Design for Six Sigma HANSER. Jürgen Gamweger Oliver Jöbstl Manfred Strohrmann Wadym Suchowerskyj

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1 Jürgen Gamweger Oliver Jöbstl Manfred Strohrmann Wadym Suchowerskyj Design for Six Sigma Kundenorientierte Produkte und Prozesse fehlerfrei entwickeln HANSER

2 1 Grundlagen von Design for Six Sigma - DFSS Strategische Rahmenbedingungen und Herausforderungen Was erreicht DFSS? Fehlerfreie, robuste und zuverlässige Produkte Marktvorteile durch konsequente Kundenorientierung Entwicklungsprozesse mit hoher Ressourceneffizienz Nachhaltige Innovationsleistungen durch tief gehendes Produktwissen Entwicklung von Six Sigma und DFSS Historische Entwicklung von Six Sigma Zusammenfassung der Six-Sigma-Kerninhalte Entstehung und Betrachtungsweisen von DFSS innerhalb des Six Sigma-Ansatzes DFSS-Modell Ziele von DFSS (Zielebene) '. 1' Prinzipien von DFSS (strategische Ebene) Anwendung von DFSS (Prozessebene) Zusammenfassung Verwendete Literatur 23 2 VoiceoftheCustomer-VOC 25 j 2.1 Zielsetzung..) Einordnung von VOC in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Klassifizierung von Kundenanforderungen 27 "" Qualität ersten und zweiten Grades Das Kano-Modell Vorgehensweise bei der Anwendung Kunden und Markt identifizieren Kundenanforderungen erheben Erhobene Daten strukturieren Anforderungen priorisieren Praxisbeispiel Temperatursensor Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur 46

3 VI Inhalt 3 Quality Function Deployment - QFD Zielsetzung Einsatz von QFD im Produktentstehungsprozess QFD-Ansätze Einordnung der QFD-Phasenmodelle in den Produktentstehungsprozess f Grundbegriffe Prinzip der Kundenorientierung Prinzip der Teamarbeit Prinzip des systematischen Vorgehens Vorgehensweise bei der Anwendung Vorgehensweise im House of Quality Vorgehensweise im House of Quality House of Quality 3: Prozess-QFD Praxisbeispiel Temperatursensor Einordnung des Temperatursensors im QFD-Phasenmodell Messbarkeit von Anforderungen (Raum 1 der QFD-Matrix) Benchmarking (Raum 2) Ermittlung der Korrelationen (Raum 4) Auszug aus dem Dach der QFD-Matrix (Raum 7) Ableitung von Zielwerten (Raum 6) Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur 79 4 Generieren von Konzeptalternativen Zielsetzung Einordnung der Generierung von Konzeptalternativen in den Produktentstehungsprozess (PEP) Grundlagen der kreativen Problemlösung Vorgehen bei der Anwendung Recherchierende Methoden Intuitive Methoden Diskursive Methoden Die TRIZ-Methoden Praxisbeispiel Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur 109

4 VII 5 Bewertung von Konzeptalternativen Zielsetzung Einordnung der Bewertung von Konzeptalternativen in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Vorgehensweise bei der Anwendung Intuitive Methoden Pugh-Matrix Priorisierungsmatrix Praxisbeispiel Temperatursensor Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Design for Manufacture and Assembly - DFMA Zielsetzung Einordnung der DFMA in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Vorgehensweise bei der Anwendung Bildung des Teams : Darstellung der Produktstruktur Erarbeitung des Prozessgraphen Analyse von kritischen Prozessschritten Ableitung und Umsetzung von Verbesserungsmaßnahmen Praxisbeispiel Temperatursensor Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse - FMEA Zielsetzung Einordnung der FMEA in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Arten der FMEA Inhalte der FMEA Das FMEA-Team ' Abgrenzung zur Fehlerbaumanalyse (FTA) Vorgehensweise bei der Anwendung Vorbereitung und Planung Strukturanalyse Funktionsanalyse Fehleranalyse 150

5 VIII " Inhalt Maßnahmenanalyse und Risikobewertung Realisierung/Optimierung Prozess-FMEA Praxisbeispiel Temperatursensor Strukturanalyse Funktionsanalyse 159 ^ Fehleranalyse Maßnahmenanalyse und Risikobewertung Realisierung/Optimierung Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Design Review Based on Failure Mode -DRBFM Zielsetzung Einordnung der DRBFM in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Die GD 3 -Philosophie Rollen der DRBFM Vorgehensweise bei der Anwendung Plausibilitätsprüfung der Anforderungen Funktionsanalyse des Produktes Definition der expliziten und impliziten Designänderungen Erarbeitung potenzieller Probleme (Concern Points) Problemanalyse Beschreibung der Auswirkung Ausarbeitung des bestmöglichen Designs Design-Review Praxisbeispiel Temperatursensor Ausgangssituation (Plausibilitätsprüfung) Funktionsanalyse des Produktes Definition der expliziten und impliziten Designänderungen Erarbeitung potenzieller Probleme Problemanalyse Beschreibung der Auswirkungen Ausarbeitung des bestmöglichen Designs Design-Review Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur 186

6 IX 9 Grundlagen der Statistik Zielsetzung Ziele der Wahrscheinlichkeitsrechnung Ziele der beschreibenden Statistik Ziele der beurteilenden Statistik Einordnung der Statistik in den Produktentstehungsprozess Daten- und Messtypen Wahrscheinlichkeitsrechnung Begriff der Zufallsvariable Diskrete Zufallsvariablen und Verteilungen Stetige Zufallsvariablen und Verteilungen Wichtige Kennwerte von Verteilungen Spezielle diskrete Verteilungen Zusammenfassung von wichtigen diskreten Verteilungen Spezielle stetige Verteilungen Prüfverteilungen Beschreibende Statistik Häufigkeitsverteilung, Histogramm Lagekennwerte einer Stichprobe Streuungswerte einer Stichprobe Schiefe oder Symmetrie einer Stichprobe Aufbereitung von Stichprobenergebnissen mittels Box-Plot Beurteilende Statistik Schätzung von Parametern einer Grundgesamtheit Zentraler Grenzwertsatz Berechnung von Konfidenzintervallen Wahrscheinlichkeitsnetz Beispiel Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Hypothesentests Zielsetzung von Hypothesentests Einordnung der Hypothesentests in den Produktentstehungsprozess Wichtige Grundlagen Grundlagen von statistischen Tests Der P-Wert Einfaktorielle Varianzanalysen Zweifaktorielle Varianzanalysen 249

7 10.4 Durchführung von Hypothesentests Auswahl des Tests Planung des Tests ' Durchführung des Tests und Interpretation der Ergebnisse Zusammenfassung Verwendete Literatur Korrelations- und Regressionsanalysen Zielsetzung Einordnung der Methode in den Produktentstehungsprozess Vorgehensweise bei der Anwendung Daten sichten und aufbereiten Korrelationsanalyse Auswahl des Regressionsmodells und Modellierung Modell überprüfen Optimierung Praxisbeispiel Feuchtesensor Daten sichten und aufbereiten Durchführung der Regressionsrechnung Modell überprüfen Optimierung Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Modellbildung von Systemen Zielsetzung Einordnung der analytischen Modellbildung in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Systembegriff und Systemeigenschaften Systemgrenzen und Systemumgebung Zustand und Zustandsgrößen eines Systems Vorgehensweise bei der Anwendung Definition des Modellzweckes Beschreibung des Systems mit Wirkungsgraphen Entwicklung des Simulationsmodells Bestimmung der Größe von Systemparametern Durchführung der Simulation mit bekannten Parametern und Verifizierung Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur 322

8 XI 13 Design of Experiments - DoE Zielsetzung Einordnung von DoE in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Mathematische Modellierung Prinzipien von DoE Orthogonale und balancierte Versuchspläne One Factor at a Time "-Versuchspläne Vollfaktorielle Versuchspläne Teilfaktorielle Versuchspläne Blockbildung und Randomisierung Response Surface Design Box-Behnken-Versuchspläne D-optimale Versuchspläne Taguchi-Versuchspläne für Robustheitsanalysen Auswertung von Versuchsplänen Vorgehensweise bei der Anwendung Durchführung einer Systemanalyse Wahl des Versuchsdesigns Planung/Bereitstellung von Ressourcen Versuchsdurchführung Datenanalyse Ergebnisbestätigung Praxisbeispiel Durchführung der Systemanalyse Wahl des Versuchsdesigns Datenanalyse :4 Ergebnisbestätigung Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Optimierung und Robustheitsanalysen mittels Simulation Ziele der Optimierung und Robustheitsanalyse mittels Simulation Einsatz der Simulation im PEP Wichtige Grundlagen der Simulation Grundbegriffe der Simulation Abgrenzung Sensitivitätsanalyse, Optimierung und Robustheitsbewertung Einführung in Optimierungsverfahren Deterministische Optimierungsverfahren Stochastische Optimierungsverfahren 384

9 XII Inhalt Verfahren der Robustheitsanalyse oder Störvariablenexperimente Robuste Optimierung Vorgehensweise bei der Anwendung System- und Parameterbeschreibung Aufbau des Simulationsmodells Durchführung der Sensitivitätsanalyse Optimierung Robustheitsbewertung Praxisbeispiel Simulation System- und Parameterbeschreibung, Aufbau Simulationsmodell Sensitivitätsanalyse Optimierung ' Robustheitsanalyse 412 " Schlussfolgerungen und Ausblick Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Messsystemanalysen (MSA) Zielsetzung Einordnung der MSA in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Messsystem 424, Kalibrieren, Eichen, Justieren Ansprechschwelle, Auflösung Vorgehensweise bei der Anwendung Überprüfung der systematischen Messabweichung (Verfahren 1) Untersuchung der Linearität (Verfahren 4) Bewertung eines Messsystems bezüglich Streuverhalten unter Einfluss des Prüfers (Verfahren 2) Bewertung eines Messsystems bezüglich Streuverhalten ohne Einfluss des Prüfers (Verfahren 3) Bewertung eines Messsystems bezüglich seines Langzeitverhaltens (Verfahren 5) Prüfung der Fähigkeit attributiver Prüfprozesse (Verfahren 6) Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur 458

10 XIII 16 Statistische Prozesslenkung - SPC Zielsetzung Einordnung von SPC in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Prozessbeherrschung, Prozessfähigkeit Prozesstypen nach DIN Vorgehensweise bei der Anwendung Festlegung des Merkmals und der Messeinrichtung Auswahl des Regelkartentyps Festlegung des Stichprobenumfanges n Festlegung des Stichprobenentnahmeintervalls Durchführung eines Vorlaufes, Bestimmung des Prozesstyps Berechnung der Eingriffsgrenzen Erstellung eines Reaktionsplans Führen und Auswerten der Regelkarte Praxisbeispiel Weiterführende Betrachtungen mithilfe von QS Stat Ergebnisdarstellung in Minitab Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Prozessfähigkeitsuntersuchungen Ziel von Prozessfähigkeitsuntersuchungen Einordnung von Prozessfähigkeit in den Produktentstehungsprozess Grundbegriffe Maschinenfähigkeit, Prozessfähigkeit, Prozessleistung Prozessfähigkeitskennzahlen Vertrauensbereich von Prozessfähigkeitskennwerten Maschinenfähigkeitskennzahlen Berechnung des Sigma-Niveaus Vorgehensweise bei der Anwendung Erfassung der Prozessdaten Untersuchung der Prozessstabilität Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung Berechnung der Fähigkeitskennwerte für stabile Prozesse Berechnung der Fähigkeitskennwerte für nicht stabile Prozesse 501

11 XIV Inhalt 17.5 Praxisbeispiel Erfassen der Prozessdaten, Untersuchungsdauer Untersuchung der Prozessstabilität, Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung Ermittlung der Fähigkeitskennwerte (nicht stabile Prozesse) Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Toleranzanalyse Zielsetzung Einordnung der Toleranzanalyse im Produktentstehungsprozess Grundbegriffe 512, Wirkbeziehungen Lineare Toleranzüberlagerung Nicht lineare Toleranzüberlagerung Worst-Case-Tolerierung Statistische Tolerierung Vorgehensweise bei der Anwendung Systemabgrenzung Toleranzfestlegung/Toleranzkonzept Verteilungsfunktion der Eingangsgrößen Identifikation des Wirkzusammenhanges Verteilungsfunktion der Ausgangsgröße y Toleranzanpassung Statistische Überwachung der Eingangsgrößen Praxisbeispiel Temperatursensor ^ Systemabgrenzung Toleranzen und Verteilungsform der Eingangsgrößen Identifikation des Wirkzusammenhanges Bestimmung des Toleranzbereiches der Ausgangsgröße Toleranzanpassung Ausblick Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur 536

12 XV 19 Reliability Engineering-Zuverlässigkeitsanalysen Zielsetzung von Reliability Engineering Einsatz von Reliability Engineering im Produktentstehungsprozess Wichtige Grundlagen Grundbegriffe der Zuverlässigkeitsuntersuchung Testbeschleunigung, Testraffung Testverfahren für die Zuverlässigkeitsanalyse Weibull-Theorie Vorgehensweise bei der Anwendung Festlegung der Zuverlässigkeitsziele Design for Reliability Erstellung von Zuverlässigkeitstestplänen Durchführung von Zuverlässigkeitstests Evaluierung, Analyse und Bewertung Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren Verwendete Literatur Umsetzung von DFSS im Unternehmen Strategische Gesichtspunkte Umsetzung von DFSS am Beispiel Bosch Rahmenbedingungen Die Rolle von DFSS in der Produktentwicklung Einzelheiten der Umsetzung von DFSS bei Bosch Zusammenfassung 571 Abkürzungen 573 Literatur 576 Register 580 Die Autoren 588 Die Co - Autoren 592