu überführen. Die „Stimme des Kunden“ beinhaltet alle Anforderungen an das Produkt in Bezug auf Qualität, Kosten und Lieferung. Was bringt es?

Das Ziel von VoC ist eine Transformation der Kunden­ bedürfnisse in spezifische Produkt- und Prozessmerkmale mit den dazugehörigen Messgrößen. Diese sind die ersten wesent­lichen Eingangsgrößen für das House of Quality 1 (QFD1, siehe Kapitel 2.2.7, Seite 21).

Measure

17

Wie gehe ich vor?

Die wesentlichen Schritte sind:  Identifizieren der Kunden,  Daten sammeln,  Daten analysieren (clustern, gewichten).

Eine häufig zur Gewichtung verwendete Methode ist das Kano-Modell, welches im Folgenden noch beschrieben wird. Zur weiteren Verifizierung kommen dann die Methoden Kundenbedarfsanalyse, Conjoint-Analyse sowie Benchmarking zum Einsatz. Am Ende der Measure-Phase steht der Treiberbaum mit dem Ziel, die festgelegten Kundenanfor­ derungen in konkrete messbare Produkt- bzw. Prozessmerkmale zu überführen. 2.2.2 Kundenbedarfsanalyse

Die Kundenbedarfsanalyse steht meist am Anfang, da hier grundsätzliche Betrachtungen als Vorstufe für alle anderen folgenden Werkzeuge der Measure-Phase zu leisten sind. Was bringt es?

Ziel ist es, zu unterstützen:  sich tiefer in den Kunden und seine Lage hineinversetzen

zu können,  die Bedürfnisse und Probleme des Kunden besser zu ver-

stehen,  latente Bedarfe des Kunden (Begeisterungsmerkmale) zu

erkennen und somit  Alleinstellungsmerkmale gegenüber Wettbewerbern auf-

zubauen.

18

Methoden und Werkzeuge

Es gibt im Wesentlichen vier Werkzeuge zur Durchführung einer antizipativen Kundenbedarfsanalyse. Zur Beschreibung der Situation und des Umfeldes eignen sich das „Wertschöpfungsnetzwerk“ und die „Kundenprozessanalyse“. Für die weitere Analyse des Kundennutzens stehen die „Means-End-Analyse“ und die „Empathie-Prozess-Matrix“ zur Verfügung. 2.2.3 Conjoint-Analyse

Die Conjoint-Analyse (auch Verbundmessung, Conjoint Measurement, Conjoint Analysis, multi-attribute compositional models oder Trade-off-Analyse genannt) ist eine Methode, die in der Psychologie entwickelt wurde. Der Begriff bezeichnet eine Vorgehensweise zur Messung der Bewertung eines (gegebenenfalls fiktiven) Gutes. Dazu werden bestimmte Eigenschaften des Gutes (Stimuli) mit bestimmten Bedeutungsgewichten versehen, um daraus ein möglichst allgemeingültiges Gesamtpräferenzurteil der Verbraucher über das Gut ableiten zu können. Beispiel: Autokaufentscheidung Für einen Automobilhersteller ist es wichtig festzustellen, welche Bedeutung die Merkmale „Hersteller“, „PS-Zahl“ und „Wagenfarbe“ für die Kaufentscheidung des Nutzers haben. Im Rahmen einer Conjoint-Analyse werden aus diesen Merkmalen eine Reihe von Gesamtprodukten kombiniert (z. B. ein roter Audi mit 170 PS, grauer Mercedes mit 160  PS und ein blauer BMW mit 190  PS usw.). Der Befragte gibt nun zu diesen Gesamtkonzepten jeweils ein Votum ab. Im Rahmen des Conjoint-Verfahrens ist es möglich, aus den Angaben des Nutzers auf dessen Präferenzen bezüglich der einzelnen Merkmale und Merkmalsausprä-

Measure

19

gungen zu schließen. In diesem Beispiel könnte sich beispielsweise ergeben, dass sich die Probanden beim Kauf ­eines Neuwagens in erster Linie am Hersteller orientieren (wichtigstes Merkmal) und der Hersteller BMW bevorzugt wird (wichtigste Merkmalsausprägung). 2.2.4 Benchmarking

Benchmarking ist die Methode des unmittelbaren Vergleichens eigener Leistungen mit denen der Wettbewerber oder mit denen, die als die Besten in der Branche oder sogar auf der Welt gelten. Es gibt sowohl Prozess- als auch Produktbenchmarking. Benchmarking ist demnach ein Prozess der Selbstverbesserung mit dem Ziel: „Durch (Unternehmens-)Vergleich von den Besten lernen!“ Dieser Prozess muss andauern, um effektiv zu sein. Er kann nicht einmal durchgeführt und danach ignoriert werden, in dem Glauben, die Aufgabe sei erledigt. In einer Umgebung ständiger Veränderung ist Selbstzufriedenheit tödlich. Bezogen auf eine Neuentwicklung bedeutet dies ein gezieltes Prozess- und/oder Produktbenchmarking mit den wichtigsten Wettbewerbern. Auch wenn es sich um eine völlig neue Entwicklung handelt, sollte diese mit den aktuellen Wettbewerbsprodukten verglichen werden (siehe Pocket Power „Benchmarking“). 2.2.5 Kano-Modell

Aus der Analyse von Kundenwünschen hat Noriaki Kano abgeleitet, dass Kundenanforderungen unterschiedlicher Art sein können. Das nach ihm benannte Kano-Modell erlaubt es, die Wünsche (Erwartungen) von Kunden zu erfassen und bei der Produktentwicklung zu berücksichtigen (siehe Bild 11 auf Seite 70).

20

Methoden und Werkzeuge

Beispiel: Auto • Basismerkmale, die so grundlegend und selbst verständlich sind, dass sie den Kunden erst bei Nichterfüllung bewusst werden (implizite Erwartungen). Werden die Grundforderungen nicht erfüllt, entsteht Unzufriedenheit, werden sie erfüllt, entsteht aber keine Zufriedenheit! Die Nutzensteigerung im Vergleich zur Differenzierung am Wettbewerber ist sehr gering. Zum Beispiel Sicherheit, Rostschutz. • Leistungsmerkmale sind dem Kunden bewusst, sie können in unterschiedlichem Ausmaß erfüllt werden und beseitigen Unzufriedenheit oder schaffen Zufriedenheit je nach Ausmaß. Zum Beispiel Fahreigenschaften, Beschleunigung, Lebensdauer. • Begeisterungsmerkmale sind dagegen Nutzen stiftende Merkmale, mit denen der Kunde nicht unbedingt rechnet. Sie zeichnen das Produkt gegenüber der Konkurrenz aus und rufen Begeisterung hervor. Eine kleine Leistungssteigerung kann zu einer überproportionalen Nutzenstiftung führen. Die Differenzierungen gegenüber der Konkurrenz können gering sein, die Nutzenstiftung aber enorm. Zum Beispiel Sonderausstattung, besonderes Design. 2.2.6 Treiberbaum (Drivertree)

Der Treiberbaum steht meist am Ende der Measure-Phase bzw. liefert die ersten wesentlichen Eingangsgrößen für das Quality Function Deployment House (QFD 1). Das Ergebnis des Treiberbaums sind die sogenannten CTQs oder CTCs (CTQ: Critical to Quality; CTC: Critical to Customer). In Bild 12 auf Seite 71 ist der Ablauf eines Treiberbaums exemplarisch dargestellt. Ausgehend vom Kundenbedürfnis über die sogenannten „Treiber“ wird das Kundenbedürfnis in die sogenannten CTQs/CTCs heruntergebrochen. Für alle

Measure

21

CTQs und/oder CTCs werden Messgrößen und Zielwerte ­definiert. 2.2.7 QFD1 (Quality Function Deployment)

Worum geht es?

Quality Function Deployment (QFD) ist eine Methode zur systematischen Umsetzung von Kundenerwartungen und -forderungen in Prozess- und Produktspezifikationen. Was bringt es?

Ziel von QFD ist die ganzheitliche Beschreibung der Schnittstelle Kundenwunsch/Produktmerkmale und Strukturierung sowie Selektierung der Vielzahl der Informationen in einer Matrix. Wie gehe ich vor?

Die acht Räume des QFD1 (House of Quality) werden wie in Bild 5 auf Seite 22 beschrieben ausgefüllt. Tabelle 1 erläutert die einzelnen Räume. 2.2.8 Boundary-Diagramm

Worum geht es?

Das Boundary-Diagramm ist eine grafische Darstellung der Schnittstellen zwischen dem System, den Subsystemen und Komponenten.

22

Methoden und Werkzeuge

+ + + 6 4

7

1

was zu wie

was

*

*

Bild 5:  Aufbau eines QFD-Hauses

*

@

*

@ #

1: am schlechtesten 2 3 4

@

8

#@ @#

# @

# @

#

*

@#

@

wie viel

*

3# *

* *

#

@ #

9

4 5 : am besten

wie

1: schlechteste 2

2

3

  =  =

5 : am besten

5 @: unser Unternehmen #: Wettbewerber A *: Wettbewerber B

Measure

23



Raum 1: Ermittlung der Kundenanforderungen und Wünsche Eintragen der möglichst vollständigen Kundenanforderungen



Raum 2: Bewertung der Anforderungen aus Kundensicht Bewertung in drei Stufen: 9 = sehr wichtig; 3 = wichtig; 1 = weniger wichtig



Raum 3: Wettbewerbsvergleich Abschätzung der Erfüllung der Kundenanforderungen im Vergleich zum Wettbewerb anhand einer Skala von 1 bis 5 = sehr schlecht bis sehr gut



Raum 4: Bestimmung der Funktionsmerkmale Designmerkmale zur Erfüllung der Kundenanforderungen



Raum 5: Zielwerte für technische Merkmale Festlegung von technisch und finanziell erreichbaren Zielgrößen



Raum 6: Wechselwirkungen zwischen den Funktionsmerkmalen ermitteln



Raum 7: Zusammenhänge zwischen Kundenanforderung und Funktionsmerkmalen 0 = keine Korrelation; 1 = schwache Korrelation; 3 = mittlere Korrelation; 9 = starke Korrelation



Raum 8: Technische Bedeutung Berechnung der technischen Bedeutung anhand des Summenprodukts aus den Gewichtungsfaktoren der Kundenanforderungen mit den Bewertungen aus der Beziehungsmatrix



Raum 9: Zielwertvergleich zur Konkurrenz Bewertung des Verhältnisses der eigenen Entwicklungsziele zu den Konkurrenzprodukten anhand einer Skalierung von 1 bis 5

Tab. 1:  Erläuterungen der QFD-Räume

24

Methoden und Werkzeuge

Was bringt es?

Die Methode ist ein Hilfsmittel zur Bestimmung von Einflussgrößen, Materialflüssen und Informationsströmen zwischen den Komponenten des Systems untereinander und zwischen den Komponenten und der Systemumgebung. Wie gehe ich vor?  Physikalische Beschreibung: Darstellung der einzelnen

Subsysteme und Komponenten des Systems jeweils in Form von Rechtecken.  Symbolisieren der Wechselwirkungen durch Pfeile zwischen den Subsystemen und Komponenten. In Abschnitt 3.3.2 auf Seite 74 wird am Beispiel eines Sitz-/ Steh­arbeitsplatzes das Vorgehen bei der Erstellung eines Boundary-Diagramms genauer erläutert.

2.3 Analyze Das Ziel der Analyze-Phase besteht darin, Konzepte für die Realisierung eines zu entwickelnden Produktes oder Prozesses zu generieren. Aus diesen Konzepten wird anschließend das Konzept ausgewählt, das am besten den in der MeasurePhase ermittelten Anforderungen unter Berücksichtigung der Budget- und Ressourcenvorgaben entspricht. 2.3.1 QFD2 (Quality Function Deployment)

Worum geht es?

Nach der gleichen Systematik wie beim QFD1 werden in der Analyze-Phase mithilfe eines weiteren QFD-Hauses

Analyze

25

(QFD2) die Funktionsmerkmale in Designmerkmale übersetzt. Was bringt es?

Anhand des QFD2 kann der Einfluss der Designmerkmale auf die zur Erfüllung der Kundenwünsche erforderlichen Funktionsmerkmale bewertet werden. Wie gehe ich vor?

Das QFD2 wird analog zum ersten QFD-Haus erstellt, wobei im Raum 1 die mithilfe des QFD1 ermittelten Funktionsmerkmale und im vierten Raum die Designmerkmale des Produktes eingetragen werden. 2.3.2 Kreativitätstechniken

Kreativitätstechniken dienen dem gezielten Erzeugen neuer Ideen zum Zwecke einer Problemlösung und zur An­ regung der Kreativität. Die Kreativitätsmethoden lassen sich in intuitive und diskursive Methoden einteilen. Das Ziel der intuitiven Methoden ist eine Anregung des Unbewussten, damit Wissen, an das man sonst nicht denkt, aktiviert wird. Die drei wichtigsten Methoden sind  Brainstorming,  6-3-5-Methode,  Mindmapping.

Bei diskursiven Methoden wird ein systematischer Prozess zur Lösungssuche in einzelnen definierten Schritten durchgeführt. Die wichtigsten diskursiven Methoden sind

26

Methoden und Werkzeuge

 morphologischer Kasten,  SCAMPER-Methode,  Pugh-Matrix,  TRIZ: Theorie des erfinderischen Problemlösens. 2.3.3 Intuitive Kreativitätsmethoden

Brainstorming Was bringt es?

Das Ziel des Brainstormings ist es, möglichst viele Ideen zu einer vorgegebenen Fragestellung in kurzer Zeit zu generieren. Wie gehe ich vor?

Schritt 1: Ideen generieren Im Rahmen einer Gruppensitzung werden Ideen gesucht und unkommentiert aufgeschrieben. Schritt 2: Ergebnisse sortieren und bewerten Die Ergebnisse werden von einem Moderator vorgelesen und anschließend von den Teilnehmern bewertet und sortiert. 6-3-5-Methode Was bringt es?

Bei der 6-3-5-Methode erarbeitet ein aus sechs Personen bestehendes Team in kurzer Zeit Ideen zur Problemlösung.

Analyze

27

Dabei arbeitet jeder Teilnehmer selbständig und kann sich von den Ideen der anderen anregen lassen. Wie gehe ich vor?  Definition der Fragestellung.  Jeder Teilnehmer erhält ein Blatt Papier, das mit drei Spal-

ten und sechs Reihen zu 18 Kästchen aufgeteilt ist. Anschließend bekommen alle sechs Teilnehmer drei bis fünf Minuten Zeit, um drei Ideen zur Lösung des Problems in den drei Kästchen einer Reihe aufzuschreiben. Das Blatt wird dann im Uhrzeigersinn an den jeweiligen Nachbarn weitergereicht, bis jedes Teammitglied auf jedem Blatt die Gelegenheit hatte, seine Ideen aufzulisten. Mindmapping Was bringt es?

Das Mindmapping unterstützt die Erfassung und Strukturierung von Ideen durch eine Visualisierung der Zusammenhänge. Wie gehe ich vor?

Das zu bearbeitende zentrale Thema wird in der Mitte des Blattes kurz und prägnant niedergeschrieben oder symbolisiert. Von diesem zentralen Thema aus gehen die Hauptäste mit den dazugehörenden Schlüsselwörtern ab. Die Hauptäste können sich wiederum in Zweige und Nebenzweige untergliedern, die in Bezug auf den Hauptast einen bestimmten Themenkomplex darstellen. (Eine ausführliche Beschreibung finden Sie im Pocket Power „Kreativitätstechniken“).

28

Methoden und Werkzeuge

2.3.4 Diskursive Kreativitätsmethoden

Morphologischer Kasten Worum geht es?

Der morphologische Kasten ist eine Methode zur Entwicklung alternativer Konzeptideen. Was bringt es?

Das Ziel ist, durch die Auswahl der besten Kombination aus allen Teillösungen eine möglichst optimale Konzeptidee zu entwickeln. Wie gehe ich vor?  Das Problem wird analysiert und definiert.  Den wichtigsten Funktionen werden Merkmale zugeord-

net, die möglichst unabhängig voneinander sein sollten.  Für jedes Merkmal werden mögliche Ausprägungen er-

mittelt und in eine Matrix eingetragen.  Die Alternativen, die sich aus der Kombination der Merk-

male ergeben, werden verknüpft.  Schließlich wird die beste Lösung ausgewählt.

(Siehe auch Pocket Power „Kreativitätstechniken“.) SCAMPER-Methode Worum geht es?

Die SCAMPER-Methode ist eine Kreativitätstechnik in Form einer Checkliste, die zur strukturierten Ideensamm-

Analyze

29

lung und Ideenbewertung bei der Produktentwicklung eingesetzt werden kann. Was bringt es?

Das Ziel der SCAMPER-Methode ist die Ergänzung von Konzeptideen durch strukturiertes Hinterfragen des Kon­ zept­umfeldes. Wie gehe ich vor?

Die auf Seite 30 in Tabelle 2 dargestellten Leitfragen sollen helfen, ­kreative Ideen zu entwickeln. Pugh-Matrix Worum geht es?

Die Pugh-Matrix ist ein Verfahren zur Bewertung und Auswahl des besten Designkonzeptes durch direkten Vergleich von Designalternativen. Was bringt es?

Die Matrix dient der Identifizierung und Optimierung des besten Designkonzeptes. Wie gehe ich vor?

Bild 6 zeigt eine Pugh-Matrix, die in den folgenden vier Schritten erstellt wird:

30

Methoden und Werkzeuge

S

Substitute (Ersetzen)

Welche Konzeptelemente können ersetzt werden?

C

Combine (Kombinieren)

Was kann im Konzept miteinander kombiniert werden?

A

Adapt (Anpassen)

Wie können Konzeptelemente angepasst werden?

M

Modify (Modifizieren)

Wie können Konzeptelemente verändert ­werden? (z.  B. Änderung der Größe, Gestalt, Farbe, Haptik)

P

Put into other uses (andere Verwendung)

Welche weiteren Verwendungen gibt es für das Designelement? Kann es zweckentfremdet werden?

E

Eliminate (Eliminieren)

Wie können Konzeptelemente entfernt ­werden? Wie kann das Produkt auf seine ­Kernfunktionen reduziert werden?

R

Reverse (Umkehren)

Wie wirkt sich die Umkehrung eines Konzept­ elementes aus? Lässt sich die Reihenfolge sinnvoll ändern?

Tab. 2:  Fragen zur Entwicklung von kreativen Ideen CTQs aus QFD1

Standardkonzept

Kriterium 1 Kriterium 2 Kriterium 3 Kriterium 4 Anzahl '+' Anzahl '-' Anzahl '0' Gewichtete Summe '+' Gewichtete Summe '-' Gewichtete Gesamtpunktzahl

Bild 6:  Pugh-Matrix

Konzept 1 Konzept 2 Konzept 3 Priorisierung/ Gewichtung

0 0 0 0 0 0 4

+ + 0 2 1 1

0 0 + 1 1 2

+ 0 1 2 1

0

16

5

7

0

5

9

12

0

11

-4

-5

7 9 3 5

Analyze

31

 Festlegung eines Vergleichskonzeptes,  Konzepte und Kriterien eintragen,  Vergleich der Konzepte mit dem Standardkonzept,  Auswertung der Plus-, Minus- und Nullbewertungen.

TRIZ: Theorie des erfinderischen Problemlösens Worum geht es?

TRIZ ist das russische Akronym für „Theorie des erfinderischen Problemlösens“. TRIZ basiert auf der Idee, dass viele grundlegende technische Aufgabenstellungen schon einmal gelöst wurden und neue innovative Produkte anhand einer systematischen Analyse von bisherigen vergleichbaren Problemstellungen entwickelt werden können. Was bringt es?

Das Ziel von TRIZ ist es, effiziente Lösungsansätze zu entwickeln und widersprüchliche Anforderungen des Ausgangsproblems zu lösen, ohne dass, wie bei der Versuch-und-Irrtum-Methode, Kompromisse eingegangen werden müssen. Die Kreativität und der Innovationsgeist der Ingenieure und des Projektteams werden gefördert und Denkbarrieren überwunden. Wie gehe ich vor?

Die TRIZ-Methodik beinhaltet einen Werkzeugkasten an Vorgehensweisen zum kreativen Lösen von Problemen. Die Vorgehensweisen können in die vier Gruppen Systematik, Analogie, Wissen und Vision eingeteilt werden. Diese vier Gruppen werden auch als die vier TRIZ-Säulen bezeichnet.

32

Methoden und Werkzeuge

Eine Übersicht der TRIZ-Werkzeuge der vier Säulen ist in ­ abelle 3 dargestellt. T Säule 1: Systematik Die Methoden der Säule „Systematik“ unterstützen die Analyse von Problemen und dienen der Auflösung von Denkblockaden, damit das kreative Potenzial im Menschen frei­ gesetzt werden kann. Säule 2: Analogie Den Kern der TRIZ-Methodik bilden die drei Werkzeuge der Konfliktanalyse, die auf dem Prinzip der Abstraktion beruhen. Hierbei wird ein konkretes Problem in ein allgemeines Problem abstrahiert (Bild 7). Durch Rückgriff auf allgemeine Prinzipien bei der technischen Problemlösung werden VorSystematik

Wissen

Analogie

Vision

• Effekte­ • Analyse • S-Kurve • Innovationslexikon Checkliste technischer • Evolutions­ • Internet­ Wider­ gesetze • Ressourcen-­ Checkliste recherchen sprüche • Funktions• Patent­ • Separations­­ recherchen prinzipien und Objekt­ modellierung • Stoff-FeldAnalyse • Problem­ formulierung • Zwerg­ modellierung • Operator Material/Kosten/Zeit • Antizipierende Fehlererkennung • Idealität

Tab. 3:  Die vier TRIZ-Säulen

Analyze

2. Allgemeines, abstraktes Problem

Transformation

Abstraktion

1. Spezifisches Problem

33

3. Abstrakte Standardlösung

Rücktransformation

4. Spezifische Lösung

Bild 7:  Das TRIZ-Abstraktionsprinzip

schläge für eine allgemeine Lösung des abstrahierten Problems gefunden. Anschließend wird die allgemeine Lösung in eine konkrete Lösung transformiert. Das Ziel ist es, den Widerspruch nicht mithilfe von Kompromissen zu umgehen, sondern mit neuen Ansätzen zu lösen. Zur Lösung der Widersprüche stehen die Werkzeuge Widerspruchsanalyse, Separationsprinzipien und Stoff-FeldModellierung zur Verfügung. Säule 3: Wissen Viele innovative technische Lösungen basieren auf physikalischen, chemischen, geometrischen und anderen Phänomenen und Effekten. Die TRIZ-Datenbank der Effekte liefert eine zuverlässige Verbindungsbrücke zwischen einer Aufgabe und der Physik, basierend auf umfassendem Wissen aus Mechanik, Physik, Thermodynamik und Chemie. Mithilfe dieser Datenbank kann der Wissenshorizont des Entwicklers erweitert werden. Säule 4: Vision Die Vision, die vierte Säule der TRIZ-Methodik, dient der Standortbestimmung und der Ermittlung von Trends

34

Methoden und Werkzeuge

bei Entwicklungen. Die wichtigsten Methoden der Säule ­„Vision“ sind die Evolutionsgesetze und die S-Kurve.

2.4 Design Das Ziel der Designphase ist die Entwicklung eines detaillierten und robusten Designs, das fähig ist, die Kundenanforderungen auf dem spezifizierten Niveau zu erfüllen. In den folgenden Abschnitten wird eine Auswahl wichtiger Werkzeuge aus der Designphase vorgestellt. 2.4.1 System-FMEA

Die System-FMEA ist eine Weiterentwicklung der „klassischen“ Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA). Worum geht es?

Ausgehend von der Kundenebene wird das zu betrachtende System in Systemelemente zerlegt und diese werden in einem sogenannten Systembaum dargestellt. Den einzelnen Systemelementen werden Funktionen zugeordnet. Die vom Kunden erwarteten Funktionen stehen dabei an oberster Stelle. Alle anderen Funktionen dienen nur der Erfüllung dieser Funktionen – oder sind überflüssig. Übliche Arten der System-FMEA sind die System-FMEA Produkt und System-FMEA Prozess: System-FMEA Produkt Betrachtung der möglichen Fehlfunktionen eines aus meh­reren Bauteilen bestehenden Produktes als Fehler. Stufenweise Analyse der Fehler bis hinunter auf die Bauteilebene.

Design

35

System-FMEA Prozess Betrachtung der möglichen Fehlfunktionen eines aus mehreren Elementen bestehenden Prozesses als Fehler. Stufenweise Analyse der Fehler bis hinunter auf die Tätigkeit. Was bringt es?

Im Gegensatz zur klassischen FMEA wird hier ein System ganzheitlich betrachtet und nicht nur einzelne Fehlermöglichkeiten und deren direkte Auswirkungen. Sie untersucht das Zusammenwirken von Teilsystemen in einem übergeordneten Systemverbund bzw. das Zusammenwirken mehrerer Komponenten in einem komplexen System. Wie gehe ich vor?

Die Vorgehensweise bei der Durchführung einer System FMEA ist gekennzeichnet durch die folgenden sechs Schritte: 1. Vorbereitung und Planung 2. Analyse Systemstruktur 3. Analyse Funktionsstruktur 4. Fehleranalyse 5. Risikobewertung 6. Risikominimierung Im Rahmen des 1. Schrittes wird zunächst ein Team aus Mitar­beitern verschiedener Unternehmensfunktionen (in­ ter­diszi­plinäres Team) gebildet. Einzubeziehen sind insbesondere Konstruktion, Entwicklung, Versuch, Fertigungsplanung, Fertigungsausführung, Qualitätsmanagement etc.. Der Analyseprozess (Schritte 2 – 4) selbst wird dann mithilfe von Formblättern (QS-9000) oder entsprechender Software in formalisierter Weise (VDA 4.2) durchgeführt.

36

Methoden und Werkzeuge

Im Schritt 5 wird zur Risikobewertung die Risikoprio­ ritätszahl (RPZ) ermittelt. Die RPZ entsteht durch Multi­ plikation der B-, A- und E-Bewertungszahlen (RPZ = B ­[Bedeutung] ∙ A [Auftretenswahrscheinlichkeit] ∙ E [Ent­de­ ckungs­wahrscheinlichkeit]) und kann dementsprechend Werte zwischen eins und 1000 annehmen. Ab einer RPZ von ca. 80 sind Maßnahmen zur Minimierung des Risikos zu definieren (Schritt 6). Nach Umsetzung der Maßnahmen ist eine Neubewertung der RPZ durchzuführen. 2.4.2 Simulation

Simulationen ermöglichen Rückschlüsse auf Verhaltensweisen eines realen Produktes oder Prozesses anhand eines Ersatzmodells. Die verschiedenen Simulationsmethoden lassen sich in deterministische und stochastische Simulationen einteilen. Bei deterministischen Simulationen wird vorausgesetzt, dass weder Unsicherheiten bei den Systemparametern noch Zufälligkeiten bei den Eingangsgrößen auftreten. Ein im ­Ingenieurwesen weitverbreitetes deterministisches Simula­ tionsverfahren ist die Finite-Elemente-Methode zur Berechnung komplexer Strukturen. Stochastische Simulationen verwenden Wahrscheinlichkeitsmodelle, um eine Serie realistischer Datenwerte zu gewinnen. Bei den numerischen Verfahren der stochastischen Simulation werden die erwarteten Streuungen der Eingangsparameter berücksichtigt. 2.4.3 Monte-Carlo-Methode

Worum geht es?

Die Monte-Carlo-Methode ist ein stochastisches Simula­ tionsverfahren, das auf Erkenntnissen der Wahrscheinlich-

Design

37

keitstheorie und Statistik beruht. Monte-Carlo-Simulationen werden auf der Basis sehr häufig durchgeführter Zufalls­ ergebnisse erstellt. Was bringt es?

Die Monte-Carlo-Simulation erlaubt eine Bewertung der Robustheit eines Produktes oder Prozesses unter Berücksichtigung der natürlichen Streuung. Wie gehe ich vor?  Es wird ein stochastisches Modell erstellt, das das Problem

genügend gut beschreibt.  Anschließend erfolgt eine Simulation durch Generierung

einer Folge von Zufallszahlen, deren statistische Verteilung die reale Situation möglichst realistisch beschreibt.  Die beste Simulation wird ausgewählt und die Ergebnisse des Zufallsexperiments werden interpretiert. 2.4.4 Design for X: Design for Manufacturing and Assembly (DFMA)

Worum geht es?

Wichtige Anforderungen bezüglich Fertigung, Montage, Test, Service, Logistik, Umwelt, Recycling usw. müssen bereits frühzeitig bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden. Die Leitlinien und Bewertungssysteme von Design for X  dienen dem Entwickler als Orientierungshilfe bezüglich der produktspezifischen Zusatzanforderungen. Design for Manufacturing and Assembly beschreibt die Anpassung einer Produktidee an die Fertigungs- und Mon­

38

Methoden und Werkzeuge

tagebedingungen einer großtechnischen Produktion und ist ein Beispiel für die Erfüllung der Zusatzanforderungen. Was bringt es?  Reduzierung der Kosten für das Gesamtsystem,  Reduzierung der Defekte,  Erhöhung der Zuverlässigkeit,  einfachere Handhabung für das Personal in Herstellung

und Montage. Wie gehe ich vor?

Die DFMA-Methodik beinhaltet verschiedene Prinzipien, die bei der Erstellung eines fertigungs- und montagegerechten Designs dienlich sind: 1. Minimiere die Anzahl der Bauteile Mit der Anzahl der Bauteile in einem System erhöht sich auch die Anzahl der Fehlermöglichkeiten. Jedes Teil, das montiert werden muss, verursacht Kosten und Produktionszeit. Designs mit einer großen Anzahl an Bauteilen sind ­außerdem schlechter für eine Automatisierung geeignet. Ein wichtiges Ziel ist daher die Reduzierung der Anzahl der Bauteile. Strategien zur Bauteilreduzierung •  Kombiniere Bauteile. •  Benutze multifunktionale Bauteile. • Eliminiere nicht unbedingt notwendige Befestigungsteile. • Gebrauche die Bauteilanzahl als eine Bewertungsgröße zur Beurteilung des Designs. • Setze Gusstechniken ein, wo es sinnvoll und möglich ist.

Design

39

2. Standardisiere Teile und Material Bauteilvarianten führen zu zusätzlichen Lagerkosten. Standardbauteile sind generell günstiger und meistens auch besser verfügbar als Nichtstandardbauteile. Daher sollte eine gemeinsame Nutzung von gleichartigen Bauteilen innerhalb eines Produktes oder bei verschiedenen Produkten angestrebt werden. 3. S tecker und sonstige lösbare Verbindungen ­vermeiden Stecker und sonstige lösbare Verbindungen erhöhen die Defektmöglichkeiten und verursachen häufig Zuverlässigkeitsprobleme. In vielen Fällen ist der Einsatz von Klebeoder Schweißverbindungen sinnvoller. 4. Anzahl der Werkzeuge minimieren Da jedes Werkzeug feste Kosten, Betriebskosten und Wartungskosten erzeugt und eine Quelle für Fehlermöglichkeiten ist, sollte die Anzahl der Werkzeuge minimiert werden. 5. Möglichst standardisierte Werkzeuge benutzen Bei dem Herstellungs- und Montageprozess sollten möglichst standardisierte Werkzeuge verwendet werden, da nicht standardisierte Spezialwerkzeuge die Komplexität für den Bediener erhöhen. 6. Montiere entlang einer Achse Es sollten Orientierungen vermieden werden, die in der Fertigung und Montage die Komplexität für den Bediener erhöhen, zusätzliche Geräte erfordern oder zu einer Erhöhung der Prozesszykluszeit führen.

40

Methoden und Werkzeuge

7. Fehlervermeidung (Poka Yoke) Poka Yoke bezeichnet Prinzipien zur Fehleraufdeckung und -verhinderung. Mithilfe von einfachen und wirkungsvollen technischen Vorkehrungen und Einrichtungen wird dafür gesorgt, dass Fehlhandlungen im Fertigungsprozess nicht zu Fehlern am Endprodukt führen. 2.4.5 Design of Experiments

Design of Experiments (DoE) ist der international gängige Begriff für die statistische Versuchsplanung. Die Anfänge ­gezielter Versuchsführung gehen auf Arbeiten der Mathematiker Fischer und Box zurück, die im Zeitraum 1920 bis 1960 die Grundlagen der klassischen statistischen Versuchsplanung begründet haben. Worum geht es?

Die statistische Versuchsplanung oder -methodik ist ein Werkzeug, um wichtige und unwichtige Einflussgrößen zu unterscheiden bzw. signifikant nachzuweisen. Sie ermöglicht die Untersuchung funktionaler Zusammenhänge, die Aufdeckung von Wechselwirkungen sowie die Bildung von Modellen. Darauf aufbauend können relevante Größen optimal eingestellt oder ausgelegt werden. Produkte und Prozesse können robust gegen Einflussgrößen gestaltet werden. Was bringt es?

Die Vorteile dieser Versuchsplanung oder -methodik liegen unter anderem in einer systematischen Vorgehensweise, die

Design

41

 bei der Identifizierung der Haupteinflussgrößen unter-

stützt,  belastbare/statistische signifikante Ergebnisse liefert,  Zusammenhänge und Wechselwirkungen transparent

macht,  eine Optimierung der Einstellung der Hauptparameter

liefert sowie  eine Reduzierung des Aufwandes bzw. der Anzahl der Ver-

suche ermöglicht. • Versuchsplanung (DoE) ist das mächtigste Werk zeug, um das Gesamtsystem hinsichtlich Y = f(X) zu verstehen. • Der Erfolg der Methode hängt stark von der Teamzusammensetzung und deren Zusammenarbeit ab. • Abhängig vom jeweiligen Wissensstand sollten unterschiedliche Versuchsdesigns Verwendung finden. • Der Umgang mit Störgrößen sollte systematisch im Vorfeld durchdacht werden. Fehler sind mit statistischen Mitteln nicht mehr zu „reparieren“. • Die Ergebnisse werden in Form von Grafiken und einer Prognose für die neue Prozess-/Produkteinstellung zusammengefasst. • Nutzen Sie die Methode der DoE wo möglich und fordern Sie Unterstützung von Ihren Black Belts.

Wie gehe ich vor?

Die Vorgehensweise von statistischer Versuchsplanung e­ rfolgt im Wesentlichen in vier Stufen. Wobei die Stufe 1 im Rahmen von Design for Six Sigma durch die Phasen zuvor (Define und Measure) schon weitestgehend abgedeckt wird:  Stufe 1: Analyse der Ausgangssituation  Stufe 2: Versuchsstrategie

42

Methoden und Werkzeuge

 Stufe 3: Versuchsdurchführung  Stufe 4: Versuchsauswertung

In der Stufe 1 werden das zu untersuchende Problem sowie die Produkt- oder Prozessmerkmale strukturiert. Hier können im Wesentlichen die Ergebnisse der Methoden zuvor verwendet werden (System-FMEA Produkt oder Prozess). Es werden Einfluss- und Störgrößen zusammengestellt, Zusammenhänge und Wechselwirkungen abgeschätzt. In der Stufe 2 wird die Versuchsstrategie festgelegt, d. h., ein Versuchsplan wird definiert bzw. ausgewählt. Dieses ist im Wesentlichen durch die Anzahl der Faktoren und der ­relevanten Stufen bestimmt. In der Stufe 3 erfolgt die Versuchsdurchführung. Hier werden dann die Teile gezielt entsprechend dem Versuchsplan vorbereitet. Die Durchführung erfordert viel Sorgfalt und ­genaue Kennzeichnung. In der Stufe 4 schließlich erfolgt die Auswertung des Versuchs, hierbei unterstützen heute gängige statis­tische Softwarelösungen. 2.4.6 Toleranzdesign

Worum geht es?

Da jeder Fertigungsprozess eine endliche Genauigkeit besitzt, kommt es bei den gefertigten Designelementen zu kleinen Abweichungen von deren idealer Geometrie. Bei mehrstufigen Fertigungsverfahren addieren sich die Abweichungen der Einzelteile. Die Qualität der einzelnen Designelemente wirkt sich daher direkt auf die geometrische Qualität des Endproduktes aus. Die Toleranzauslegung sollte daher nach folgender Regel erfolgen: „Toleriere so fein wie nötig und so grob wie möglich.“

Design

43

Was bringt es?

Mithilfe des Toleranzdesigns werden die Geometrien der Einzelteile und die Parameter der Fertigungsprozesse so festgelegt, dass die Funktionseigenschaften der Produkte gesichert werden und gleichzeitig eine wirtschaftliche Fertigung möglich ist. Wie gehe ich vor?

Der Zusammenhang zwischen einer Ausgangsgröße (Messgröße) Y und den Eingangsgrößen (Designparametern) X wird in Form einer Transferfunktion Y = f(X) dar­ gestellt. Anhand der Toleranzanalyse wird eine Abschätzung für die Variation der Ausgangsgröße Y als Funktion der Streu­ ungen der Eingangsgrößen X durchgeführt. In der Praxis haben sich zwei verschiedene Methoden des Toleranzdesigns etabliert: Arithmetische Toleranzbetrachtung Arithmetische Toleranzbetrachtungen werden insbesondere bei funktionskritischen oder sicherheitsrelevanten Merkmalen eingesetzt, die aus technisch-ökonomischen Gründen eine vollständige Austauschbarkeit der Bauteile erfordern. Die bekannteste arithmetische Toleranzbetrachtung ist die Maximum-Minimum-Methode, bei der die Summe sämtlicher minimaler oder maximaler Komponentenabmessungen für den ungünstigsten Fall gebildet wird. Diese Vorgehensweise führt zu sehr kleinen Toleranzen für die Geometrieelemente der Einzelteile und der Parameter des Fertigungsprozesses, die nur durch den Einsatz von aufwendigen Fertigungsverfahren eingehalten werden.

44

Methoden und Werkzeuge

Aus ökonomischen Gründen ist daher in vielen Fällen eine statistische Tolerierung sinnvoll. Statistische Tolerierung Mithilfe der statistischen Tolerierung werden die Toleranzen für Qualitätsmerkmale so festgelegt, dass die Funktionseigenschaften der Produkte gesichert werden und gleichzeitig eine wirtschaftliche Fertigung möglich ist. Allerdings ist bei der statistischen Tolerierung keine vollständige Austauschbarkeit der Bauteile im Montageprozess gegeben. Basierend auf der Transferfunktion Y = f(X) liefert die statistische Toleranzrechnung eine Prognose der Verteilung einer Zielgröße Y anhand der statistischen Verteilungen der Elemente der Toleranzkette. Bei Unkenntnis der Verteilungsparameter eines Elements wird eine Modellverteilung verwendet und es werden die theoretischen Maße der Zeichnungsangaben in das Modell mit einbezogen. Zur statistischen Toleranzberechnung wird häufig das Monte-Carlo-Verfahren verwendet (siehe auch Abschnitt 2.4.3, S. 36), das auch bei nicht linearen Transferfunktionen eingesetzt werden kann. Anhand der Ergebnisse der Toleranzanalyse kann die Notwendigkeit von Prozess- und Designoptimierungsmaßnahmen abgeleitet werden. Nach dem Pareto-Prinzip sollten sich die weiteren Optimierungen auf die Einzeltoleranzen konzentrieren, die eine starke Wirkung auf die Ausprägung der Zielgröße Y haben. 2.4.7 Robustes Parameterdesign

Worum geht es?

Ein Produkt ist robust, wenn die gewünschte Funktionalität und Performance des Produktes unabhängig von der Va-

Design

45

riation der Rohmaterialien, der Streuung des Herstellungsprozesses und den unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Produktes ist. Das Ziel des robusten Parameterdesigns ist die Optimierung aller Designparameter (Steuergrößen und Faktoren) zur Erhöhung der Unempfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen. Was bringt es?

Die Robustheitsstrategie dient der Verbesserung der Funktionalität des Produktes und der Fehlervermeidung durch Optimierung des Produktdesigns und des Designs des Fertigungsprozesses. Robust Design ist eine der wirksamsten Methoden zur Qualitätssteigerung und Reduzierung von Herstellungskosten. Wie gehe ich vor?

Im Folgenden werden drei Werkzeuge erläutert, die zu den wichtigsten Tools der Robustheitsmethodik zählen: Parameterdiagramm Das Parameterdiagramm dient der Ermittlung und Klassifizierung der Kontroll- und Störfaktoren sowie auch poten­ zieller Fehlfunktionen und gewünschter Ausgangsfunktionen. Als Kontrollfaktoren werden die Parameter bezeichnet, die vom Anwender oder Betreiber des Produkts definiert werden können, um die gewünschte Leistung zu bestimmen. In der Regel sind es Parameter, die durch Design, Material oder Prozesse bestimmt werden.

46

Methoden und Werkzeuge

Faktoren, die das Design beeinflussen, aber nicht durch den Entwickler unter Kontrolle gebracht werden können, werden als Störfaktoren bezeichnet. Zu den Störfaktoren zählen externe Einflüsse (z. B. Umwelteinflüsse), Systemeinflüsse, Änderungen über die Zeit sowie Einsatzbedingungen beim Kunden. Störfaktoren werden mithilfe von statistischen Verteilungen beschrieben, da die Werte der Störfaktoren schwanken. Fehlerhafte Zustände (Error States or Failure Modes) sind unerwünschte Effekte und Zustände, die beim Betrieb des Produkts auftreten können. Die Parameter und Funktionen werden in ein Parameterdiagramm eingetragen:  Eingangssignale des Systems (XS),  Ausgangsgrößen und ideale Ausgangsfunktion (Y),  Kontrollfaktoren bzw. beeinflussbare Parameter (XC),  fehlerhafte Zustände des Systems (YE),  Störfaktoren (Noise Factors XN).

Eine detailliertere Beschreibung anhand eines Praxisbeispiels finden Sie in Kapitel 3.5, Seite 82. Taguchi-Verlustfunktion Die in den 1950er- und 1960er-Jahren von Genichi Taguchi entwickelte Taguchi-Verlustfunktion wertet jede Abweichung vom Sollwert (auch innerhalb der Toleranzgrenzen) als einen Fehler, der einen konkreten finanziellen Verlust verursacht. Dies steht im Gegensatz zur klassischen Denkweise, dass alles innerhalb der Spezifikationsgrenzen gleich gut ist und ein Verlust erst beim Überschreiten der Grenzen entsteht. Bei der Taguchi-Verlustfunktion wird der durch Abwei-

Verify

47

chung vom Sollwert entstehende Verlust durch eine quadratische Funktion (Parabel) beschrieben. Der Verlust wird minimiert, wenn der erreichte Wert genau dem Zielwert entspricht. Signal-Störgrößen-Verhältnis Eine Vorhersage über die erwartete Feldqualität liefert das anhand von Versuchen ermittelte Signal-Störgrößen-Verhältnis, das auch S/N-Verhältnis genannt wird (englisch „signal to noise ratio“). Das S/N-Verhältnis ist ein Maß für die Streuung eines Merkmals um den Sollwert und somit ein Kriterium zur Beurteilung der Robustheit. Für Merkmale, die einen festgelegten Sollwert haben, berechnet sich die Robustheit nach folgender Formel: S Y ²   10 log   N  s² 

mit S = Effekt des Signals, N = Effekt der Störgrößen („Rauschen“),¯ Y = Mittelwert der Zielgröße und s = Standard­ abweichung.

2.5 Verify In dieser Phase ist nachzuweisen bzw. sicherzustellen, dass das neu entwickelte Produkt bzw. der neu entwickelte Prozess die Kundenanforderungen (CTQ, CTC) erfüllt. 2.5.1 Zuverlässigkeitsberechnungen

Neben den technisch-physikalischen und wirtschaftlichen Kenngrößen ist die Zuverlässigkeit eine Hauptkenngröße zur Bewertung technischer Systeme.

48

Methoden und Werkzeuge

Höhere Komplexität, größere Funktionalität, steigende Produkthaftung und gestiegene Kundenanforderungen sind maßgebliche, sich ständig verschärfende Randbedingungen bei der Entwicklung von zuverlässigen Produkten. Im internationalen Wettbewerb ist eine hohe Zuverlässigkeit neben möglichst geringen Produktkosten ein entscheidendes Verkaufsargument. Aussagen zu Zuverlässigkeitskenngrößen sind deshalb unerlässlich. Zuverlässigkeit ist einfach definiert: Erfüllung der Anfor­ derungen über die Zeit. Es gibt hier verschiedene Kennzahlen:  MTTF (Mean Time To Failure),  MTBF (Mean Time Between Failures),  Zuverlässigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt,  Verteilungen der Zuverlässigkeit,  End of Life Test. 2.5.2 Testplan und Tests

Die Durchführung komplexer Zuverlässigkeitsanalysen erfordert ein erfahrenes Bearbeitungsteam, eine systematische Planung aller erforderlichen Arbeitsschritte, eine geeignete Zuverlässigkeitsdatenbasis und eine Zuverlässigkeitssoftware. Diese organisatorische Aufgabe wird mit Zuverlässigkeitsmanagement bezeichnet und basiert im Wesentlichen auf Testplänen mit den dazugehörigen Tests. Ein Test ist ein Versuch, mit dem größere Sicherheit darüber gewonnen werden soll, ob ein technischer Apparat oder ein Vorgang innerhalb der geplanten Rahmenbedingungen funktioniert oder nicht bzw. ob bestimmte Eigenschaften vorliegen oder nicht.

Verify

49

Er unterscheidet sich vom Experiment dadurch, dass beim Test zumindest zwei erwartete Ergebnisse vorliegen, während das Ergebnis beim Experiment offen ist oder nur vermutet werden kann. Eine Wiederholbarkeit der Ergebnisse beim Anwenden auf verschiedene Objekte ist eine Voraussetzung beim Experiment, beim Test hingegen ist das Ergebnis je nach Objekt anders. Das Testergebnis wird als empirischer Beweis angesehen. Manche Tests demonstrieren reale Vorgänge in simulierten Umgebungen (Schwing- oder Schocktests). Dies dient der Erprobung neuer oder unbekannter Vorgänge, ohne echte Umgebungen zu beeinträchtigen oder zu gefährden. Da die simulierte Umgebung nicht immer der realen Umgebung vollständig entsprechen kann, sind die Ergebnisse von Tests immer nur unter Berücksichtigung der Qualität der Simu­ lation zu bewerten. 2.5.3 Pilotierung

Eine Pilotierung im Rahmen von Design for Six Sigma bedeutet, basierend auf entwickelten Lösungen Prototypen zu erstellen und diese einem definierten Pilotversuch oder einer Versuchsreihe zu unterziehen. Die Pilotierung erfolgt zumeist durch größere Testreihen auf Versuchsständen und zum anderen durch Tests unter realen Bedingungen (z. B. im Automotive-Umfeld durch Fahrzeugversuche). Das Ziel einer Pilotierung ist:  die vorhandenen Lösungen zu optimieren,  Risiken zu verstehen,  erwartete Ergebnisse zu validieren,  eine reibungslose Umsetzung zu ermöglichen,  zuvor nicht bekannte Probleme zu ermitteln.

50

Methoden und Werkzeuge

Pilotierungen werden mit gängigen Projektmanagementwerkzeugen geplant und durchgeführt. Hierzu zählen Baumdiagramme und Gantt-Diagramme sowie die dazugehörige Projektorganisation im Rahmen der Pilotierung. Im Folgenden sind die wesentlichen Schritte einer Pilotierung dargestellt:  Definition einer geeigneten übergreifenden Lenkungs-

gruppe,  detaillierte Planung der Umfänge,  detaillierte Planung des Ablaufs,  Information aller Beteiligten,  gegebenenfalls Schulungen,  Durchführung der Pilotversuche,  Auswertung der Ergebnisse,  Bewertung der Ergebnisse,  Übertragung der Ergebnisse,  Ableiten von erforderlichen Änderungen. 2.5.4 Capability Flow-up

Im Rahmen von Measure wurde erläutert, wie systematisch (unterstützt durch verschiedene Werkzeuge) Kundenanforderungen erfasst und diese in messbare Anforderungen heruntergebrochen werden (CTC = Critical to Customer). Bei der weiteren Entwicklung werden diese CTC-Anforderungen systematisch in das Design des Systems, der Kom­ ponenten, der Bauteile bis hin zu den Prozessparametern heruntergebrochen. Im Rahmen von Verify wird jetzt der entgegengesetzte Weg verfolgt, der sogenannte „Capability Flow-up“ (siehe Beispiel Kapitel 3.3.1, Bild 9 auf Seite 67). Diese Simulation wird ­mittels verschiedener Zuverlässigkeitstestmethoden, Verwen-

Verify

51

dung der Prototypen aus der Pilotierung bzw. deren Ergebnisse und technischen Simulationstools durchgeführt. Der einfachste Weg kann auch eine schrittweise Datensimulation mittels einer Statistiksoftware für Six Sigma sein. Auch hier ist es sinnvoll, nicht nur mit den Zielwerten einen Capability Flow-up durchzuführen, sondern mit der gesamten Toleranzbreite ­aller relevanten Maße. 2.5.5 Implementierung

Besteht nun die Sicherheit bezüglich Zuverlässigkeit, Vollständigkeit und Erfüllung der Kundenanforderungen in Summe, kann am Ende der Verify-Phase das Design fertig­ gestellt werden. Fertigstellung bedeutet in diesem Zusammenhang alle erforderlichen Detaillierungen, d. h. Prüfungen, Zeichnungen, Stücklisten usw., abzuschließen. Danach sind alle weiteren Schritte bezüglich einer Herstellung voranzutreiben. Hier geht es dann um die Herstellung in einer größeren Stückzahl. Auch hier wird es basierend auf Test- und Prüfergebnissen immer wieder Optimierungsschleifen geben. Jedoch muss vorher – während der Pilotierung und des Capability Flowup – sichergestellt sein, dass das neue Produkt bzw. der neue Prozess alle Kunden­anforderungen erfüllt. Die Implementierung läuft wie auch schon die Pilotierung basierend auf den klassischen Werkzeugen des Projekt­ managements ab.

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3 Der Einsatz in Systemprojekten Gerade bei komplexen Produkten ist eine Verkettung der DFSS-Methoden wichtig. Diese Verkettung ermöglicht einen lückenlosen Informationsfluss der Qualitäts- und Leistungsanforderungen vom System bis zu den einzelnen Komponenten. Während Abschnitt 3.1 auf die Charakteristika technischer Systeme eingeht, liefert Abschnitt 3.2 eine Übersicht der Methoden im Entwicklungsprozess für technische Systeme. Im Abschnitt 3.3 erfahren Sie anhand einer Fallstudie, wie die Umsetzung von Anforderungen von der Systemebene bis hin zu Subsystemen und Komponenten erfolgen kann. Mithilfe der Robust-Design-Methodik wird das Design so  optimiert, dass das Produkt weniger sensitiv gegenüber den unvermeidbaren Streuungen von Eingangsgrößen ist. Die Reduzierung der Variabilität bewirkt eine bessere Vor­ hersag­barkeit des Produktverhaltens. Anhand eines Vali­ dierungsprogramms, das integraler Bestandteil des RobustDesign-Konzeptes ist, wird überprüft, ob das Produkt die Kundenwünsche erfüllt. Im Abschnitt 3.4 wird anhand eines Fallbeispiels die Anwendung von DFSS-Methoden zur Erstellung eines robusten Designs erläutert.

3.1 Technische Systeme Produkte und Prozesse, die einen hohen Komplexitätsgrad aufweisen, werden häufig als ein technisches System (System: griechisch „gegliedertes Ganzes“) beschrieben. Ein technisches System ist eine in sich geschlossene und funktions­ fähige Einheit, die aus untereinander in Wechselwirkung stehenden Subsystemen oder Komponenten besteht, deren

Technische Systeme

53

Ein- und Ausgangsgrößen miteinander verknüpft werden. Innerhalb des Systems wird eine Umsetzung der Eingangsgrößen und des inneren Zustands in die Ausgangsgrößen vorgenommen. Durch die Zergliederung eines Systems in Systemelemente, Komponenten und Module ist ein komplexes Produkt oder Prozess leichter zu überschauen. 1. Fallstudie: „Ergonomischer Sitz- und Steharbeitsplatz“ Bei dem ersten Fallbeispiel handelt es sich um einen ergonomischen Sitz- und Steharbeitsplatz für den Einsatz im Bürobereich. Dieser elektromotorisch höhenverstellbare Sitz-/ Stehtisch besteht aus mehreren Subsystemen. Ein Subsystem bildet der Ständer mit seinen beiden Tele­ skopsäulen mit elektromotorischem Antrieb, den Füßen und der Quertraverse, die beide Säulen verbindet. Als ein weiteres Subsystem kann die Steuerung des Tisches mit den Komponenten Kompaktsteuerung, Sicherheitsabschaltungsmodul, Kollisionssensor und dem Bedienteil betrachtet werden. Eine wichtige Komponente des Tisches ist die beschichtete Arbeitsplatte. Aufgrund der relativ geringen Komplexität und der guten Anschaulichkeit wird dieses Fallbeispiel in Abschnitt 3.3 der Erläuterung der Umsetzung der Anforderungen sowie der Systemfunktionsstruktur dienen. 2. Fallstudie: „Common-Rail-Diesel-Einspritzsystem“ Als zweites Fallbeispiel wird ein Common-Rail-Diesel-Einspritzsystem eines Autos betrachtet. Bei der Common-Rail-Einspritzung werden alle Zylinder des Dieselmotors von einer Hochdruckpumpe über eine gemeinsame Leitung, dem sogenannten „Common Rail“, mit Kraftstoff versorgt. Dieses Einspritzsystem besteht aus den

54

Der Einsatz in Systemprojekten

Komponenten Motorsteuerung (Electronic Control Unit), ­Piezo-Kraftstoffinjektoren, Hochdruckpumpe, Common Rail, Kraftstoffsensor und den Leitungen, die vom Common Rail zu den Injektoren führen. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt bei Drücken bis zu 1900  bar. Diese hohen Einspritzdrücke bewirken, dass sich im Zylinder ein besonders feines Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, das effizient, schnell und sauber verbrennt. Anhand dieses Fallbeispiels wird in Abschnitt 3.4 die Vor­ gehensweise bei der Robust-Design-Methodik erläutert.

Die Zergliederung eines Systems in Systemelemente, Komponenten und Module erleichtert zwar die Überschaubarkeit, birgt aber auch die Gefahr in sich, dass nur die einzelnen Systemelemente, Komponenten und Module jeweils für sich optimiert werden. Die Optimierung einzelner Komponenten ist daher notwendig, aber nicht ausreichend. Teiloptimierungen können zu einer Nichterfüllung von Kundenanforderungen, zu einer höheren Komplexität des Systems und zu erhöhten Kosten führen. Durch den konsequenten Einsatz und die Verkettung der DFSS-Methoden und -Werkzeuge können Teiloptimierungen verhindert werden.

3.2 Integration in einen allgemeinen Entwicklungsprozess Worum geht es?

In diesem Abschnitt wird aufgezeigt, wie der Entwicklungsprozess für technische Systeme entsprechend dem ­Design-for-Six-Sigma-Ansatz umgestellt bzw. mit den rich­ tigen Methoden ergänzt werden kann.

Integration in einen allgemeinen Entwicklungsprozess

55

Was bringt es?

Die zunehmende Komplexität der Systeme und die steigenden Anforderungen erfordern einen ganzheitlichen Design-for-Six-Sigma-Ansatz auf Systemebene. DFSS greift auf eine Vielzahl von Methoden zurück und ist eine ideale Ergänzung zum Entwicklungsprozess. Wie gehe ich vor?

Im folgenden Abschnitt wird am Beispiel eines achtstufigen Entwicklungsprozesses für technische Systeme die Integration der DFSS-Methoden erläutert. Die acht Phasen des Entwicklungsprozesses lauten: 1. Innovation und Strategie 2. System- und Produktplanungsphase 3. Konzeptphase 4. Spezifikationsphase 5. Entwurfsphase 6. Designphase 7. Implementierungsphase 8. Nullserienphase In Bild 8 auf Seite 56 ist dargestellt, wie eine Zuordnung zwischen den Phasen des Entwicklungsprozesses und den DFSS-Phasen erfolgen kann. Wie das Bild zeigt, gibt es teilweise Überschneidungen bei der Zuordnung. Tabelle 4 auf Seite 57 erläutert die einzelnen DMADV-Phasen 1. Innovation und Strategie Die erste Phase „Innovation und Strategie“ dient der Marktforschung und Strategieentwicklung sowie der Suche

Der Einsatz in Systemprojekten

Implementierungsphase

Nullserienphase

56

Design-Scorecard

Komponente

Subsystem

Design Identify

Measure

e

Define

Konzeptphase

Spezifikationsphase

Entwurfsphase

System

Designphase

y

System-/Produktplanungsphase

rif

Innovation & Strategie

Ve

z aly An

Bild 8:  DMADV und Entwicklungsprozess

nach innovativen Ideen zur Entwicklung und Vermarktung eines neuen Produktes. In dieser Phase wird die Produktidee entwickelt, das Kosten-Nutzen-Verhältnis des Entwicklungsvorhabens abgeschätzt und der Kundennutzen sowie der wirtschaftliche Nutzen bestimmt. Außerdem werden die

Integration in einen allgemeinen Entwicklungsprozess

57

Projekt definieren (Define)

•  Marktanalyse •  Projektdefinition •  Projektrisikoanalyse

Anforderungen identifizieren (Measure)

•  Kundenanforderungen identifizieren • Systemfunktionen aus Anforderungen ableiten

Analyse des ­Konzeptes (Analyze)

•  Konzepterstellung und -auswahl •  Designparameter definieren •  Simulation •  Störgrößenmanagement

Prozess/Produkt ­optimieren (Design)

•  Design für Herstellbarkeit und Montage •  Parameterdesign •  Statistisches Toleranzdesign •  Robustheitsassessment

Ergebnisse ­verifizieren (Verify)

•  Produkt-Performance (Stresstests etc.) • Langzeitprozessfähigkeit und -performance

Tab. 4:  DMADV-Phasen

Machbarkeit und die Eingliederung in das Produktportfolio bewertet. In der ersten Phase kommen die Werkzeuge Projekt­charter, Gantt- und PERT-Diagramm, Projektumfeldanalyse und Projektrisikoanalyse zum Einsatz (Tabelle 5 auf Seite 58, siehe auch Abschnitt 2.1). Als Unterstützung bei der Erarbeitung des wirtschaftlichen Nutzens (Economic Added Value, EAV) kann der Treiberbaum (Abschnitt 2.2.6 auf Seite 20) hinzugezogen werden. Für die strategische Planung wird häufig eine Portfolioanalyse eingesetzt, bei der in einer Grafik die Produktidee bezüglich der zu erwartenden Marktanteile und des relativen Marktwachstums bewertet wird.

58

Der Einsatz in Systemprojekten

Define Ziel

• • • •

Zielsetzung definieren Risikobewertung des Projektes Projektplanerstellung Teambenennung

Methoden und Werkzeuge

• • • • • • •

Projektcharter EAV-Treiberbaum Gantt-Chart PERT-Chart Projektrisikoanalyse Projektumfeldanalyse Portfolioanalyse

Schritte

Analyse potenzieller Chancen und Risiken 1. Möglichkeiten identifizieren •  Wer ist der Kunde? •  Was sind die Kundenanforderungen? 2. Bewertung der Möglichkeiten •  Was sind die Vorteile? •  Welche Risiken gibt es? •  Ist das Projekt geeignet? 3. Business Case •  Bewertung des Projektnutzens •  Teamdefinition •  Aufgabenplanung •  Zeitplanung

Tab. 5:  Methoden in der Define-Phase

Am Ende der Phase sind eine strategische Managemententscheidung und eine Rückmeldung bezüglich der Kundenbedürfnisse erforderlich. 2. System- und Produktplanungsphase Der Inhalt der zweiten Phase „System- und Produktplanung“ ist die Klärung und Präzisierung der Aufgabenstel-

Integration in einen allgemeinen Entwicklungsprozess

59

lung. Am Ende dieser Phase erfolgt die Freigabe des Managements bezüglich der Angebotsabgabe. In dieser Phase kommen neben den Projektmanagementtools Methoden und Werkzeuge aus der Measure-Phase zum Einsatz. Das Vorgehen kann anhand von folgenden vier Schritten beschrieben werden:  Zielkunde identifizieren,  Kundenanforderungen und gesetzliche Bestimmungen

analysieren,  Definition eines Messsystems für die Erfüllung der Anfor-

derungen,  Identifikation kritischer Produkt- und Prozessmerkmale

(Critical to Satisfaction, CTS) und Systemfunktionen. Bei der Zielkundenidentifizierung (Schritt 1) wird häufig eine sogenannte ABC-Klassifizierung vorgenommen. Das Ziel der ABC-Klassifizierung ist die Fokussierung auf die Zielkunden, die den größten Umsatzanteil generieren. Dazu werden bestehende Kunden nach ihrem jeweiligen Anteil am Unternehmensumsatz bewertet und in einem Pareto-Diagramm dargestellt. Eine Übersicht der in der Measure-Phase verwen­ deten DFSS-Methoden für Systemprojekte finden Sie in ­Tabelle 6 auf Seite 60. 3. Konzeptphase: Ermittlung von Funktionen und deren Strukturen In der Konzeptphase, der dritten Phase des Entwicklungsprozesses, werden die Systemfunktionen und Strukturen erarbeitet. Diese Aufgaben entsprechen den ersten drei Schritten der Analyze-Phase (Tabelle 7 auf Seite 61).

60

Der Einsatz in Systemprojekten

Measure Ziel

• Informationssammlung hinsichtlich der Kundenanforderungen und Prioritäten (Voice of the Customer, VoC), der operativen Umgebung und der Historie ähnlicher Produkte oder Prozesse • Überführung der VoC-Anforderungen in funktionale Anforderungen des Designs

Methoden und Werkzeuge

• • • • • • • •

Schritte

Voice of the Customer (VoC) 1. Zielkunde identifizieren 2. Kundenanforderungen und gesetzliche Bestimmungen analysieren 3. Definition eines Messsystems für die Erfüllung der Anforderungen 4. Identifikation kritischer Produkt- und Prozessmerkmale (CTS) und Systemfunktionen.

ABC-Klassifizierung Interviews Kano-Modell Conjoint-Analyse Benchmarking Boundary-Diagramm Treiberbaum QFD1

Tab. 6:  Methoden in der Measure-Phase

Analyze-Schritte 1 bis 3 1. Kritische Kundenmerkmale (CTS) in messbare Größen und technische Merkmale überführen. 2. Funktionale Struktur des Systems erstellen. 3. Auswahl des am besten geeigneten Konzeptes.

Integration in einen allgemeinen Entwicklungsprozess

61

Analyze Ziel

Erstellung, Evaluierung und Auswahl des Design­ konzeptes, das die CTSs unter Einhaltung der Rahmenbedingungen (z. B. Budget, Zeit und Ressourcen) optimal erfüllt

Methoden und ­Werkzeuge

• Kreativitätstechniken –  Brainstorming –  6-3-5-Methode –  Mindmapping –  SCAMPER –  Morphologischer Kasten • Theorie der kreativen Ideenfindung (TRIZ) • Funktionale Analyse • QFD • Technische Risikoanalyse • System FMEA • Konzeptauswahl: Pugh-Matrix

Schritte

1. CTSs in messbare Größen und technische Merkmale überführen (Y → y → x) 2. Funktionale Struktur 3. Konzeptauswahl 4. Optimierung des Designkonzepts

Tab. 7:  Methoden in der Analyze-Phase

4. Spezifikationsphase In der vierten Phase des Entwicklungsprozesses, der Spezifikationsphase, werden die Anforderungen an die Sub­ systeme, Module und Komponenten gesammelt. Dies geschieht mit der Quality-Function-DeploymentMethode (QFD2) aus der Analyze-Phase. Außerdem werden Lösungsprinzipien und deren Strukturen entwickelt. Dies entspricht dem vierten Schritt der Analyze-Phase: der Optimierung des Designkonzeptes.

62

Der Einsatz in Systemprojekten

5. Entwurfsphase In der Entwurfsphase wird das System in realisierbare Subsysteme, Module und Funktionselemente gegliedert. ­Außerdem wird ein erster Entwurf der Prozessabfolge des Fertigungsprozesses skizziert. Wesentlich für den Produkt­ erfolg sind eine frühzeitige Einbindung der Fertigungsplanung und die Anwendung der in Kapitel 2 beschriebenen DFMA-Prinzipien. 6. Designphase Das Gestalten der maßgebenden Subsysteme, Module und Komponenten sowie deren Zusammenwirken geschehen in der Designphase des Entwicklungsprozesses. Ein Designvalidierungsplan wird erstellt. Außerdem werden die ProduktPerformance über die Zeit (Lebenszeit) sowie die Langzeitprozessfähigkeit ermittelt. Die Betriebsmittelplanung ist ebenfalls Bestandteil der Designphase des Entwicklungsprozesses. 7. Implementierungsphase In der Implementierungsphase wird der gesamte Fer­ tigungsprozess gestaltet und getestet. Die Gestaltung des Fertigungsprozesses sollte nach Lean-Line-Design-Techniken erfolgen. Diese Techniken beschreiben, wie Maßnahmen beim Produkt- und Prozessdesign zur Vermeidung von Fehlern und Verschwendungen (z. B. durch Überproduktion, unnötigen Bestandsaufbau und nicht wertschöpfenden Tätigkeiten) ergriffen werden können. 8. Nullserienphase Während der Nullserienphase wird eine Probeserie des Produktes in begrenzter Stückzahl und unter Serienbedin-

Integration in einen allgemeinen Entwicklungsprozess

63

gungen hergestellt. Außerdem werden die Ausführungsund Nutzungsbedingungen des Produktes definiert und die Robustheit von Produkt und Prozess wird nachgewiesen. Eine detaillierte Zuordnung der Phasen fünf bis acht des Entwicklungsprozesses zu den DFSS-Phasen Design und ­Verify sollte im Rahmen der DFSS-Implementierung entsprechend den unternehmensspezifischen Anforderungen erarbeitet werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich ­wegen der Bauständen der Muster oft Schleifen zwischen der Design Ziel

• Entwicklung des detaillierten Designkonzeptes • Test der Komponenten und des Systems • Vorbereitung der Pilotierung und Serienproduktion

Methoden und Werkzeuge

• • • • • • • • • • • • •

QFD oder Cause and Effect-Matrix Transferfunktion Simulation TRIZ Design for X: DFMA Toleranzdesign Spezifikation Design-Scorecard Design-Review Design of Experiments Robust Engineering Prozessanalyse Prozessmodellierung

Schritte

• • • •

Detailliertes Design entwickeln Störgrößenmanagement Design bezüglich Robustheit optimieren Erstellung von Prototypen, die den Kunden­ anforderungen entsprechen

Tab. 8:  Methoden in der Design-Phase

64

Der Einsatz in Systemprojekten

Designphase (→ Entwicklung eines Musterstandes) und der Verify-Phase (Verifizierung des Musterstandes) ergeben. Eine allgemeingültige Zuordnung kann an dieser Stelle daher nicht beschrieben werden. In den Tabellen 8 (S. 63) und 9 finden Sie eine Übersicht der wichtigsten DFSS-Methoden der Phasen Design und ­Verify.

Verify Ziel

• Verifizierung der Design-Performance • Pilotierung und Implementierung des finalen Designs • Übergabe der Prozess- oder Produktverantwortung

Methoden und Werkzeuge

• • • • • • • •

Schritte

1. Pilotierung • Test der Performance und Robustheit des Prototyps • Überprüfung der Einhaltung von Regularien 2. Implementierung • Implementierungsplan • Control Plan 3. Hochlauf • Fähigkeitsanalyse • Lessons Learned

Process Capability Master Gantt Plan Control Plan Design-Review Zuverlässigkeitsberechnung Control Charts Design-Scorecard Pilot/Testplan

Tab. 9:  Methoden in der Verify-Phase

Umsetzung der Anforderungen

65

3.3 Umsetzung der Anforderungen Ein Produkt oder Service kann nur dann erfolgreich am Markt sein, wenn für die Kundenwünsche und -bedarfe ein passendes Produkt oder ein passender Service gefunden wird. Die Umsetzung der geforderten Produkteigenschaften ist also eine wichtige Voraussetzung für den wirtschaftlichen ­Erfolg. Funktionen und Merkmale, die im Zusammenhang mit der Sicherheit und Zuverlässigkeit stehen, werden dabei ­besonders berücksichtigt. Bei der Entwicklung von Produkten, die aus mehreren Komponenten (Hardware, Software, Teilsystemen oder Modulen) bestehen, wird üblicherweise bei der Umsetzung der Anforderungen auf Subsystem- oder Komponentenebene begonnen. Die Integration der Subsysteme oder Komponenten zu einem Gesamtsystem erfolgt erst in einem nachfolgenden Schritt. Dieses klassische Vorgehen birgt die Gefahr in sich, dass jede Komponente nur für sich optimiert wird und Wechselwirkungen zwischen den Komponenten nicht im ausreichenden Maße berücksichtigt werden. Dies hat zur Folge, dass das Gesamtsystem nicht die ge­ forderten Funktions- und Leistungsanforderungen erfüllt oder aufgrund von Suboptimierungen einzelner Komponenten einen unerwünscht hohen Komplexitätsgrad aufweist. Die Optimierung des Gesamtsystems im Hinblick auf die an das System gestellten Anforderungen erfordert einen ganzheitlichen Ansatz.

66

Der Einsatz in Systemprojekten

3.3.1 Anforderungs-Flow-down

Worum geht es?

In diesem Kapitel wird beispielhaft ein ganzheitlicher ­ nsatz erläutert, mit dem eine Optimierung des Gesamt­ A systems im Hinblick auf die vom Kunden geforderten Funktions- und Leistungsanforderungen sowie die behördlichen und gesetzlichen Anforderungen erfolgen kann. Was bringt es?

Die Verkettung der Methoden im Rahmen des Anforderungsmanagements vom System bis zur einzelnen Komponente ermöglicht einen lückenlosen Informationsfluss der Qualitäts- und Leistungsanforderungen vom System bis zu den einzelnen Komponenten. Diese Anforderungen (Critical to Satisfaction, CTS und Critical to Quality, CTQ) werden mit den Kostenfaktoren (Critical to Cost, CTC) kombiniert, damit eine kostenoptimale Designlösung gefunden wird, die den Anforderungen entspricht. Die Erhöhung der Transparenz bei der Umsetzung der Kundenanforderungen und die engere Einbeziehung des Kunden in den Entwicklungsprozess wirken sich positiv auf den Produkterfolg und die Kundenzufriedenheit aus. Wie gehe ich vor?

Die Anforderungen, Erwartungen und Wünsche an das geplante Produkt werden in einem Lastenheft dokumentiert. Das Lastenheft beschreibt aus Anwendersicht, wofür das Produkt zu entwickeln ist.

Umsetzung der Anforderungen

67

Die Kundenanforderungen werden zunächst in funktionale Anforderungen auf Systemebene umgesetzt (Bild 9). Die Anforderungen, die nötig sind, um die gewünschten Systemfunktionen zu gewährleisten, werden vom Gesamtsystem an die jeweiligen Subsysteme, Module und im Weiteren an die Komponenten weitergegeben. Dieses Vorgehen wird auch als „Anforderungs-Flow-down“ bezeichnet. In Bild 9 ist dieser Anforderungs-Flow-down aus Gründen der Übersichtlichkeit nur bis auf die Subsystemebene (Injektor, Pumpe, Rail und Engine Control Unit) dargestellt. Auf den Subsystem- und Komponentenebenen werden die Anforderungen genauer spezifiziert und beim Design ­berücksichtigt. Anschließend werden die Funktionalität und das Zusammenspiel der Subsysteme und der Komponenten

Capability Flow-up

Anforderungs-Flow-down

Kundenanforderungen

Systemanforderungen

Injektor

Pumpe

Rail

ECU

CT-Merkmale: CTS: Critical to Satisfaction CTQ: Critical to Quality

Bild 9:  Umsetzung der Kundenanforderungen am Beispiel des DieselEinspritzsystems

68

Der Einsatz in Systemprojekten

im Gesamtsystem getestet und optimiert. Schließlich wird geprüft, ob die Systemfunktionalität den Kundenwünschen entspricht. Das prinzipielle Vorgehen bei der Umsetzung der Kun­ denanforderungen sowie der Marktanforderungen und ge­ setz­lichen Bestimmungen beschreibt das Bild 10. Die An­ forderungen werden in der DFSS-Define-Phase in einem Kano-Modell in Basismerkmale, Leistungsmerkmale und Begeisterungsmerkmale klassifiziert. Mithilfe eines nachgeschalteten Treiberbaumes werden diese Merkmale in einen höheren Detaillierungsgrad heruntergebrochen und als messbare Anforderungen mit Zielwert beschrieben. Diese Anforderungen werden in ein erstes QFD (House of Quality 1) eingegeben. Mithilfe dieses QFD werden die Systemfunktionen erarbeitet und priorisiert, die zur Erfüllung der Anforderungen erforderlich sind. Im Anschluss daran wird ein zweites QFD verwendet, um die aus dem QFD1 gewonnenen

spezifizierte Anforderungen

Kundenanforderungen

System Voice of the Customer

Define

Treiberbaum

priorisierte priorisierte Funktionen Designparameter QFD1System

Measure

Systementwicklung und -integration

QFD2System

Systemanforderungen

Subsysteme und Komponenten CTS

Ziele Marktanforderungen, Gesetze, Umweltbestimmungen usw.

Bild 10:  Umsetzung der Anforderungen

Analyze

QFD1 Subsystem/Komponente

QFDAktualisierung

Konzeptauswahl

Konzeptentscheidung

Entwicklung

Umsetzung der Anforderungen

69

Systemfunktionen in Designparameter des Systems zu übersetzen und zu priorisieren. Die Systemdesignparameter werden dann an die Subsys­ tem- bzw. Komponentenentwicklung weitergeleitet. Aus Sicht der Subsysteme bzw. Komponenten werden diese Systemdesignparameter als Anforderungen betrachtet. Diese Systemdesignparameter werden mit weiteren Subsys­ tem- bzw. Komponentenanforderungen als Eingangsgrößen eines QFD verwendet. Als Ausgangsgrößen des QFD werden die Designparameter des jeweiligen Subsystems bzw. der Komponente ermittelt und priorisiert. Als nächster Schritt wird die optimale Variante ausgewählt und in die Konstruktion überführt. Diese Auswahl des besten Designkonzeptes kann anhand der in Abschnitt 2.3.4 auf Seite 29 beschriebenen Pugh-Matrix erfolgen. Anhand des Fallbeispiels „Sitz-/Steharbeitsplatz“ aus dem Abschnitt 3.1 auf Seite 53 erfahren Sie in den folgenden Abschnitten, wie die Umsetzung der Kundenanforderungen nach dem beschriebenen Vorgehen erfolgen kann. Zwei wichtige Kundenanforderungen an einen ergonomischen Sitz-/Steharbeitsplatz in einem Büro sind beispielsweise eine möglichst leichte Verstellbarkeit der Tischhöhe und ein robustes und ansprechendes Design der Tischplatte. Beide Anforderungen finden Sie entsprechend als Leistungsmerkmale in dem im Bild 11, Seite 70, dargestellten KanoModell wieder. Diese Formulierung der Anforderungen ist für die Entwicklung des Tisches aber noch zu unspezifisch. Zur Konkretisierung der tatsächlichen Anforderungen werden mittels des Treiberbaumes aus Bild 12, Seite 71, die vage formulierten Anforderungen in konkrete Merkmale, die sogenannten kritischen Kundenzufriedenheits- und Qualitätsmerkmale (CTSs und CTQs) überführt.

- elektrischer Antrieb - Neigungswinkelverstellung - mehrdimensionale Verstellmöglichkeiten - Bestandteil eines Tischkonzeptes (Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Büroelementen)

- stufenlose Höhenverstellung - einfache Bedienung - optimale Verkabelung bzw. Kabelführung (Telefon, Lampe ...) - unempfindliche Materialien - Einhaltung der Sicherheitsvorschriften - gutes Preis-Leistungs-Verhältnis - Designalternativen (modulares Konzept)

hohe Qualität - Verfügbarkeit, schnelle Lieferung - möglichst leichte Verstellbarkeit - hohe Belastbarkeit - möglichst wartungsarm - robustes und ansprechendes Design der Tischplatte (Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Büroelementen)

70 Der Einsatz in Systemprojekten

Bild 11:  Kano-Modell am Beispiel des Sitz-/Steharbeitsplatzes

Bedürfnis

robustes und ansprechendes Design der Tischplatte

leichte CONTROL Verstellbarkeit

IMPROVE

ANALYSE

MEASURE

DEFINE

(Kundenanforderung)

Oberflächenbeschaffenheit

Komfort

Performance

Treiber

10 min. 4

Abwaschtest bestanden Jahre Anzahl der verschiedenen Optiken

große Designauswahl

ja/nein

2

Lebensdauer

Anzahl/cm² nach Reibradtest

ja/nein

Abwaschbarkeit

Kratzfestigkeit

ja/nein

maximal eine Tätigkeit pro Bedienvorgang

gut/schlecht

<2N

Einhandbedienung

Zugänglichkeit

Druckkraft

leicht zu tätigendes Bedienelement

Gewicht der Platte

Gewicht Bedienung mit geringem Kraftaufwand

< 50 kg

65–125 cm

Höhenverstellungsspanne

6 min/h

< 3 cm

≥ 5 cm/s

Ziel

geringer zeitl. Bedienaufwand Bedienzeit

Verzögerungsweg beim Beschleunigen und Bremsen

Hub-/Senkgeschwindigkeit

Messgröße

optimale Arbeitshöhe bei Sitz- und Stehposition

schnelle Höhenverstellung

CTQs

Umsetzung der Anforderungen

71

Bild 12:  Treiberbaum am Beispiel des Sitz-/Steharbeitsplatzes

72

Der Einsatz in Systemprojekten

Der Kundenwunsch nach einer möglichst leichten Höhenverstellung des Tisches gliedert sich unter anderem in die Bereiche Performance und Komfort. Die Performance äußert sich in einer schnellen Höhenverstellung, einem geringen Aufwand bei der Bedienung, einer jeweils optimalen ­Arbeitshöhe bei der Verwendung als Sitz- und Steharbeitsplatz sowie einem möglichst geringen Gewicht der Arbeitsplatte. Als Komforteigenschaften wird gefordert, dass die ­Bedienung des Tisches mit einem möglichst geringen Kraftaufwand erfolgen kann und das Bedienelement einfach zu bedienen ist. Im nächsten Schritt werden die etwas genauer spezifizierten Anforderungen in konkrete, messbare Systemanforderungen mit Zielwert konkretisiert. Die schnelle Höhenverstellung kann beispielsweise in eine minimale Hub- und Senkgeschwindigkeit von ≥ 5  cm/s angegeben werden und außerdem wird ein Verzögerungsweg beim Beschleunigen und Bremsen von < 3 cm gefordert. Anschließend werden die im Treiberbaum dokumentierten spezifischen und messbaren Merkmale gewichtet. Dies geschieht mithilfe des in Bild 13 dargestellten paarweisen Vergleichs. Beim paarweisen Vergleich werden jeweils zwei Parameter miteinander verglichen und die Nummer des als wichtiger bewerteten Parameters wird in das jeweilige Feld in der Dreiecksmatrix eingetragen. Dieser Vorgang wird für alle Kombinationsmöglichkeiten der jeweils zwei Faktoren durchgeführt. Beim Beispiel aus Bild 13 werden die Parameter A „schnelle Höhenverstellung“ und B „geringer zeitlicher Bedienaufwand“ miteinander verglichen. Bei diesem Beispiel wurde der  zeitliche Bedienaufwand im Vergleich zur schnellen

A B C D E F G H I J

Gewichtung

Total

schnelle Höhenverstellung geringer zeitlicher Bedienaufwand optimale Arbeitshöhe (Sitz- u. Stehposition) Gewicht Betätigung mit geringem Kraftaufwand leicht zu betätigendes Bedienelement Kratzfestigkeit Abwaschbarkeit Lebensdauer große Designauswahl B C A E F G A I J 2 2 C B B F G B I J 4 3

schnelle Höhenverstellung geringer zeitlicher Bedienaufwand

B

E F G D I J 1 1

optimale Arbeitshöhe C C C C C C C 9 5

D

Gewicht

C

E

F

E E E E E 7 4

G F F F 6 4

Betätigung mit geringem leicht zu betätigendes Bedienelement

A

6 4

G

Kratzfestigkeit

J 4 3

H

Abwaschbarkeit I J 0 1

I

Lebensdauer G G J 6 4

J

große Designauswahl

Paarweiser Vergleich CTQs Sitz-/Steharbeitsplatz

2 4 9 1 7 6 6 0 4 6

Häufigkeit

Paarweiser Vergleich CTQs Ergodynamischer Sitz-/Steharbeitsplatz

Umsetzung der Anforderungen

73

Bild 13:  Paarweiser Vergleich am Beispiel des Sitz-/Steharbeitsplatzes

74

Der Einsatz in Systemprojekten

­Höhenverstellung als wichtiger angesehen. Daher wurde in der Dreiecksmatrix am Schnittpunkt ein B vergeben. In der Spalte Häufigkeit wird die Anzahl der Nennungen eingetragen und daraus die Gewichtung der Parameter vorgenommen. Die nun gewichteten kritischen Kundenzufriedenheitsund Qualitätsmerkmale (CTSs und CTQs) können als Eingangsgröße für das QFD1 verwendet werden. Dieses erste House of Quality dient der Übersetzung der kritischen Merkmale in Systemfunktionen, die zur Erfüllung der Leistungs- und Qualitätsanforderungen notwendig sind. Das QFD1 zum Projekt „Sitz- und Steharbeitsplatz“ finden Sie in den Bildern 14 und 15, Seite 76. Aus dem QFD1 ist erkennbar, dass die Parameter „ergonomisches Handling“ sowie eine „Lebensdauer“ die wichtigsten Anforderungen sind. In einem zweiten House of Quality (Bild 16, Seite 77) werden diese Systemfunktionen in Anforderungen im Hinblick auf die verschiedenen Systemkomponenten übersetzt. Die Anforderungen des Systems an die Komponenten werden an die Komponentenentwicklung weitergeleitet. Bei diesem Beispiel sollte bei der Entwicklung des Systems ein besonderes Augenmerk auf den elektromotorischen Antrieb gelegt werden, da dieser den höchsten Einfluss auf die Erfüllung der Kundenanforderungen hat. 3.3.2 Systemschnittstellen und Wechselwirkungen

Zur Beschreibung der Systemgrenze und der Schnittstellen zwischen den Subsystemen und Systemkomponenten sowie deren Wechselwirkung wird ein Boundary-Diagramm verwendet. Die Vorgehensweise zur Erstellung des BoundaryDiagramms wurde im Measure-Abschnitt 2.2.8 auf Seite 21

Umsetzung der Anforderungen

Beziehung zwischen den Kundenforderungen und den Designmerkmalen

QFD 1

Gewicht Betätigung mit geringem Kraftaufwand ergonomisch günstig zu tätigendes Bedienelement

Endabschaltung

9

9

3

9

3

9

2

3

9

4

3

3

10

9

3

3

3

1

3

9

3

3

9

1

8

3

9

3

3

3

7

1

1

3

dauerhaft robuste Oberfläche sicherstellen

Blockierschutz

geringe Stromaufnahme

ergonomisches Handling

geringer zeitlicher Bedienaufwand optimale Arbeitshöhe bei Sitz- und Stehposition

Kippen verhindern

Gewichtsfaktor

schnelle Höhenverstellung

ausreichend Tischfläche bereitstellen sicherere Standfläche bereitstellen

°C

Systemfunktionen (WIE?)

Kundenforderungen (WAS?)

keine Beziehung schwache Beziehung mittelere Beziehung starke Beziehung

1 3 9

Hubkraft erzeugen

min

stufenlose Höheneinstellung

max

75

9 9

Kratzfestigkeit

6

9

Abwaschbarkeit

1

9

Lebensdauer

4

große Designauswahl

7

Realisierungsrisiko (1=leicht, 5=schwer)

Bedeutung

3

3

1

1

3

4

3

3

4

2

3

3 3

4

1

9 4

3

4

absolut

462

492

50

183

268

216

660

72

60

552

relativ / %

61,6

65,6

6,7

24,4

35,7

28,8

88,0

9,6

8,0

73,6

Bild 14:  QFD1 am Beispiel des Sitz-/Steharbeitsplatzes (Ausschnitt)

76

Der Einsatz in Systemprojekten

Wechselbeziehung zwischen den Designmerkmalen

+

-> ->

<+

<+

dauerhaft robuste Oberfläche sicherstellen

Endabschaltung

geringe Stromaufnahme

+>

Kippen verhindern

->

stark negativ Betrachtungsrichtung

<+

ausreichend Tischfläche bereitstellen sicherere Standfläche bereitstellen

Hubkraft erzeugen

stufenlose Höheneinstellung

->

->

-> +>

-

<,>

Blockierschutz

->

<+

->

ergonomisches Handling

<+

stark positiv positiv negativ

+ -

Bild 15:  Das Dach des QFD1 Sitz-/Steharbeitsplatz

beschrieben. Ein Boundary-Diagramm zum Fallbeispiel „Sitz-/Steh­arbeitsplatz“ finden Sie in Bild 17 auf Seite 78. Dieses Boundary-Diagramm zeigt die einzelnen Komponenten und die Wechselwirkungen zwischen mechanischer Kraft, Vibration sowie elektrischen Verbindungen und Signalen. Das Boundary-Diagramm wird als vorbereitendes Dokument für die FMEA verwendet, da dieses Tool besonders die

77

Umsetzung der Anforderungen

Bedeutung

Traverse

9

3

4

9

3

3

3

5

3

3

3

7

3

3

3

6 10

3

3

1

9

1

9

3

3

1

1

9

1

1

1

1

1

3

1

3

1

9 1

1

1

9

3

3

9

4

3

1

9

3

2

2

1

9 1

192 1026 248 492 1005

1

3

9

absolut relativ / %

1

9

4

9

3

Sicherheitsschaltung

Endabschaltung dauerhaft robuste Oberfläche Realisierungsrisiko (1=leicht, 5=schwer)

1

1

Anschlüsse

Blockierschutz

9

9

Kompaktsteuerung mit Netzteil

ergonomisches Handling

3

1

Kabelmanagement

geringe Stromaufnahme

9

9

9

Bedienteil

Kippen verhindern

Teleskopsäule

Hubkraft erzeugen ausreichend Tischfläche bereitstellen sichere Standfläche bereitstellen

Kollisionssensor

stufenlose Höheneinstellung (der jeweiligen Arbeitsposition

Tischplatte

SystemFunktionen (WAS?)

Gewichtsfaktor

DesignParameter (WIE?)

elektromotorischer Antrieb

QFD 2

19

102

25

49

1

1

84

29

8

3

339 170 471 34

17

47

1 45 4

Bild 16:  QFD2 am Beispiel des Sitz-/Steharbeitsplatzes

Schnittstellen zwischen System, Subsystemen und Kom­ ponenten betont. Schnittstellen, die nicht sauber definiert und/oder gemanagt werden, können zu Problemen im ­Gesamtsystem führen.

78

Der Einsatz in Systemprojekten

Tischplatte

Bedienteil

Teleskopsäule

Traverse

KabelManagement

Antrieb

KollisionsSensor

SicherheitsAbschaltung

Anschlüsse

KompaktSteuerung mit Netzteil elektrische Verbindung/Signal mechanische Kraft Vibration

Bild 17:  Boundary-Diagramm Sitz-/Steharbeitsplatz

3.4 Robust Design und Fähigkeits-Flow-up Worum geht es?

Im Rahmen dieses Abschnitts wird eine Robustheitsstrategie für komplexe Systeme vorgestellt, die sowohl die Erfüllung der Kundenanforderungen als auch die Unempfindlichkeit gegenüber Störeinflussfaktoren überprüfen soll. Aus wirtschaftlichen Gründen ist jedoch der Testaufwand möglichst gering zu halten. Demnach muss ein Optimum zwischen dem Informationsgehalt der Validierungstests, der Risikoabsicherung und den benötigten Ressourcen gefunden werden.

Robust Design und Fähigkeits-Flow-up

79

Die Robust-Design-Strategie wird im Folgenden an dem Beispiel der Systemkomponente „Kraftstoffinjektor“ des „Common-Rail-Diesel-Einspritzsystems“ erläutert. Bei dem Diesel-Einspritzsystem handelt es sich um das in Abschnitt 3.1 ab Seite 53 beschriebene zweite Fallbeispiel mit vier Kraftstoffinjektoren. Diese Kraftstoffinjektoren werden durch Piezo-Aktoren betätigt. Bei den Piezo-Aktoren wird eine elektrische Spannung an eine spezielle Keramik angelegt, deren Kristall­ strukturen sich verändern. Die Folge ist eine minimale ­geometrische Veränderung. Mithilfe der so erzeugten Längenausdehnung des Piezo-Aktors wird über ein hydraulisches Element mechanisch die Öffnung der Einspritznadel (Düsennadel) ausgelöst, die die Düsenöffnung öffnet bzw. verschließt. Was bringt es?

Die Design- und Optimize-Phase beinhalten die Komponentenentwicklung und die Systemintegration. In diesen beiden Phasen erfolgt eine Überprüfung, inwieweit die Anforderungen bei den Designparametern berücksichtigt werden. Die Validate-Phase beinhaltet eine Überprüfung, ob das System und die Komponenten den Anforderungen entsprechen. Diese Überprüfung wird auch als Fähigkeits-Flow-up bezeichnet. Mittels einer Robustheitsmatrix wird erarbeitet, mit welchen Tests die Validierung der kritischen Parameter des Designs erfolgen kann. Dieses Werkzeug liefert Optimierungsmöglichkeiten bezüglich der Testplanung, da auf einen Blick in der Matrix erkennbar ist, mit welchen Tests mehrere verschiedene Parameter gleichzeitig überprüft werden können.

80

Der Einsatz in Systemprojekten

Das Ziel ist demnach, eine qualitativ hochwertige Validierung mit einem optimalen Kosten-Nutzen-Verhältnis zu erreichen. Wie gehe ich vor?

Im Bild 18 wird das prinzipielle Zusammenspiel der Werkzeuge der Robustheitsstrategie erläutert. Basierend auf den Vorgaben der Systemarchitektur werden die Komponenten, Subsysteme und Module sowie die Systemgrenzen in einem Boundary-Diagramm dargestellt. Anschließend werden die Wechselwirkungen zwischen den Systemelementen (z. B. elektrische Signale, Kraftübertragung, Vibration, Hitze etc.) eingetragen.

SystemArchitektur

QualitätsHistorie

Quality Function Deployment (QFD)

BoundaryDiagram

DFSS-Design Tools

ParameterDiagram

• Toleranz Design • Simulation • Design of Experiments • TRIZ • Design for X • u.s.w.

RobustheitsMatrix

DesignValidierungsplan

SystemFMEA

Validierungstest

Validierungsbericht

Bild 18:  Zuverlässigkeits- und Robustheitsstrategie

Robust Design und Fähigkeits-Flow-up

81

Bei der Entwicklung einer neuen Produktgeneration sollte dabei auch auf Erfahrungen aus der Qualitätshistorie von Vorgängermodellen zurückgegriffen werden, bei kompletten Neuentwicklungen kann die Qualitätshistorie von verwandten Produkten oder Prozessen wertvolle Hinweise auf Wechselwirkungen liefern. Als nächster Schritt wird ein Parameterdiagramm erstellt. Dieses Werkzeug bildet eine Grundlage für das Störgrößenmanagement. Wie in Abschnitt 2.4.7 auf Seite 44 beschrieben, werden in einem Parameterdiagramm die Eingangs­ signale des Systems (XS), die idealen Ausgangsfunktionen (Y), die beeinfluss­baren Parameter (Kontrollfaktoren XC) sowie fehlerhafte Zustände des Systems (YE) und Störfaktoren (Noise Factors XN) eingetragen. Die idealen Ausgangsfunktionen Y des Systems können dem House of Quality (QFD1) entnommen werden. Das QFD2 liefert weitere Hinweise zu den Kontrollfaktoren XC. Informationen über störende Wechselwirkungen zwischen den Teilen des Systems untereinander liefern das Dach des QFD2 und das Boundary-Diagramm. Diese Wechselwirkungen und weitere Störfaktoren, die beispielsweise aus der Qualitätshistorie eines ähnlichen Produktes (z. B. von Konkurrenzprodukten oder einer Vorgängergeneration) bekannt sind, werden als Störfaktoren XN bzw. fehlerhafte Zustände YE im Parameterdiagramm beschrieben. Für das Störgrößenmanagement werden die im Parameterdiagramm gesammelten Störfaktoren in Beziehung zu den Fehlerbildern gesetzt. Zur Erarbeitung der Designoptimierungen, die notwendig sind, um die Störgrößen und Fehlfunktionen in den Griff zu bekommen, werden DFSS-Werkzeuge und -Methoden wie z. B. Simulationen, Robust Design, Design of Experiments und TRIZ angewendet.

82

Der Einsatz in Systemprojekten

Bei der Erstellung des Validierungskonzeptes wird ba­ sierend auf den Ergebnissen des Parameterdiagramms eine Robustheitsmatrix eingesetzt. Mithilfe der Robustheitsmatrix werden Strategien zur Reduzierung des Einflusses der Störgrößen und Validierungstests zur Absicherung definiert. Die konkrete Umsetzung der Validierungsmaßnahmen wird anhand eines Validierungsplans überwacht und die Er­ gebnisse werden in einem Validierungsbericht dokumentiert.

3.5 Robustheitsstrategie am Beispiel des Kraftstoffinjektors Der Kraftstoffinjektor des Diesel-Einspritzsystems ist ein Beispiel für die Verkettung der DFSS-Werkzeuge Parameterdiagramm, Robustheitsmatrix und Robust Design. Die gezeigten Beispiele sind zur besseren Verständlichkeit stark vereinfacht und zeigen nur eine Auswahl an Parametern und Funktionen. Bei der Erstellung des in Bild 19 dargestellten Parameterdiagramms wird das System wie eine Blackbox betrachtet. Als Input dienen die Eingangs- bzw. Signalfaktoren (XS) und als Output die ideale Ausgangsfunktion (Y) und die Fehlfunktionen (YE). Bei den Einflussfaktoren, die die Verknüpfung der Einund Ausgangsgrößen des Systems beeinflussen, wird eine Klassifizierung in Kontrollfaktoren (XC), die gezielt verändert werden können, und Störgrößen (XN) vorgenommen. Eingangs- oder Signalfaktoren XS Bei den Eingangs- oder Signalfaktoren XS handelt es sich um Faktoren, die vom System benötigt werden, um die im

Fehlfunktionen (YF) YE1: Überbeanspruchung des Piezo Aktors YE2: fehlerhaftes zeitliches Einspritzverhalten YE2: fehlerhaftes Einspritzbild YE4: unkorrekte Kraftstoffeinspritzmenge

Y1: richtige Verteilung im Brennraum Y2: richtige Kraftstoffeinspritzmenge Y3: korrektes Temperaturverhalten Y4: Hochdruckbeständigkeit (> 1900bar)

Ideale Ausgangsfunktion (Y)

XN3.1: Hitze vom Motor XN3.2: erhöhter Druck bei Kraftstoff-Rückführung

Störgrößen Typ 3 System Wechselwirkung (XN3)

XN5.1: Kraftstoffqualität XN5.2: Umgebungstemperatur

Störgrößen Typ 5 Umgebungseinflüsse (XN5)

Kontrollfaktoren (XK)

Injektor mit Piezo Aktor

XN4.1: falsches Handling (Transport, Montage, Reparatur)

Störgrößen Typ 4 Nutzung beim Kunden (XN4)

XC1: Anzahl der Düsenlöcher XC2: Sprühwinkel XC3: Spiel zwischen Nadel und Körper XC4: Durchmesser der Einlassdrossel XC5: Durchmesser Düsensitz

XS1: Kraftstoffdruck XS2: Kraftstofftemperatur XS3: Durchflussmenge Kraftstoff XS4: elektrische Steuersignale

Eingangs- bzw. Signalfaktoren (XS)

XN2.1: Streuung Piezo Kapazität XN2.2: Variation maximaler Nadelhub XN2.3: Variation Nadelspiel

Störgrößen Typ 2 Teil-zu-Teil-Variation (XN2)

XN1.1: Veränderung Piezo Kapazität über Betriebszeit XN1.2: Verschleiß Steuerkolben XN1.3: Verschleiß Düsennadelführung

Störgrößen Typ 1 Zeitliche Veränderung (XN1)

Robustheitsstrategie am Beispiel des Kraftstoffinjektors

83

Bild 19:  Parameterdiagramm für einen Piezo-Aktor eines Diesel-­ Einspritzsystems

84

Der Einsatz in Systemprojekten

Zusammenhang mit den Kundenanforderungen stehenden Funktionen erfüllen zu können. Diese Faktoren sollten messbar sein. Beispiele hierfür sind Kraftstoffdruck und -temperatur, die Durchflussmenge sowie elektrische Steuersignale. Ausgangsfunktionen Ausgangsfunktionen sind die Funktionen, die vom Gesamtsystem als Reaktion auf die Eingangsgrößen und Störfaktoren erzeugt werden. Dabei handelt es sich im Wesent­ lichen um für den Kunden bedeutsame und messbare Performancegrößen. Bei den Ausgangsfunktionen wird klassifiziert in ideale, also erwünschte Ausgangsfunktionen Y, und unerwünschte Fehlfunktionen YE. Ideale Ausgangsfunktionen beschreiben die Performance, die das System im besten Fall liefern soll, und sie dienen als Zielwerte bei der Einstellung der Designparameter (Kontrollfaktoren) unter Berücksichtigung der Störfaktoren. Beispiele für erwünschte ideale Ausgangsfunktionen des Kraftstoffinjektors:  Y1: richtige Verteilung der Kraftstoffeinspritzung,  Y2: richtige Kraftstoffeinspritzmenge,  Y3: Sicherstellung des gewünschten Temperaturverhaltens,  Y4: Sicherstellung der dauerhaften Beständigkeit der Kom-

ponenten bei 1900 bar Kraftstoffdruck. Fehlfunktionen YE, im Englischen auch Error States genannt, sind fehlerhafte Zustände, die das System einnehmen kann. In dem Injektor-Beispiel sind folgende Fehlfunktionen aufgelistet:  Überbeanspruchung des Piezo-Aktors,  fehlerhaftes zeitliches Einspritzverhalten,

Robustheitsstrategie am Beispiel des Kraftstoffinjektors

85

 fehlerhaftes Einspritzbild,  nicht korrekte Einspritzmenge.

Kontrollfaktoren Bei den Kontrollfaktoren (XC) handelt es sich um Design­ parameter, die ausgewählt oder ohne größeren Aufwand eingestellt werden können. Beispiele für Kontrollfaktoren des Kraftstoffinjektors sind die Anzahl der Düsenlöcher, der Sprühwinkel, das Spiel zwischen Nadel und Körper sowie die Durchmesser der Drossel und des Düsensitzes. Störgrößen XN Störgrößen, auch Noise Factors genannt, sind Einflüsse, die die funktionale Performance des Systems beeinflussen, aber nicht ausgewählt, gesteuert oder geregelt werden können. Diese ungewünschten Störgrößen können in sechs Störfaktortypen eingeteilt werden. Die ersten beiden Störfaktorkategorien XN1 und XN2 beschreiben die Hardwarevariation. Zeitliche Veränderungen an den Komponenten werden durch den Störfaktortyp 1 beschrieben. Beim Fallbeispiel Kraftstoffinjektor ist aus physikalischen Gründen mit einer zeitlichen Veränderung der elektrischen Kapazität des PiezoAktors über die gesamte Lebenszeit zu rechnen. Der Störfaktortyp 2 beschreibt dagegen die Teil-zu-TeilStreuung der Komponenten. Beispielsweise kann es bei den Kraftstoffinjektoren wegen verschiedener Ofenprozesse zu signifikant unterschiedlichen Kapazitätswerten des PiezoAktors von Charge zu Charge kommen. Gewisse Teil-zu-TeilStreuungen der Bauteile lassen sich nicht mit vertretbarem Aufwand vermeiden, deshalb muss das System robust gegenüber den Teil-zu-Teil-Variationen der Komponenten sein.

86

Der Einsatz in Systemprojekten

Der dritte Störgrößentyp beschreibt die Wechselwirkungen innerhalb des Systems. Einige Wechselwirkungen wurden bereits mithilfe des Boundary-Diagramms ermittelt. Ein Beispiel für die Wechselwirkung ist die Erwärmung des Motors, die bei der Auslegung der Systemkomponenten zu berücksichtigen ist. Die unterschiedlichen Nutzungsbedingungen beim Kunden werden anhand des Störfaktortyps 4 (XN4) beschrieben. Neben den Bedingungen, unter denen das System eingesetzt werden soll, werden auch Einflüsse in Form von falschem Handling durch Transport, Montage und Reparatur berücksichtigt. Der Störgrößentyp 5 (XN5) beschreibt die Umgebungseinflüsse, die auf das System wirken. Ein wichtiger Umgebungseinfluss für den Kraftstoffinjektor ist beispielsweise die Kraftstoffqualität, die insbesondere von Kontinent zu Kontinent, aber auch innerhalb eines Kontinents sehr unterschiedlich sein kann. Ein wichtiger Umgebungseinfluss ist die Um­ gebungstemperatur, denn das Fahrzeug soll schließlich im Sommer in Arizona wie auch im Winter in Nordschweden einwandfrei funktionieren können. Störfaktormanagement In welche Kategorie der jeweilige Störfaktor XN eingeteilt wird, ist nicht so entscheidend. Wichtig ist jedoch, dass alle identifizierten Störfaktoren eingetragen werden.

Im nächsten Schritt werden die anhand des Parameterdiagramms kategorisierten Funktionen, Parameter und Stör­ größen in eine Robustheitsmatrix eingetragen.

Bild 20:  Robustheitsmatrix: prinzipielle Vorgehensweise

XN5.1 XN5.2

XN4.1

XN3.1 XN3.2

XN2.1 XN2.2

XN1.1 XN1.2

YE4 YE3 YE2 YE1

Y2 Y3

Typ 5: Umgebungseinflüsse

Typ 4: Nutzung beim Kunden

Typ 3: Systemwechselwirkung

Typ 2: Teil-zu-Teil-Variation

Typ 1: zeitliche Veränderung

Störgrößen (XN)

Fehlfunktionen (YE)

3

2

1

Messgröße

Wert

4

YE1 YE2 YE3 YE4

4

Legende zu A

5

Beschreibung

XN5.2 XN5.3

XN4.1

XN3.1 XN3.2

XN2.1 XN2.2

XN1.1 XN1.2

YE2 YE1

C D E

YE4 YE3

B

Störgrößen-Mgmt.-Strategie

schwach: keine: kein Eintrag

6

Robustheitsstrategie am Beispiel des Kraftstoffinjektors

87

88

Der Einsatz in Systemprojekten

Fehlfunktionen (YE)

YE4 Injektor liefert fehlerhafte Einspritzmenge YE3 fehlerhaftes zeitliches Einspritzverhalten YE2 fehlerhaftes Einspritzbild YE1 Überbeanspruchung des Piezo-Aktors (reduzierte Lebensdauer) Messgröße

Wert

Typ 1: zeitliche Veränderung XN1.1 Veränderung der Piezo-Kapazität über Betriebszeit XN1.2 Durchflusserhöhung wg. Steuerkolbenverschleiß

µF ml/min

--0-1,4 (1800 bar)

XN1.3 Durchflusserhöhung wg.Verschleiß Düsennadelführung

ml/min

max. 40

µF µm ml/min

6,9...8,2 250+/-12 3-9

°C bar

--1,1 +/- 0,3

---

---

DIN EN °C

590 -40 bis 120

Störgrößen (YN)

XN2.1 XN2.2 XN2.3 XN3.1 XN3.2 XN4.1 XN5.2 XN5.3

Typ 2: Teil-zu-Teil-Variation Streuung der Piezo-Kapazität Variation maximaler Düs ennadelhub Durchflussmengenänderung wg. Variation Nadelspiel Typ 3: Systemwechselwirkung Hitze vom Motor Einflus s von Krafts toffrüc kführung Typ 4: Nutzung beim Kunden falsches Handling (Transport, Montage, Temperatur) Typ 5: Umgebungseinflüsse Kraftstoffqualität Umgebungstemperatur

YE1 YE2 YE3 YE4

Bild 21:  Robustheitsmatrix für einen Piezo-Aktor

Robustheitsmatrix Die prinzipielle Vorgehensweise bei der Erstellung einer Robustheitsmatrix wird in Bild 20 (S. 87) vorgestellt. In Bild 21 finden Sie die Robustheitsmatrix zum Beispiel Kraftstoffinjektor.

89

Robustheitsstrategie am Beispiel des Kraftstoffinjektors

A Änderung des Designkonzeptes

YE4

B Anpassung der Designspezifikationen

YE3

C Parameterdesign

YE2

D zus. Kompensationselement E an unkritische Stelle verschieben

YE1

4

5

6

7

Injektionsmengenanalyse

hydraulische Simulation

Störgrößen-Mgmt.-Strategie

3

Toleranzanalyse

kein Eintrag

2

Dauerlauf mit minderwertigem Diesel

keine:

1

Temperaturtests Aktor

schwach:

geometrische Vermessung

Verifikationsmethode

Überlast-Dauerlauf

Wechselwirkung

stark:

X

X

X

X

X

X

X

X

X X

X

Beschreibung XN1.1 B Voraltern des Piezo-Aktors XN1.2 B Einführung neuer Beschichtung

XN1.1 X XN1.2

X

X

X

X

XN1.3 B Einführung neuer Beschichtung

XN1.3

X

X

XN2.1 B Simulation Piezo-Verhalten XN2.2 C statistische Analyse XN2.3 C statistische Analyse

XN2.1 X XN2.2 XN2.3

XN3.1 D Kompensationskonzept ECU XN3.2 D Rückschlagventil einführen

XN3.1 X XN3.2

XN4.1 B Berücksichtigung in Spezifikation

XN4.1

XN5.2 B Einführung neuer Beschichtung XN5.3 D Temp.-Kompensationskonzept

XN5.2 XN5.3

X

X

X

X

X

X

X

X

X X

Bild 21:  Robustheitsmatrix für einen Piezo-Aktor (Fortsetzung)

In den Feldern 1 und 2 werden die aus dem Parameter­ diagramm bekannten idealen Ausgangsfunktionen Y und die Fehlfunktionen YE eingetragen. Für das Störgrößenmanagement werden die mithilfe des Parameterdiagramms ermittelten und klassifizierten Störgrößen in das dritte Feld eingetra-

90

Der Einsatz in Systemprojekten

gen. Zu jeder Störgröße wird eine Messgröße definiert und, sofern bekannt, ein Wertebereich vorgegeben. Beispielsweise wurde für die Umgebungstemperatur (Störfaktor XN5.2), bei der der Kraftstoffinjektor einwandfrei funktionieren soll, ein Bereich von – 40 bis 120 °C angegeben. Im vierten Feld wird die Wechselwirkung zwischen den Fehlfunktionen und den Störgrößen vorgenommen. Es wird unterschieden zwischen starker, schwacher bzw. nicht vorhandener Wechselwirkung (kein Eintrag). Als Zwischenergebnis liefert nun die Robustheitsmatrix eine Übersicht, welche Störgrößen sich auf welche Fehlfunktionen auswirken. Im nächsten Schritt (Schritt 5) werden Strategien für das Störgrößenmanagement gesucht. Im Bild 21 auf Seite 88/89 werden fünf Strategien für den Umgang mit Störfaktoren vorgeschlagen:  A: Änderung des Designkonzeptes bzw. Technologieände-

rung. Eine Änderung des Designkonzeptes kann beispielsweise eine Änderung der Technologie oder eines Bauteils bedeuten (z. B. geändertes Design des Düsensitzes). Bei der Optimierung des Designkonzeptes sind die Prinzipien des Axiomatic Design hilfreich, die im Buch „Design for Six Sigma“ von Kai Yang und Basem El-Haik ausführlich erläutert werden. Eine weitere Möglichkeit ist der Einbau von Redundanzen, der wegen des zusätzlichen Kostenaufwands hauptsächlich bei sicherheitskritischen Anwendungen sinnvoll ist.

Robustheitsstrategie am Beispiel des Kraftstoffinjektors

91

 B: Anpassung der Designspezifikationen

Das Ziel dieser Strategie ist es, das Design durch eine Anpassung der Designspezifikationen (wie z. B. die Erhöhung der Wandstärke eines Bauteils) unempfindlicher gegenüber den Störgrößen zu machen.  C: Parameterdesign

Durch konsequente Anwendung von statistischer Versuchsplanung (klassische DoE und Taguchi DoE for Robustness) kann ein Parameterdesign durchgeführt werden, bei dem Arbeitspunkte gefunden werden, die möglichst robust gegenüber den Störgrößen sind.  D: Ein zusätzliches Kompensationselement einführen

Bei dieser Strategie wird der Störfaktor durch den Einbau einer Kompensation eliminiert. In vielen Fällen ist der Einsatz eines Kompensationselements mit Regelschleife sinnvoll.  E: Störgröße an unkritische Stelle verschieben

Wenn Störfaktoren nicht eliminiert werden können, sollte überprüft werden, ob die Auswirkung des Störfaktors an eine für das System unkritischere Stelle verschoben werden kann. Im nächsten Schritt werden Verifikationsmethoden für die Überprüfung der Robustheit gegenüber den Fehlfunktionen YE und Störgrößen XN definiert. In der Matrix in Schritt 6 wird überprüft, ob der Einfluss der jeweiligen Fehlfunktionen und Störgrößen durch die Verifikationsmethoden abgedeckt wird. Die übersichtliche Darstellung in Form einer Matrix lässt zum einen sofort erkennen, ob die Robustheit gegenüber den Störfaktoren und Fehlfunktionen durch mindes-

92

Der Einsatz in Systemprojekten

tens einen Verifikationstest überprüft wird. Außerdem kann der Aufwand der Verifikationstests reduziert werden, wenn mehrere Parameter mit einer Verifikationsmethode gleichzeitig getestet werden können. Die Robustheitsmatrix ist ein wichtiges Werkzeug zur Reduzierung des Versuchsaufwands und der damit verbundenen Kosten bei der Verifikation. Der Schwerpunkt der Robustheitsmatrix liegt bei der Absicherung der Hauptfehlermodi. Daher ist dieses Werkzeug eine Ergänzung, aber kein Ersatz für die System-FMEA. Robustheits- und Zuverlässigkeitsnachweis Die Ergebnisse der Aktivitäten zur Zuverlässigkeits- und Robustheitsverbesserung werden in einer Übersicht der Robustheits- und Zuverlässigkeitsnachweise zusammengefasst, deren prinzipieller Aufbau in Bild 22 dargestellt ist. Diese Übersicht dient als Nachweis der Validierungsfortschritte und zeigt die Prioritäten für das Störgrößenmanagement und für die Verifikationsstrategien auf. Die Angaben bezüglich der Verifikationsmethoden und -ziele sowie der Fehlfunktionen und Störparameter werden aus der Robustheitsmatrix übernommen und gegebenenfalls mit weiteren Informationen ergänzt. In den weiteren Spalten der Übersicht werden die Ergebnisse der Verifikationsmaßnahmen beschrieben. Basierend auf den Ergebnissen der Verifikationsmaßnahmen wird das Risiko der potenziellen Fehlfunktionen anhand der Ampelfarben bewertet (Rot: hohes Risiko, Gelb: mittleres Risiko, Grün: geringes Risiko). Die Übersicht der Robustheits- und Zuverlässigkeitsnachweise liefert eine Bewertung der Verifikationsergebnisse und ermöglicht eine Überprüfung, inwieweit das Produkt bzw. der Prozess die Kundenwünsche erfüllt.

Ziel der Validierungsmethode

HaupFehlfunktionen Nr.

Beschreibung der Störfaktoren

Haupt-Störfunktionen

Mess- Bereich Ergebnis größe

Projektleiter:

Beschreibung der Validierungsmethode (VM)

Geforderte Lebensdauer:

(Sub-) System / Komponente:

Nr. der VM

Projekt:

Risiko Themen rot gelb grün

Datum

Robustheitsstrategie am Beispiel des Kraftstoffinjektors

93

Bild 22:  Übersicht der Robustheits- und Zuverlässigkeitsnachweise

94

4 Implementierung Die Implementierung von Design for Six Sigma in Unternehmen ist nicht mit der Implementierung von klassischem Six Sigma zu vergleichen. Zum heutigen Zeitpunkt wenden Unternehmen häufig einzelne DFSS-Tools an oder führen Teiloptimierungen im Rahmen eine Entwicklung mittels DFSS-Projekten durch. ­Jedoch fehlt vielen Unternehmen der Weg, DFSS mit seinen mächtigen Vorteilen ganzheitlich umzusetzen, somit wird DFSS meist nicht in vollem Umfang wirksam. In diesem Kapitel wird ein Weg aufgezeigt, wie ein Unternehmen DFSS implementieren bzw. integrieren kann und damit die Produkt- und Prozessqualität signifikant und nachhaltig verbessert. Die Beschreibung dieses Weges basiert auf einer Reihe von Beispielen und Erfahrungen und steht in engem Bezug zu Kapitel 3.

4.1 Voraussetzungen Es gibt eine Reihe grundsätzlicher Voraussetzungen für die DFSS-Implementierung. Diese müssen zwingend erfüllt werden, andernfalls ist eine DFSS-Implementierung von Anfang an zum Scheitern bestimmt. 4.1.1 Klassisches Six Sigma

Idealerweise sollte vor einer DFSS-Implementierung bereits das klassische Six Sigma erfolgreich im Unternehmen eingesetzt werden. Das notwendige Basis-Know-how ist dann vorhanden, denn Six-Sigma-Methoden decken bereits ca. 60 bis 70 % der DFSS-Methoden ab.

Voraussetzungen

95

Durch eine klassische Six-Sigma-Initiative ist auch ein ­ oher Verbreitungsgrad gesichert, da die verschiedenen Sixh Sigma-Rollen (Champion, Black Belt, Green Belt, Yellow Belt usw.) sich durch alle Unternehmensebenen ziehen. In der ­Regel gibt es auch bereits nachweisbare Erfolge, welche eine Akzeptanz für diese Six-Sigma-Methoden liefert. Damit wird der Einstieg in die Entwicklung erleichtert. Bereits ausgebildete und erfahrene Black Belts (BB) können relativ schnell zu DFSS BB weiterentwickelt werden. 4.1.2 Top-down statt bottom-up

Das Management muss „top-down“ die Entscheidung für DFSS treffen und leben. Es klingt immer wieder überholt und abgedroschen, ist aber essenziell. Die Aufgabe des Managements ist es, seine Visionen im gesamten Unternehmen zu verbreiten und mit allen Mitarbeitern auf allen Ebenen zu verbinden und somit den Weg für diese substanzielle Veränderung im Unternehmen zu ebnen. Um den Erfolg zu garantieren, wird das gesamte Unternehmen benötigt – nicht nur die Entwicklung. Die Entwicklung hat Schnittstellen zu allen anderen Unternehmensbereichen. Alle Bereiche, wie Qua­ lität, Fertigung, Controlling, Einkauf usw., sind Bestandteil eines Entwicklungsprojektes. Wenn diese Bereiche nicht ­involviert werden, werden dort auch die Sprache und die Vorgehensweise von DFSS nicht verstanden und damit nicht umgesetzt. 4.1.3 Bestehendes nicht grundsätzlich infrage stellen

Bestehende Entwicklungsprozesse sollten nicht infrage ­gestellt werden. Auch heute werden schon „Qualitätspro-

96

Implementierung

dukte“ nach bestehenden Entwicklungsprozessen entwickelt. Durch die Integration von DFSS wird dieser Entwicklungsprozess aber deutlich verbessert. Wird DFSS nur parallel oder teilweise eingesetzt, wird das Verbesserungspotenzial nicht ausgeschöpft. Sie sollten den „bestehenden Entwicklungsprozess“ immer als Basis nehmen – andernfalls wird DFSS nicht erfolgreich sein. DFSS ersetzt nicht den Entwicklungsprozess und stellt keinen Parallelprozess dar – sondern verbessert diesen.

4.2 Prozessmanagement als Rahmen Unternehmen arbeiten heute nach „mehr oder weniger“ klar und eindeutig definierten Prozessen. Prozessmanagement hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Unternehmen haben sich von der Funktionssicht zur Prozesssicht entwickelt und weisen definierte übergreifende Geschäftsprozesse vor (Bild 23). Ursprünglich ist das Prozessmanagement aus Qualitätsforderungen und den damit verbundenen Qualitätsmanagementsystemen nach einschlägigen internationalen Normen entstanden. Steigende Kundenanforderungen durch kun­ denindividuelle Produkte, kurze Lieferzeiten und hohe Inno­va­tionszyklen erfordern eine ganzheitliche Bearbeitung mit ­reduzierten Durchlaufzeiten während der gesamten Wertschöpfungskette. Die Fortschritte in der Informationstechnologie bewirken, dass Prozesse unternehmensübergreifend ohne Medienbrüche gestaltet und implementiert werden können. Eine Möglichkeit, die zunehmend an Bedeutung gewon-

Prozessmanagement als Rahmen

97

Unternehmen Vertrieb

F&E

Produktion

Distribution

Einkauf

Funktionssicht Schwerpunkt auf Funktionsbereichen

Unternehmen

Prozesssicht Schwerpunkt auf Geschäftsprozessen

Kundenauftrag

Product Lifecycle Management Customer Relationship Management Supply Chain Management

Lieferung an Kunden

Bild 23:  Entwicklung der Unternehmen von der Funktionssicht zur Prozesssicht

nen hat, ist eine Verbindung von Prozessmanagement und klassischem Six Sigma. Das bedeutet, dass klassisches Six Sigma als Methode genutzt wird, Prozessmanagement im Unternehmen umzusetzen. In der Anwendung von klassischem Six Sigma bei der Einführung und Umsetzung von Prozessmanagement liegt eine Vielzahl von Vorteilen. Es müssten keine neuen Rollen bzw. zwei Arten von Rollen geschaffen werden. Die Rollen könnten synchronisiert werden. Der Fokus läge von Anfang an auf Prozessverbesserung – nicht nur Beschreibung. Und eine frühe Verknüpfung mit dem Prozessmanagement macht später auch die Einführung von DFSS leichter. Es ist zwingend erforderlich, diese be­ stehenden Prozesse im Unternehmen bzw. die Art und Weise des Prozessmanagements als Grundlage für Einführung von

98

Implementierung

DFSS zu nehmen. Andernfalls läuft man Gefahr, für DFSS einen Parallelprozess zu definieren, dieses wird in der Praxis zum Scheitern führen.

4.3 Integration in den Entwicklungsprozess Ziel der Einführung von DFSS ist es, „bestehende Prozesse“ sowie insbesondere den Entwicklungsprozess zu verbessern, somit sollten diese Prozesse den Rahmen für die Implementierung von DFSS bilden. In diesem Abschnitt wird beschrieben, warum DFSS diese Prozesse verbessern kann bzw. in welchen Bereichen/Ansätzen die Schwerpunkte liegen. Der heutige Standard an Entwicklungsprozessen ist in einigen Branchen (z. B. Medizintechnik und Automobilbranche) sehr gut in der Beantwortung der Frage, wer was wann und wo zu erledigen hat, und sollte deshalb auch als Rahmen verwendet werden, d. h., Aufgaben, Meilensteine, Verantwortlichkeiten und Dokumentenvor­ lagen sind vorhanden. Die Fragen „Was?“, „Wann?“, „Wo?“ und „Wer?“ sind in der Regel sauber in Entwicklungspro­ zessen definiert. Eine klar definierte Anwendung von Methoden ist in ­vielen Fällen heute jedoch noch nicht gegeben. Einige Methoden – welche auch im Rahmen von DFSS-Projekten angewendet werden – haben sich zwar im Entwicklungsprozess etabliert, diese werden aber häufig als Insellösung und nicht im Team angewendet. Im Folgenden sind einige beispielhafte Punkte hierzu aufgeführt:  Einige Methoden wie FMEA und Risikomanagement sind

definiert in einzelnen Phasen von Entwicklungsprozessen.

Integration in den Entwicklungsprozess

99

Sie werden zwar angewendet, jedoch nicht über den Entwicklungsprozess verkettet. Die Anwendung ist häufig losgelöst und separiert in einzelnen Phasen.  Es gibt meist viele Methoden in den Unternehmen, jedoch die systematische Verwendung hängt vom Entwicklungsingenieur ab.  Es sind meist nicht alle Methoden und Tools im Unternehmen vorhanden.  Entwicklungsingenieure sind meistens individuelle Künstler in der Verwendung von Methoden. Jedoch was fehlt, ist das notwendige klar definierte Werkzeug im Entwicklungsprozess, welches uns die Fragen „Wie?“, „Wie gut?“ und „Wie schnell?“ eindeutig beantwortet. Hierzu benötigen wir Design-for-Six-Sigma-Werkzeuge, angewendet und im Entwicklungsprozess an der richtigen Stelle integriert. Diese Fragen werden nur durch den systematischen Einsatz von DFSS integriert in den Entwicklungsprozess sauber beantwortet. DFSS verbessert bestehende Prozesse und be­ant­ wortet die Fragen: „Wie?“, „Wie gut?“ und „Wie schnell?“

Im Folgenden wird ein Zielstatus in der Anwendung von DFSS als integraler Bestandteil des Entwicklungsprozesses beispielhaft an einigen Hauptpunkten erläutert:  Die DFSS-Methodenkette bildet einen integralen Bestand-

teil des Entwicklungsprozesses.  Eine DFSS-Methodenkette bedeutet, dass die Methoden

systematisch aufeinander aufbauen und so die Ergebnisse

100

Implementierung

einer Methode als Inputgrößen für die nächste Methode dienen (z. B.: Kano-Modell, Treiberbaum, QFD, House of  Quality, Interaktionsmatrix, Concept Matrix, Robust Design, Parameterdiagramm, Robustheitsmatrix usw.)  Eine rückverfolgbare, messbare und vorhersagbare Produkt- und Prozessqualität ist sichergestellt. Sinnvoll für die Integration von DFSS in den Entwicklungsprozess ist eine enge Verzahnung der DFSS-Aktivitäten mit dem Prozessmanagement im Unternehmen. Praktisch könnte dies bedeuten, dass z. B. eine organisatorische oder projektorientierte Zusammenlegung der Aktivitäten bis hin zu dem Schritt erfolgt, dass das gleiche Team oder die gleiche Organisationseinheit für die Einführung von DFSS und für das Prozessmanagement verantwortlich ist.

Erst einmal klingt die Integration von DFSS einfach, d. h., ich definiere sauber, welche Methode an welcher Stelle im Entwicklungsprozess zu verwenden ist und wie diese Methoden aufeinander aufbauen bzw. wie die Verkettung hergestellt wird. Welche Methoden im DFSS zum Einsatz kommen, wurde umfassend in Kapitel 2 beschrieben, zu diesen Methoden ist auch eine umfassende Detailliteratur verfügbar. Kapitel 3 beschreibt den Einsatz dieser klassischen DFSSMethoden bei der Anwendung von komplexen Systemprojekten. In Bild 8 auf Seite 56 ist die Verbindung von DFSS und einem allgemeinen Entwicklungsprozess schematisch dargestellt, hier ist zu erkennen, an welchen Stellen im Prozess welche Phasen von DFSS bzw. dahinterliegenden Methoden zum Einsatz kommen. Die Entwicklungsprozesse unterscheiden sich im Ablauf der Phasen sowie der Meilensteine von Unter-

Integration in den Entwicklungsprozess

101

nehmen zu Unternehmen. Daraus ergibt sich, dass eine Integration immer unternehmensspezifisch sein wird. Im Folgenden werden wesentliche inhaltliche Schwerpunkte einer Integration von DFSS im Entwicklungsprozess hervorgehoben und beschrieben. Es wird dargestellt, was sich übergreifend bezüglich des „Wie?“ und „Wie gut?“ durch die Integration von DFSS-Methoden ändert bzw. verbessert. 4.3.1 Startpunkt Problem- oder Zieldefinition

„Die genaue Formulierung eines Problems oder Ziels ist wesentlich schwieriger als dessen Lösung, welche dann nur noch eine Frage des abstrakten Denkens und experimenteller Kenntnisse ist“ (Autor unbekannt). Dieses Zitat bringt die Denkweise und Arbeitsweise von Six Sigma bzw. DFSS zum Ausdruck. Häufig liegen Ideen bzw. unpräzise Lastenhefte vor, jedoch eine genaue Formu­ lierung des Problems bzw. Ziels nicht. An dieser Stelle liefern die Methoden der Define-Phase von DFSS (wie im Kapitel 2 beschrieben und Kapitel 3 beispielhaft angewendet) einen grundlegenden Mehrwert für jeden Entwicklungsprozess. 4.3.2 Integrierte Methodenkette

Hiermit werden die „losen Enden“ der Methoden im Entwicklungsprozess zusammengebracht bzw. Teilanwendungen/Suboptimierungen vermieden. Ein durchgängiger Informationsfluss bedeutet, dass eine gemeinsame Sprache, ein gemeinsamer Inhalt, ein gemeinsames Wissen und eine verfolgbare und messbare Produkt- und Prozessqualität während des gesamten Entwicklungsprozesses sichergestellt werden.

102

Implementierung

4.3.3 Systematischer Anforderungs-Flow-down mittels QFD

QFD ist eine mächtige Methode, die unter anderem auch in der Raumfahrttechnik Anwendung findet. Die Methode bildet über mehrere Phasen den Rahmen der sogenannten Methodenkette. Der wesentliche Vorteil ist: Es wird sicher­ gestellt, dass „alle“ Kundenanforderungen systematisch heruntergebrochen werden – über Funktionen, Designelemente, Komponenten (unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen) bis hin zu den einzelnen Bauteilen und dem Fertigungsprozess. Mittels QFD wird die Verbindung der System-FMEA Produkt mit der System FMEA Prozess sichergestellt (siehe hierzu auch Kapitel 3). Als Ergebnis steht eine Produkt- und Prozessspezifikation, welche alle Kundenanforderungen erfüllt (Vollständigkeit), welche sicherstellt, dass nicht am Kunden vorbeientwickelt wird (Produktfunktionen, die nicht benötigt werden), welche definierte Kostenziele einhält und welche sogenannte „Sicherheitsspezifikationen“ vermeidet. 4.3.4 Perfektion (Reduzierung von Variation)

Eine Prozessleistung entspricht 6 s, wenn die Variation e­ ines einzelnen Prozess- oder Produktmerkmals so gering ist, dass in einer Million Möglichkeiten nur 3,4 Fehler auftreten. Und dafür steht sowohl Six Sigma als auch DFSS, das Streben nach Perfektion, d. h. Reduzierung der Variation mit dem Ziel Six Sigma. Hierzu kommen im Rahmen von DFSS eine Reihe von statistischen Methoden zum Einsatz (wie z. B. Design of Experiments, siehe auch Kapitel 2).

Integration in den Entwicklungsprozess

103

4.3.5 Robust Design

Robustheit ist die Fähigkeit eines Produktes/Systems, seine Funktion auch bei Schwankungen der Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Nicht die Ursachensuche der Fehler steht im Vordergrund, sondern deren Verlustreduzierung ist das Ziel der Produktund Prozessentwicklung. Obwohl man die Ursachen der Fehler nicht kennt, können die Verluste verringert werden. Taguchi (Begründer der Taguchi-Verlustfunktion) beispielsweise setzt Abweichungen einer Eigenschaft von den vorgegebenen geplanten Zielen mit Verlusten gleich. Es entsteht  ein Design, welches minimal durch externe Kräfte (exter-

nal forces) beeinflusst wird,  ein „fertigungsgerechtes Design“ (Design for Manufactu-

ring),  ein Design, welches direkt verbunden ist mit den Ergeb-

nissen von QFD und FMEA,  ein Design, welches alle „Störgrößen“ berücksichtigt,  ein Design, basierend auf einem kompletten Testkonzept

und -plan,  und ein Design, basierend auf der konsequenten Anwen-

dung von statistischen Methoden zur Optimierung. Die Methoden des Robust Design sind daher elementar und sollten dem Entwicklungsprozess fest zugeordnet werden.

104

Implementierung

4.3.6 Quantifizierte Ursache-WirkungsZusammenhänge

Six Sigma basiert auf messbaren Zahlen, Daten und Fakten. Die Basis ist immer der Zusammenhang von Ursache und Wirkung, d. h. Y  =  f(X), die sogenannte Transferfunktion. Diese Beziehungen werden im Rahmen von DFSS-Projekten zumeist auf Basis von Experten oder BenchmarkingErgebnissen bestimmt. Ziel ist dann in der weiteren Abfolge eines Entwicklungsprojektes – unterstützt durch die gesamte Toolbox des DFSS –, über Prototypen und Simulationen ­Daten zu kreieren. Über diese Daten kann man dann die ­Ursache-Wirkungs-Beziehungen quantifizieren. Messbare Y-  und X-Variablen, d. h. messbare Kundenanforderungen und Inputgrößen, gewährleisten, dass Designentscheidungen nicht nach Bauchgefühl, sondern auf empirischer Basis getroffen werden. 4.3.7 Funktionsansatz

Ein wichtiges Grundprinzip von DFSS ist es, nicht von vornherein auf bestehende Konzepte zu setzen, sondern mit Funktionen zu starten. Der Weg zu einem Designkonzept bei DFSS geht immer über die Funktionen. Durch die systema­ tische und verkettete Verwendung der DFSS-Methoden entlang des Entwicklungsprozesses wird ein „funktionsorientierter Entwicklungsansatz“ unterstützt. Eine Funktion zeigt an, was zu erreichen ist und nicht, wie dies geschehen soll. Hierzu muss ein Mindset zum Denken in Funktionen erzeugt werden. Das Beispiel „höhenverstellbarer Schreibtisch“ aus Kapitel 3 zeigt, wie systematisch die Funktionen in Designelemente überführt werden.

DFSS-Methodik als Basis

105

4.3.8 DFSS als Innovationswerkzeug

Was ist eine Innovation? Hierbei handelt es sich um eine Schlüsselfrage; diese ist zuerst zu beantworten. „In der heutigen Zeit entspringt Reichtum direkt aus Innovationen, nicht aus Optimierungen, d. h., Reichtümer gewinnt man nicht durch die Perfektion vorhandenen Wissens, sondern durch das perfekte Ergreifen von Möglichkeiten im Unbekannten!“ (Zitat, welches nicht im genauen Wortlaut, aber vom Inhalt her im Wesentlichen auf Albert Einstein zurückgeht.) Mittels verschiedener Methoden des DFSS, wie z. B. TRIZ, werden neue Produkte und Prozesse entwickelt. Ziel ist es immer, sich im ersten Schritt von bestehenden Produkten und Produktideen zu lösen, um nicht nur Optimierungen, sondern auf Innovationen zu fokussieren.

4.4 DFSS-Methodik als Basis In den vorangegangenen Kapiteln wurde deutlich, dass es Voraussetzungen für DFSS gibt und dass bestehendes Prozessmanagement berücksichtigt werden sollte. Schlussendlich wird DFSS nur erfolgreich sein, wenn es in den Entwicklungsprozess integriert wird bzw. diesen verbessert. Nur so wird sichergestellt, dass die Methoden entsprechend der DFSS-Arbeitsweise angewendet und damit bestehende Entwicklungsprozesse substanziell verbessert werden in der Beantwortung der Fragen „Wie?“, „Wie gut?“ und „Wie schnell?“ Hiermit soll – und das ist das Ziel – der erforderliche Mindset bei allen an der Entwicklung beteiligten Mitarbeitern erzeugt werden. Hieraus resultiert die Notwendigkeit, einen völlig anderen Weg bei der Implementierung von DFSS zu gehen als die be-

106

Implementierung

kannten Wege bei der Einführung von klassischem Six Sigma. Es sind im Wesentlichen zwei Anforderungen an die Einführung gestellt (Bild 24). Zum einen ein systematisches Vorgehen, da der Entwicklungsprozess verbessert bzw. punktuell neu entwi­ckelt werden soll. Hierzu liegt es nahe, die DFSSMethodik auch als Vorgehen bei Entwicklung und Implementierung von DFSS im Unternehmen anzuwenden. Zum anderen ist bei einer derartigen Veränderung im Unternehmen ein begleitendes Change Management durchzuführen. Im Bild 25 sind die Phasen des systematischen Vor­gehens aufgeführt. Zur besseren Veranschau­lichung zum Thema „Verbesserung/Neuentwicklung des Entwicklungsprozesses“ sind hier andere Oberbegriffe für die Phasen gewählt. Ziel sollte sein, die Verbesserung des Entwicklungspro­ zesses inklusive der Überprüfung und Verifizierung nach ca. einem Jahr abzuschließen. Danach erfolgt dann der Rollout, die Dauer ist unternehmensspezifisch (Größe des Unternehmens, Rahmenbedingungen usw.).

Anforderungen an die Einführung von DFSS Systematisches Vorgehen - DFSS Methodik als Vorgehen - Verwendung von DFSSPilotprojekten - neue Messgrößen definieren - Verbesserung messen

Begleitendes Change Management - Mitarbeiter „empowern“ - Schulungen - Erfolg messen - Kommunikation - Erfahrungsaustausch

Bild 24:  Anforderungen an die Einführung von DFSS

DFSS-Methodik als Basis

BuyBuyin in

Define

Vorbereitung Vorbereitung

Vor-Studien Vor-Studien

DMADV – Prozessverbesserungsprojekt ca. 1 Jahr

Tollgate Review Define

ProjektProjektDefinition Definition -- Projekt ProjektZiele Ziele ca. 2 Monate

Review Steering Committee

StabiliStabilisierung sierung

Tollgate Review Measure Analyse

Measure / Analyse

Identifizierung Identifizierung von von ProzessverbesserungsProzessverbesserungspotenzialen potenzialen ca. 3 Monate

Legende

Roll RollOut Out ca. ca.22Jahre Jahre

107

Tollgate Review Design

Design

Verbesserung Verbesserungbzw. bzw. Entwicklung Entwicklungdes des neuen neuenProzesses Prozesses ca. 2 Monate

Projekt Treffen Workshops

Verify

Tollgate Review Verify

Überprüfung Überprüfung//Verifizierung Verifizierung des desneuen neuen Entwicklungsprozesses Entwicklungsprozesses ca. 3-5 Monate

Bild 25:  Phasen der Einführung von DFSS

4.4.1 Initialisierung bzw. „Buy-in“

Der Erfolg bei der Umsetzung einer Veränderung steht und fällt mit dem Start. Idealerweise sollte ein Unternehmen bereits klassisches Six Sigma erfolgreich anwenden. Hiermit ist eine Akzeptanz für die Methoden gegeben und es gibt eine Vielzahl erfahrenen Black Belts. Aber „Initialisieren“ bzw. „Buy-in“ bedeutet bei DFSS nicht, das Programm aufzusetzen und gleich loszulegen. Der erste und wichtigste Schritt ist, die gesamte Geschäftsleitung (alle Funktionen) für DFSS zu gewinnen. Hierzu sollte in der Regel ein Kernteam definiert werden, welches in enger Abstimmung mit Qualität, Entwicklung, Fertigung usw. ein erstes Bild generiert, welches zeigt, wo und wie DFSS ansetzt. Dieses Kernteam sollte in dieser Phase von erfahrenen Black Belts – die eventuell auch schon ein Aufbautraining zum DFSS Black Belt genossen ­haben – geführt werden.

108

Implementierung

Die gesamte Geschäftsleitung muss verstehen, was es bedeutet, DFSS umzusetzen (nachhaltige Optimierung des Entwicklungsprozesses), und muss diese Veränderung tragen und fördern. Hierzu sollte für das Management ein DFSSKurztraining (idealerweise Champion-Training) durchgeführt werden. Idealerweise basierend auf ein paar erfolgreichen Six-Sigma-Projekten und – falls vorhanden – ein paar Beispielen bezüglich DFSS aus anderen Unternehmen. Dieses Champion-Training ist im späteren Roll-out für alle Champions anzuwenden. Wenn diese Hürde genommen ist, sollte noch während dieser Phase eine umfassende Projektorganisation grob de­ finiert und mit dem Management verabschiedet werden (Bild 26). In dieser Phase sollten vom Coach, Steering Committee (Steuerkreis), Projektleiter (idealerweise zwei), Mentor, Be­ ratungsunternehmen bis hin zum Kernteam mit den Pilotprojekten alle erforderlichen Personen und Bereiche klar ­definiert werden. Eine detaillierte Pilotprojektauswahl und -definition erfolgt in einer späteren Phase. Einer der beiden Projektleiter sowie die Teamleiter für die einzelnen Pilot­ bereiche sollten erfahrene Black Belts sein (siehe auch Abschnitt 4.6). Der genaue Inhalt jedes Piloten wird erst in der Phase „Verbesserung bzw. Entwicklung des ‚neuen‘ Entwicklungsprozesses (Design)“ detailliert (wichtige Kriterien bezüglich der Projektauswahl werden in Abschnitt 4.7 näher beschrieben). Die Anzahl der Pilotprojekte richtet sich auch nach der Unternehmensgröße (drei bis fünf Pilotprojekte). Mindes­ tens drei Pilotprojekte sind zwingend erforderlich, da an­ sonsten innerhalb eines Jahres nicht alle Phasen des Entwicklungsprozesses verbessert werden können. Ein Pilotprojekt

DFSS-Methodik als Basis

109

Coach aus der Geschäftleitung

Steering Committee: Qualität Entwicklung Vertrieb

Mentor:

Führungskraft mit DFSS know how

Fertigung Geschäftsverantwortliche Sponsoren der Pilotprojekte

Projektleiter:

idealerweise 2, komplett freigestellt direkte Anbindung an Geschäftsleitung

Beratungsunternehmen

Projekt Kernteam: Entwicklung

Pilotprojekt A

Pilotprojekt D

Fertigung

Pilotprojekt B

Ext. Support

Qualität

Pilotprojekt C

Bild 26:  Struktur einer Projektorganisation

deckt nicht den gesamten Entwicklungsprozess ab, da dieses aus Zeitgründen (Dauer zwei bis drei Jahre) nicht machbar ist. Die Piloten decken in Summe alle Phasen ab, jedes Projekt einen Teilbereich. 4.4.2 Vorbereitung und Vorstudien

Mit der „Initialisierung bzw. Buy-in“ ist das erste „Go“ erreicht und eine Projektorganisation steht. Dann ist es während der Phase „Vorbereitung und Vorstudien“ erforderlich, die Notwendigkeit und Wirtschaftlichkeit dieses Projektes nochmals umfassend zu analysieren. Ziel dieser Phase ist es auch, herauszuarbeiten, was DFSS dem Unternehmen bringt

110

Implementierung

und was nicht. So können überzogene Erwartungen vermieden werden. Folgende Aufgabenschwerpunkte sind in dieser Phase von dem Projektteam zu bearbeiten:  Quantifizierter Startzustand,

Erstanalyse des Entwicklungsprozesses, Status klassisches Six Sigma, Status verwendeter Methoden,  groben Rahmen der Pilotbereiche verfeinern,  Stakeholder-Analyse,  Kosten-Nutzen-Analyse,  grobe Projektplanung,  grobe Definition der Meetings/Meilensteine,  Komplettierung Projektorganisation,  Definition von DFSS-Trainingsumfängen für die gesamte Projektorganisation (vom Mentor bis zum Pilotprojekt­ leiter),  Vorbereitung des Kick-off mit Geschäftsleitung und Projektteam. Diese Phase sollte in der Regel nicht länger als ein bis zwei Monate in Anspruch nehmen. Am Ende dieser Phase steht eine Kick-off-Veranstaltung mit der Geschäftsleitung und dem gesamten Projektteam. 4.4.3 Projektdefinition (Define)

Mit dem Beginn der Phase „Projektdefinition“ startet die Projektarbeit basierend auf der systematischen DMADVVorgehensweise des DFSS. Ziel dieser Phase ist – basierend auf der Vorbereitung und den Vorstudien –, eine präzise formulierte Projektdefinition sowie den dazugehörigen Busi-

DFSS-Methodik als Basis

111

ness Case detailliert zu erarbeiten. In dieser Phase kommen die klassischen Werkzeuge zum Einsatz. Das Ergebnis ist ein Projektcharter unter Berücksich­ tigung aller Umfeldfaktoren und Risiken mit einer klar de­ finierten Teamstruktur, detaillierten Projektplanung und ­einem resultierenden Business Case. Diese Phase ist durch intensive Teammeetings geprägt und sollte auch in enger Abstimmung mit dem Steuerkreis erfolgen. Sie sollte ca. zwei Monate in Anspruch nehmen, am Ende steht dann ein Tollgate Review Define. 4.4.4 Identifizierung von Prozessverbesserungs­ potenzialen (Measure und Analyze)

Ziel dieser Phase ist es, zum einen den spezifischen Entwicklungsprozess umfassend zu analysieren, Messungen der Performance aufzusetzen und die Verbesserungspotenziale hinsichtlich Methodeneinsatz zu erkennen und zum anderen alle internen und externen Kundenanforderungen hinsichtlich „Verbesserung des Entwicklungsprozesses“ zu identifizieren und umzusetzen. Das bedeutet zusammengefasst:  Messen der Performance des aktuellen Entwicklungspro-

zesses,  Analyse der Ursachen für Variation und Fehler im Ent-

wicklungsprozess,  Identifizierung aller zusätzlichen Kundenanforderungen

und  Entwicklung und Grobkonzeption des neuen Entwick-

lungsprozesses.

112

Implementierung

Hierzu kommen alle Methoden und Werkzeuge der Phasen „Measure“ und „Analyze“ zum Einsatz. Diese Phase wird ca. drei Monate in Anspruch nehmen und am Ende steht das Tollgate Review Measure/Analyze. 4.4.5 Verbesserung bzw. Entwicklung des „neuen“ Prozesses (Design)

Die Measure- und Analyze-Phase liefert am Ende alle relevanten Ansatzpunkte zur Verbesserung bzw. Entwicklung des „neuen“ Entwicklungsprozesses. Eine Grobkonzeption wurde erstellt und alle zusätzlichen Kundenanforderungen sind heruntergebrochen bis auf die Prozessebene. In der nächsten Phase geht es darum, die „Verbesserung“ bzw. teilweise „Entwicklung“ des „neuen“ Entwicklungsprozesses durchzuführen. Das bedeutet, eine Lösung zu entwickeln und zu evaluieren. Hier kommen alle Methoden und Werkzeuge der Design-Phase zum Einsatz und es beinhaltet folgende Schritte:  Neuentwicklung

Prozessablauf, Organisationsstruktur, Tollgate Tracking, gegebenenfalls Softwareunterstützung.  Verbesserung Zuordnung der Methoden zum neuen Prozessablauf, Verkettung der Methoden als „Muss-Kriterium“.  Identifizierung von notwendigen begleitenden ­Maßnahmen Qualifizierungsbedarf allgemein, DFSS-Rollenstruktur, R&D-Pilotprojektumfänge für die Verifizierung,

DFSS-Methodik als Basis

113

Umsetzung der „neuen Prozessmetriken“ zum Messen der Performance hinsichtlich des „Wie?“, „Wie gut?“ und „Wie schnell?“. Diese Phase sollte nicht länger als ca. zwei Monate in Anspruch nehmen. Hier sollte gezielt und mit hohem Engagement gearbeitet werden. Wenn sich diese Phase zu sehr in die Länge zieht, ist der Erfolg gefährdet. Am Ende von ­Design steht ein „verbesserter“ bzw. teilweise „neu entwi­ckelter“ Entwicklungsprozess. Weiterhin sind die weiteren erforder­ lichen Maßnahmen zur Umsetzung von DFSS iden­tifiziert. Dieses muss nun im Rahmen der nächsten Phase verifiziert werden. Wie viele Piloten mit welchen Schwerpunkten durchzuführen sind, wird dann in der Regel durch das „neue“ Design des Entwicklungsprozesses vorgegeben. Die Unternehmensbereiche werden aufgrund der Teamzusammensetzung bereits zu Anfang definiert. Jetzt geht es darum, die konkreten Projekte auszuwählen und zu definieren. Dieses sollte mit Sorgfalt geschehen (siehe auch Abschnitt 4.7). 4.4.6 Überprüfung und Verifizierung des neuen Entwicklungsprozesses (Verify)

Ziel dieser Phase ist es, den „neuen“ Entwicklungsprozess anhand von den definierten Piloten zu überprüfen bzw. anhand der definierten Projektziele zu verifizieren. Hier kommen alle Methoden der Verify-Phase zum Einsatz. Diese Phase lässt sich wie folgt grob strukturieren:  Piloten durchführen,  Pilotergebnisse analysieren,  Messungen anhand der neu definierten Prozessmetriken

durchführen,

114

Implementierung

 Pilotergebnisse an den Projektzielen spiegeln,  Pilotergebnisse verifizieren/bewerten,  Erfolg darstellen,  gegebenenfalls einen Teil der Piloten weiterbearbeiten,  Erarbeiten eines Grobkonzepts für den Roll-out im Unter-

nehmen. Diese Phase kann ca. fünf Monate in Anspruch nehmen. Es ist auch wahrscheinlich, dass nicht alle Piloten in diesem Zeitrahmen vollständig abgeschlossen sein werden. Jedoch sollte hier nach spätestens sechs Monaten eine Überprüfung und Verifizierung stattfinden. Ein Teil der Piloten kann durchaus noch länger bearbeitet werden. Am Ende dieser Phase steht wieder ein sogenanntes ­Tollgate Review Verify. Nach erfolgreichem Teilabschluss/­ Abschluss der Piloten und dem Nachweis, dass das „neue“ Design des Entwicklungsprozesses zu einer nachhaltigen Verbesserung führt, sind alle Vorbereitungen in Richtung Umsetzung/Roll-out im Unternehmen anzustoßen. Der wichtigste Schritt ist dann eine Präsentation der Ergebnisse gegenüber der Geschäftsleitung. Jetzt geht es ­„einmal mehr“ um das „Verkaufen“. Die Projektarbeit/Vor­ gehensweise sowie die erzielten Ergebnisse (neuer Prozess, messbare Verbesserungen) müssen gründlich aufbereitet werden. Weiterhin sollte ein grobes Konzept für den Roll-out im Unternehmen dargestellt werden. 4.4.7 Roll-out

Ein Roll-out ist dann in der Regel ein zweistufiger Ablauf. Zuerst muss eine Programmgestaltung durchgeführt werden. Alle Rahmenbedingungen und Inhalte werden für den Rollout sauber definiert. Die zweite Stufe ist dann die Implemen-

DFSS-Methodik als Basis

115

tierung, das „Doing“, der „neue Prozess“ mit all seinen Änderungen und Erfordernissen wird bezogen auf die definierten Bereiche umgesetzt (Bild 27). Ein Roll-out kann je nach Unternehmensgröße ein bis drei Jahre in Anspruch nehmen. Nach spätestens drei Jahren sollte auch bei einem Konzern ein Roll-out abgeschlossen sein. Mit welchen DFSS-Experten sollte ein Roll-out   gestartet werden? Idealerweise hat ein Unternehmen bereits ausreichend DFSS Black Belts, die sich auf Basis von Schulungen bereits das erforderliche Know-how angeeignet haben. Wenn das nicht der Fall ist, kann mit Black Belts gestartet und können diese parallel einem DFSS-Aufbautraining unterzogen werden oder ein Unternehmen kauft sich – je nach Unternehmensgröße – DFSS-Experten ein. Bezüglich der Rolle Programmmanager/DFSS Master Black Belt ist dieses in der Regel sinnvoll. Roll-out Roll-outim imUnternehmen Unternehmen

ProgrammProgrammgestaltung gestaltung -Definition der Ziele -Festlegung des Umfangs -Definition des Programmmanagements -Rollendefinition -Ausbildungskonzept -Prozessgestaltung

Implementierung Implementierung

-Training und Coaching -Ergebnisverfolgung/Tracking der Projekte -Implementierungssupport -Identifizierung und Umsetzung von spezifischen Qualifizierungsmaßnahmen -Permanentes Messen der Performance des neuen Prozesses (Produkt- und Prozessqualität)

Bild 27:  Die Phase „Roll-out im Unternehmen“

116

Implementierung

Stabilisierung Nach Abschluss des Roll-out geht ein Unternehmen in die sogenannte Stabilisierungsphase. Die Fragen „Wann ist ein Roll-out abgeschlossen?“ und „Ist ein Roll-out jemals abgeschlossen?“ sind hier vorab zu beantworten. Ein Roll-out ist abgeschlossen, wenn alle Unternehmensbereiche erreicht, ausreichend DFSS-Experten geschult wurden und sich die ersten Erfolge zeigen. Jedoch ist dieses – wie auch beim klassischen Six Sigma – ein dauerhafter Prozess. Erfolgreiche DFSS-Experten rücken in Managementpositionen auf und es werden neue DFSS-Experten ausgebildet. Eine Stabilisierung bedeutet, dass sich DFSS von der reinen Projektorganisation (im Rahmen des Roll-out) hin zum Bestandteil des Prozessmanagements entwickelt. DFSS wandelt sich zur Kultur und wird fester Bestandteil eines Unternehmens bzw. der Prozess des Unternehmens. Die Methoden des DFSS sind damit integraler Bestandteil eines Unternehmens. Um die Kultur aufrechtzuerhalten, müssen in dieser Phase immer wieder Performancemessungen durchgeführt und die Erfolge kommuniziert werden. 4.4.8 Begleitendes Change Management

Weitreichende Veränderungen in Unternehmen erfordern ein konsequentes Change Management (Veränderungs­ management), da man andernfalls die Mitarbeiter mit diesen Veränderungen überfordert und so den Erfolg gefährdet. Zudem liefern verschiedene Instrumente des Change Management zusätzliche Messgrößen und damit eine Indikation ­bezüglich des Fortschritts hinsichtlich Akzeptanz bei den Mitarbeitern bei der Umsetzung neuer Konzepte.

DFSS-Rollen und -Ausbildungskonzept

117

Was einen Veränderungsprozess erfolgreich macht bzw. welche Hebel zu bewegen sind, zeigt Bild 28. Die Betroffenen ...

Der Hebel:

Wissen

kennen die Veränderung und verstehen den Sinn

Information, Kommunikation

Wollen

erkennen einen persönlichen Nutzen

Können

haben die erforderlichen fachlichen, methodischen und sozialen Kompetenzen

Mobilisierung, Beteiligung, Belohnung, Messung, Win-win

Dürfen

finden alle Voraussetzungen vor, um die Veränderung umsetzen zu können

Strukturen, Prozesse Systeme, Verhalten

fangen damit an

Anstoß

Tun

Qualifizierung

Bild 28:  Was macht einen Veränderungsprozess erfolgreich?

4.5 DFSS-Rollen und -Ausbildungskonzept Im DFSS gibt es klar definierte Rollen sowie ein dazugehöriges Ausbildungskonzept. Im Rahmen der Stufe Programmgestaltung der Phase „Roll-out im Unternehmen“ werden die erforderlichen Rollen und das dazugehörige Ausbildungskonzept definiert. Diese Definition sollte immer unternehmensspezifisch sein. Folgende Rollen sind für eine erfolgreiche DFSS-Implementierung zwingend erforderlich. Champion Die DFSS-Initiative steht und fällt mit der Unterstützung durch das Topmanagement bzw. die Geschäftsleitung. Eine enge Einbindung des Managements ist erforderlich, vom „Buy-in“ über Tollgate Reviews bis hin zum „Go“ für den

118

Implementierung

Roll-out (siehe Bild 25, Seite 107). Ein Champion sollte daher idealerweise ein Manager aus der ersten Reihe sein, sprich aus der Geschäftsleitung. Er stellt sicher, dass die DFSS-Ziele mit den strategischen Unternehmenszielen abgestimmt sind. Zu seinen wesentlichen Auf­gaben zählen:  permanente Fortschrittskontrolle,  Initiieren und Leiten des DFSS-Steuerkreises,  Hürden und Barrieren aus dem Weg räumen,  Kommunikation und Best Practices,  das gesamte Management einbinden.

Der DFSS-Steuerkreis sollte im Wesentlichen die Geschäftsleitung mit allen Funktionen eines Unternehmens umfassen. Der DFSS-Champion arbeitet eng und intensiv mit seinen Programmmanagern/DFSS Master Black Belts zusammen. Sie sind die „operativen“ Umsetzer und Multiplikatoren. Programmmanager/DFSS Master Black Belt Hierbei handelt es sich zum einen um erfahrene Anwender von Six Sigma bzw. DFSS und zum anderen um die operativen Umsetzer einer DFSS-Implementierung. Ein DFSS Black Belt unterstützt die Roll-out-Planung, erstellt detaillierte Trainingskonzepte, führt teilweise Trainings durch und ist in der Regel für das Coaching der DFSS Black Belts zuständig. Weiterhin unterstützt er den Champion und den Steuerkreis in der Projektauswahl. DFSS Black Belt Der DFSS Black Belt kommt insbesondere beim DFSS eine Schlüsselrolle zu, denn er ist der Know-how-Träger bzw. der

DFSS-Rollen und -Ausbildungskonzept

119

Experte im DFSS, er kennt die Details des „neuen“ Entwicklungsprozesses und er ist nicht der Entwicklungsprojektleiter, sondern der Coach. Aufgrund der Wichtigkeit dieser Rolle wird diese im Abschnitt 4.6 näher erläutert. DFSS Green Belt Ein DFSS Green Belt deckt ungefähr 60 % der Methoden des DFSS Black Belt ab. Einen wesentlichen Teil der Methoden kann er eigenständig bearbeiten bzw. die Entwicklung in der Anwendung unterstützen. Aufgaben eines DFSS Green Belt sind:  gezielte Schulung oder Durchführung von Workshops zu

einzelnen Methoden des DFSS,  Coaching von Teilprojekten eines Entwicklungsprojektes,  Durchführen von spezifischen statistischen Detailana­

lysen. Weitere Rollen wie z. B. Yellow Belt oder White Belt sollten unternehmensspezifisch entschieden werden. Auch ein allgemeines Mitarbeitertraining für jeden Mitarbeiter ist eine mögliche Variante. Denn das Ziel ist, dass jeder Mitarbeiter im Unternehmen bestimmte Methoden des DFSS kennt und anwenden kann, um damit seine Aufgaben in seinem spezifischen Bereich den Anforderungen entsprechend bearbeiten zu können. Neben den DFSS-Rollen und den dazugehörigen Trainings gibt es auch speziellen Methodenqualifizierungsbedarf. Dieser Bedarf wird sequenziell – während der Durchführung von Entwicklungsprojekten nach dem neuen Prozess – ermittelt. Dann werden die identifizierten Entwickler gezielt in den Methoden wie z. B. TRIZ oder Design of Experiments geschult.

120

Implementierung

In Bild 29 sind die definierten DFSS-Rollen noch einmal als Rollenpyramide dargestellt und die wesentlichen Auf­ gaben aufgeführt. Am Ende der Pyramide stehen „alle Mit­ arbeiter“. Hierunter ist Folgendes zu verstehen. Zum einen haben alle Mitarbeiter die Rolle/Aufgabe, den neuen Entwicklungsprozess zu kennen und zu unterstützen, und zum anderen hat jeder Mitarbeiter die Aufgabe – je nach seiner Funktion –, sich hinsichtlich der erforderlichen DFSS-Methoden schulen zu lassen. Hier kommt der sogenannte Qualifizierungsbedarf hinsichtlich einzelner Methoden zum Einsatz. Die Pyramide zeigt auch, welcher Trainingsumfang der jeweiligen Rolle zugrunde liegt. Die Anzahl der zu schulenden Personen pro Rolle richtet sich nach der Unternehmensgröße und -struktur. Weiterhin ist dies mit dem DFSS-Start ein dauerhafter Prozess, was mit Job Rotation einhergeht. Aufgaben

Rollen Champion

1 Tag

Programmmanager** DFSS Master Black Belt

40 Tage (+ 2 Jahre BBErfahrung)

DFSS Black Belt**

20 Tage (+ 2 Jahre BB-Erfahrung)

DFSS Green Belt alle Mitarbeiter

10 Tage

1 bis 3 Tage (je nach Methode)

- Umsetzen der DFSS-Ziele - Steuern des DFSS-Roll-out - Hürden aus dem Weg räumen - operative Umsetzung des DFSS-Programms - Trainingskonzepte umsetzen - Mentor und Coach für DFSS BB - DFSS-Experte - Experte für den „neuen“ Prozess - Coach für die Entwicklung - Durchführung von Analysen - Support für Einzelmethoden - Coach für die Teilprojekte - Anwendung und Unterstützung des neuen Entwicklungsprozesses - Anwendung von spezifischen Methoden

** DFSS Master BB und DFSS BB müssen zum Start vorhanden sein, weitere werden schrittweise ausgebildet

Bild 29:  Rollenkonzept in Pyramidendarstellung

DFSS Black Belt als Coach

121

Und es ist auch – wie beim klassischen Six Sigma – das Ziel, die DFSS Black Belts in Topunternehmenspositionen weiterzuentwickeln. Sie sind Leistungsträger und sollen auch wieder Multiplikatoren und Umsetzer in höheren Managementpositionen sein. Weiterhin sollte passend zum Rollenkonzept ein Ausbildungskonzept bzw. Ablauf der Trainingssequenzen definiert werden. Grundsätzlich sind die Champions zuerst zu definieren, da sie das Programm treiben und steuern sollen bzw. die notwendigen Ressourcen bereitstellen. Die DFSS Black Belts und DFSS Green Belts werden immer parallel zu einem konkreten Entwicklungsprojekt geschult und durch das Schulungsunternehmen oder den DFSS Master Black Belt gecoacht. Die zeitliche Umsetzung des Ausbildungskonzepts sollte hierbei immer unternehmensspezifisch entwickelt ­werden.

4.6 DFSS Black Belt als Coach Dem DFSS Black Belt kommt eine Schlüsselrolle zu. Der Hauptunterschied zum klassischen Six Sigma in der Arbeitsweise ist, dass er nicht der Projektleiter, sondern der Coach ist. Er begleitet und coacht ein Entwicklungsprojekt, d. h., er muss sicherstellen, dass die Methoden des DFSS an der richtigen Stelle „richtig“ angewendet werden. 4.6.1 DFSS Black Belt als Coach im Entwicklungsprojektteam

Bild 30, Seite 122, zeigt eine vereinfachte Darstellung, wie ein DFSS Black Belt im Entwicklungsprojekt eingebunden wird. Es zeigt, dass er dem Entwicklungsprojektleiter als

122

Implementierung

Systemprojektleiter

DFSS Black Belt

Komponentenprojektleiter

Komponentenprojektleiter

Komponentenprojektleiter

DFSS Black Belt oder DFSS Green Belt

Bild 30:  DFSS Black Belt im Entwicklungsprojekt

Coach zur Seite steht. Der DFSS Black Belt ist gegenüber dem Projekt­leiter für die Umsetzung der DFSS-Methoden verantwortlich. Je nach Komplexität des Projektes kommen mehrere DFSS-Experten (DFSS BB oder DFSS GB) zum Einsatz. Für die Komponenten des Gesamtsystems werden dann Teilprojekte gebildet, diese werden wiederum von einem DFSS Black Belt oder DFSS Green Belt unterstützt. Das Zusammenführen auf Systemebene läuft dann in enger Abstimmung zwischen den DFSS Black Belts. 4.6.2 Rahmenbedingungen für den Erfolg des DFSS Black Belt als Coach eines Entwicklungsprojektes

Alle anderen am Entwicklungsprojekt Beteiligten (abhängig vom jeweiligen Unternehmen) nehmen entweder an einer eintägigen Grundlagenschulung (Yellow oder White Belt) teil oder erhalten je nach Aufgabe ein spezifisches Methoden­

DFSS Black Belt als Coach

123

training. Die Grundlagenschulung sollte möglichst flächendeckend (Ziel: alle Mitarbeiter) durchgeführt werden, um den Mitarbeitern die Bedeutung von DFSS in der Entwicklung und die damit verbundenen Änderungen am Entwicklungsprozess zu vermitteln. 4.6.3 Anforderungen an die Schlüsselrolle DFSS Black Belt

In Bild 31 sind die Anforderungen an die Schlüsselrolle DFSS Black Belt dargestellt. Der DFSS Black Belt ist Coach, nicht Projektleiter, was ihn vom klassischen Six Sigma Black Belt unterscheidet. Der Coach begleitet den Entwicklungsprojektleiter bei der Realisierung seines Projektes bzw. bei der Anwendung der DFSS-Methoden. Ziel ist, den Projektleiter und sein Team schrittweise zu befähigen, dieses in Zukunft weitestgehend selbständig zu tun.

Prozessmanagementexperte Basiswissen in IT & Software

Entwicklungserfahrung Experte der statistischen Prozessverbesserung

SchlüsselSchlüsselrolle rolle DFSS DFSS BlackBelt Belt Black

Schnittstelle zw. Mgmt. und Mitarbeitern (Standing)

Moderator

Berater/Coach

Change Agent

Bild 31:  Anforderungen an die Schlüsselrolle DFSS Black Belt

124

Implementierung

Ein DFSS Black Belt muss zwangsläufig „Prozessmanagementexperte“ und „Experte der statistischen Prozessbesserung“ sein, nur so kann er seine Rolle als DFSS Black Belt erfüllen. Da die komplette Softwareunterstützung mittlerweile Standard ist – vom CAD-Tool über Requirements-Engi­ neering-Lösungen bis hin zu klassischen statistischen Softwarepaketen –, sollte ein DFSS Black Belt sich hier auskennen. Er ist natürlich Berater in der spezifischen Anwendung von DFSS-Methoden, d. h. z. B. in der Gestaltung eines DoEDesigns oder des Detaillierungsgrades eines Treiberbaums. Hierzu gehört auch immer die Rolle des Moderators, das Projektteam in der Anwendung der einzelnen Methoden ziel­ gerichtet durch Moderieren von Workshops zu führen. Eine wichtige Anforderung ist die sogenannte „Entwicklungserfahrung“, d. h., ob als Projektleiter, Entwicklungsingenieur, Qualitätsmanager usw., egal in welcher Rolle – ein DFSS Black Belt sollte Erfahrungen in der Durchführung von Entwicklungsprojekten mitbringen. Der DFSS Black Belt ist die „Schnittstelle zwischen Management und Mitarbeitern“. Er muss zum einen das Entwicklungsteam für die Anwendung von DFSS gewinnen und zum Erfolg führen und zum anderen das Management einbinden, informieren und permanent überzeugen, hier ist „Standing und Akzeptanz“ gefordert. Hierzu steht die Rolle des „Change Agent“ in engem Zusammenhang. Der DFSS Black Belt ist ein Treiber des Veränderungsmanagements – Informieren, Kommunizieren usw..

Erste Projekte auswählen und definieren

125

4.7 Erste Projekte auswählen und definieren Es ist immer wieder die gleiche Frage: Mit welchen Projekten sollte begonnen werden bzw. wie wähle ich die ersten Projekte aus bzw. wie definiere ich die ersten Projekte? Diese Fragen stellt viele Unternehmen vor ein großes Problem und mehr als 50 % aller DFSS-Initiativen wie auch ­klassischer Six-Sigma-Initiativen scheitern an den „Erstprojekten“. In Bild 32 wird ein mehrstufiges Vorgehen einer ­erfolgreichen Projektauswahl beschrieben. Schritt 1 ist die Quelle für mögliche Projekte. Diese können sich zum einen aus der Strategie ableiten und können zum anderen konkret identifizierte Handlungsfelder sein. Im Schritt 2 erfolgt eine Sammlung aller potenziellen Themen, diese sollte folgende Kriterien beinhalten: Projekt, Problem, Prozess, potenzieller Black Belt als Coach, potenzieller Champion. Danach wird im Schritt 3 für alle Projektvorschläge eine „einfache“ Projektdefinition erstellt. Im Schritt 4 kommt dann die Filterung nach Six-Sigma-Kriterien. Neben der BeStrategische Ausrichtung des Unternehmens

Themen-/ Projektvorschläge sammeln

„einfache“ Projektdefinition

Projektfilterung nach Six-SigmaKriterien

Projektpriorisierung/ -klassifizierung

Projektcharter ausfüllen

3. Schritt

4. Schritt

5. Schritt

6. Schritt

Handlungsfelder identifiziert

1. Schritt

2. Schritt

Bild 32:  Vorgehen zur Projektauswahl (insbesondere bei Erstprojekten)

126

Implementierung

wertung der klassischen Six-Sigma-Kriterien wie z. B. „Messbarkeit“ bezogen auf die neuen Prozessmetriken, umsetzbar in drei bis sechs Monaten, spezifisches Prozessziel vorhanden, Prozesse wiederholbar und unbekannte Lösung sollten auch die folgenden „No Gos“ bewertet werden. Ziel der Projektauswahl muss sein, das Projekt von so­ zialen, kulturellen und anderen kontextuellen Barrieren fernzuhalten. „No-Go-Kriterien“ • Für Erstprojekte sollte es sich möglichst nicht um ein seit Jahren ungelöstes Problem oder andauerndes Projekt handeln. • Keine Kollision mit anderen aktuellen Projektvorhaben. • Projektthema liegt im eigenen Entscheidungsbereich. • Kein „politisches“ Projektthema. • Projektziel korrespondiert mit strategischer Unternehmensausrichtung. • Multiplikatoreffekte, Übertragbarkeit muss gegeben sein.

Der anschließende Schritt 5 führt dann eine Priorisierung/ Klassifizierung aller Projekte durch mit dem Ziel, die drei bis fünf auszuwählen, welche am Ende den größten Effekt erzeugen. Priorisierungskriterien sind Kundenfokus, Übertragbarkeit, Umsetzbarkeit, Verbesserungspotenzial und Barrieren. Klassifizierung bedeutet eine Chancen- und Risikobeurteilung pro Projekt. Sowohl Priorisierung als auch Klassifizierung wird mittels Übertragung auf Faktoren und Klassen objektiviert. Am Ende liefern die Ergebnisse der Priori­sierung und Klassifizierung ein Ranking der Projekte. Im Schritt  6 wird dann der Projektcharter erarbeitet und ausgefüllt.

127

5 Abkürzungen BB

Black Belt

C & E

Cause and Effect

CTC

Critical to Cost

CTC

Critical to Customer

CTQ

Critical to Quality (kritische Qualitätsmerkmale)

CTS

Critical to Satisfaction

DCOV

Design, Characterize, Optimize, Verify

DFMA

Design for Manufacturing and Assembly (Design für Herstellbarkeit und Montage)

DFSS

Design for Six Sigma

DMADV

Design, Measure, Analyze, Design, Verify

DMAIC

Design, Measure, Analyze, Improve, Control

DoE

Design of Experiments (statistische Versuchsplanung)

DRBFM

Design Review Based On Failure Mode

ECU

Engine Control Unit

EAV

Economic Added Value

F & E

Forschung und Entwicklung

FMEA

Fehlermöglichkeits- und -einfluss­analyse

GB

Green Belt

ICOV

Identify, Characterize, Optimize, Verify

IDOV

Identify, Design, Optimize, Validate

MGP

Master Gantt Plan

MTBF

Mean Time Between Failures

MTTF

Mean Time To Failure

PCR

Piezo Common Rail System

PERT

Program Evaluation and Review Technique

QFD

Quality Function Deployment

QS-9000

Quality Management System

RPZ

Risikoprioritätszahl

S/N-Verhältnis

Signal-Störgrößen-Verhältnis

SCAMPER

Substitute, Combine, Adapt, Modify, Put into other uses, Eliminate, Reverse

s

Sigma, Maß für Streuung

SMART

spezifisch, messbar, aktiv erreichbar, relevant, terminiert

TRIZ

Theorie des erfinderischen Problemlösens

VDA

Verein Deutscher Automobilindustrie

VoC

Voice of the Customer

128

Literatur Rehbehn, R.; Kleinert, A.; Buthmann, A.: Produkt- und Prozess­ design für Six Sigma mit DFSS: Strategien, Methoden und Praxisbeispiele zu innovativen, nachhaltigem Design. Publicis Corporate Publishing, Erlangen 2008 Mollenhauer, J.-P. et al.: Design für Six Sigma+Lean Toolset: ­Innovationen erfolgreich umsetzen. Springer, Berlin/Heidelberg/New York 2007 Yang, K.; El-Haik, B.: Design for Six Sigma, McGraw-Hill, New York 2003 Rath & Strong: Six Sigma Pocket Guide: 34 Werkzeuge zur Prozess­verbesserung. Rath & Strong Management Consultants, Hamburg 2002 Harry, M.; Schroeder, R.: Six Sigma: Prozesse optimieren, NullFehler-Qualität schaffen, Rendite radikal steigern. Campus, Frankfurt 2000 Hemmrich, A.; Harrant, H.: Pocket Power Projekt Management, In sieben Schritten zum Erfolg, Hanser, München 2007 Backerra, H.; Malorny, C.; Schwarz, W.: Pocket Power Kreativitätstechniken, Hanser, München 2007 Klein, B.: TRIZ/TIPS – Methodik des erfinderischen Problem­ lösens, Oldenbourg, München 2007 Internetquelle: TRIZ Online: www.triz-online.de

Der Herausgeber

POCKET POWER

Prof. Dr.-Ing. Gerd F. Kamiske, ehemals Leiter der Qualitätssicherung im Volkswagenwerk Wolfsburg und Universitätsprofessor für Qualitätswissenschaft an der TU Berlin, verbindet Praxis und Wissenschaft in idealer Weise. Seine umfangreichen Erfahrungen in verantwortlicher Linien- und Projektarbeit im In- und Ausland einerseits und in Lehre und Forschung andererseits garantieren einen praxisnahen Wissenstransfer in Form dieser Pocket PowerReihe zum Nutzen jeden Lesers.

Die Autoren Dr.-Ing. Thomas Konert ist Executive für das Segment Steering Systems der Continental Automotive GmbH und ausgebildeter Six Sigma Master Black Belt. Vorher war er in verschiedenen weltweiten Führungsfunktionen in den Bereichen Produktion und Qualitätsmanagement der Siemens AG tätig. Dipl.-Ing. Achim Schmidt ist Lean Six Sigma Master Black Belt/Continuous Improvement Manager bei der Continental Automotive GmbH im Segment Steering Systems. Vorher war er in der Halbleiterindustrie und im Automobilzuliefererbereich in verschiedenen Funktionen tätig.

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ISBN 978-3-446-

Qualitätstechniken DIN EN ISO 9000:2000 ff. umsetzen ABC des Qualitätsmanagements Moderationstechniken Kreativitätstechniken European Quality Award Prozessmanagement Total Productive Management Benchmarking Management von Kundenbeziehungen Coaching – Veränderungsprozesse meistern Der Kontinuierliche Verbesserungsprozess Change Management Wissensmanagement Projektmanagement Qualitätsaudit Six Sigma Lebensqualität - Bausteine und Methoden ABC der Managementtechniken Prozessoptimierung mit Quality Engineering QM in Banken QM in der Arztpraxis Konfliktmanagement Qualitätsmanagement für KMU Risikomanagement für Geschäftsprozesse Mitarbeiter- und Kundenbefragung Produkt- und Produzentenhaftung Reifegrad nach ISO/IEC 15504 (SPiCE) ermitteln Design for Six Sigma umsetzen Selbstbestimmt arbeiten Bausteine und Methoden Qualitätsplanung Statistische Prozessregelung - SPC Innovationsmanagement Wertstromdesign Lean Management

40044-3 41608-6 41610-9 41232-3 41233-0 21871-0 41571-3 21873-4 41569-0 21875-8 40996-5 41611-6 41931-5 41226-2 41227-9 42230-8 22294-6 22706-4 22822-1 22879-5 22895-5 40033-7 40042-9 40229-4 40283-6 40560-8 40626-1 40721-3 41230-9 41229-3 41368-9 41637-6 41799-1 42189-9 42190-5

POCKET POWER Design for Six Sigma (DFSS) ist eine Methode zum Design oder Redesign neuer Produkte und Prozesse mit dem Ziel, Fehler von vorneherein zu vermeiden, Kundenwünsche systematisch zu berücksichtigen sowie Toleranzen und Prozesse von Anfang an auf eine hohe Prozessfähigkeit auszulegen. Dieser Band zeigt, wie DFSS im Unternehmen implementiert und bei komplexen Projekten eingesetzt werden kann. Dabei werden die Tools entlang der Phasen Define, Measure, Analyze, Design und Verify beschrieben. Mit vielen Beispielen und Tipps.

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783446 412309

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