Robust Design in der Kunststofftechnik. Re-Engineering von Produkt & Prozess Designs

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1 Robust Design in der Kunststofftechnik Re-Engineering von Produkt & Prozess Designs

2 Robust Design Kennen und verhindern der Variation bei Produkten & Prozessen Die Variationen der Einflussfaktoren X i wirken sich auf die Stabilität des Gesamtprodukts und der Prozesse aus. X 2 = Kühlzeit [s] X 3 = Werkzeugtemperatur [ C] X 1 = Nachdruck [bar] X 4 = Tempertemp. [ C] Prozess X 6 = Mischungsverhältnis Rohmaterial Y 1-n = Verzug / Längen Winkelabweichung / Schrumpfung / Schichtdicke / X 5 = Feuchteanteil Rohmaterial Ziel: Die Einflussfaktoren X i zu identifizieren und deren Wirkmechanismen - die kausale Kette - zu verstehen, um das Gesamtsystem Y = f (Xi) robust, nachhaltig und auf Ziel auszulegen. Folie 2

3 Robust Design Die kausale Kette Ziel: Aufbau einer kausalen Kette vom Endprodukt bis hin zu den Prozessparametern CTQ = f(yi) = Messbare Anforderungen an das Produkt Yi = f(xi) = f(messbare Prozessparameter) X s = f(x Zulieferer ) = f(messbare Produktparameter der Lieferanten) Nutzen: Kennen der Transferfunktionen Yi = f(xi) für Produkte & Prozesse Kostensenkungen durch optimierte Parametrierung und Tolerierung Kennen der Risiken (Produkt & Prozesse) Folie 3

4 Robust Design 1. Fehlerbilder & Anforderungen priorisieren und messbar machen Die Fehlerbilder und Anforderungen messbar und messfähig machen. Die ausreichende Messsystemfähigkeit der Fehlerbilder / Kundenanforderungen ist Grundvoraussetzung für das weitere Verfahren. Fehlerbild / Kundenforderung n.i.o. Geometrie Oberfläche Materialhärte Längenmaß 01 Planschlag Spaltmass Konzentrizität Ra Glanzgrad Farbstufe Transparenz HV Beständigkeit Haptik etc Bewertungsstufen: - 10 = extrem wichtig - 8 = sehr wichtig - 6 = wichtig - 2 = nicht sehr wichtig - 1 = unwichtig Folie 4

5 Robust Design 2. Prozess analysieren Prozesse in 2 Schritten / Level analysieren: 1. SIPOC 2. Prozess Flussdiagramme Supplier Imput Process Output Customer Ja Ja Folie 5

6 Robust Design 3. Einflussgrößen (X i ) sammeln und auswählen Das Ishikawa oder QFD Quality Funktion Deployment dokumentiert die möglichen Wirkzusammenhänge und damit die möglichen kausalen Ketten für Produkt und Prozesse Methode Prozessfehler Prozessfähigkeit Maschine Das Messsystem als Einflussgröße muss durch eine Messsystemanalyse weitestgehend ausgeschlossen werden Kommunikation Ressourcen Regelprozesse Änderung der Kundenanforderungen Motivation Rohteilqualität Bearbeitbarkeit Wartung Klima Verschmutzung Erschütterungen Was beeinflusst mein Fehlerbild = Y? Ishikawa zur Bestimmung der möglichen Einflussgrößen Mensch Material Mitwelt QFD Quality Function Deployment zur Bestimmung der möglichen Einflussgrößen Folie 6

7 Robust Design 4. Einflussgrößen priorisieren QFD: Technische Bedeutung aus HoQ 1, 2 oder 2+4 RZ: aus Produkt Design FMEA und/oder Prozess FMEA 2012 Folie Folie 7 7

8 Robust Design 5. Versuche zur Ermittlung der Produkt- / Prozesstransferfunktionen planen Für Daten aus der laufenden Produktion bzw. Vorserie / Nullserie Für Versuche / DoE Design of Experiments während der Entwicklung / des PEP 2012 Folie Folie 8 8

9 Nachdruckzeit Robust Design 6. Statistische Analyse und Ergebnisse in die Praxis transformieren Das Ergebnis der Versuche und / oder Messung von Produktionslosen sind die Wirkzusammenhänge, die in den Transferfunktionen Y = f (Xi) dokumentiert werden. Das Produkt bzw. den Prozess unter Kenntnis der Wirkzusammenhänge Längenabweichung = f (Nachdruckzeit; WkzTemp) optimieren LänAbw < 0,6 0,6 0,9 0,9 1,2 1,2 1,5 1,5 1,8 1,8 2,1 > 2, WkzTemp Folie 10

10 Robust Design 6. Statistische Analyse und Ergebnisse in die Praxis transformieren Das Ergebnis der Versuche und / oder Messung von Produktionslosen sind die Längenabweichung = f (Nachdruckzeit; WkzTemp) Wirkzusammenhänge, die in den Transferfunktionen Y = f (Xi) dokumentiert werden. Darstellung der Anpassungslinie LängenAbw = 0, ,09480 ND Zeit 1,075 S R-Qd R-Qd(kor) 1,050 0, ,5% 97,5% 2,0 LänAbw 1,5 8 1,0 LängenAbw 6 0,5 1, WkzTemp 1, Nachdruckzeit ,975 0,950 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 ND Zeit 2013 Folie 11

11 Robust Design - 7. Parametrierung und statistische Tolerierung der Einflussgrößen Mittelwert Median 1,000 0,12 Mittelwert Median 0,33 0,5625 Zusammenfassung für LängenAbw Anderson-Darling-Test auf Normalverteilung A-Quadrat 0,40 p-wert 0,366 Mittelwert 1,0014 StdAbw 0,0192 Varianz 0,0004 Schiefe -0, Kurtosis 0, N 1001 Minimum 0,9448 Erstes Quartil 0,9881 Median 1,0017 Drittes Quartil 1,0148 Maximum 1, %-Konfidenzintervall für Mittelwert 1,0002 1, %-Konfidenzintervall für Median 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04 1,06 1,0003 1, %-Konfidenzintervall für StdAbw 0,0184 0,0201 Zusammenfassung für WinkelAbw 95%-Konfidenzintervalle Anderson-Darling-Test auf Normalverteilung A-Quadrat 0,48 p-wert 0,230 Mittelwert 0,34713 StdAbw 0,07642 Varianz 0,00584 Schiefe -0, ,001 1,002 1,003 Kurtosis -0, N 178 Minimum 0,12000 Erstes Quartil 0,29000 Median 0,35000 Drittes Quartil 0,40000 Maximum 0, %-Konfidenzintervall für Mittelwert 0, , %-Konfidenzintervall für Median 0,18 0,24 0,30 0,36 0,42 0,48 0,54 0, , %-Konfidenzintervall für StdAbw 0, ,08530 Zusammenfassung für Fuge 95%-Konfidenzintervalle Anderson-Darling-Test auf Normalverteilung A-Quadrat 0,43 p-wert 0,303 Mittelwert 0,60210 StdAbw 0,01257 Varianz 0,00016 Schiefe 0, ,34 0,35 0,36 0,37 Kurtosis -0, N 1001 Minimum 0,56252 Erstes Quartil 0,59335 Median 0,60185 Drittes Quartil 0,61064 Maximum 0, %-Konfidenzintervall für Mittelwert 0, , %-Konfidenzintervall für Median 0,5750 0,5875 0,6000 0,6125 0,6250 0,6375 0, , %-Konfidenzintervall für StdAbw 0, ,01314 Vermeiden von Over Engineering durch statistisch abgesicherte Parametrierung und statistische Tolerierung von Produktmerkmalen und Prozessparametern = f ( Mittelwert Median 221,25 224,90 222,50 224,95 223,75 Zusammenfassung für Nachdruck 225,00 225,00 Cpk: 1,32 Nachdruck 226,25 95%-Konfidenzintervalle 225,05 227,50 225,10 228,75 230,00 225,15 Granulatbestandteil xy % Anderson-Darling-Test auf Normalverteilung A-Quadrat 0,70 p-wert 0,069 Mittelwert 225,04 StdAbw 1,53 Varianz 2,34 Schiefe 0, Kurtosis 0, N 1001 Minimum 221,04 Erstes Quartil 224,01 Median 225,00 Drittes Quartil 226,03 Maximum 229,88 95%-Konfidenzintervall für Mittelwert 224,95 225,14 95%-Konfidenzintervall für Median 224,89 225,09 95%-Konfidenzintervall für StdAbw 1,47 1,60 Mittelwert Median Mittelwert Median 72,8 74,90 3,8 73,6 4,0 74,4 74,95 4,2 Zusammenfassung für WKZ Temp Werkzeugtemp. 75,2 Zusammenfassung für ND Zeit 4,4 4,6 76,0 95%-Konfidenzintervalle 75,00 95%-Konfidenzintervalle 4,8 76,8 5,0 77,6 75,05 Nachdruckzeit Anderson-Darling-Test auf Normalverteilung A-Quadrat 0,97 p-wert 0,015 Mittelwert 74,998 StdAbw 0,800 Varianz 0,639 Schiefe 0, Kurtosis -0, N 1001 Minimum 72,898 Erstes Quartil 74,447 Median 74,957 Drittes Quartil 75,550 Maximum 77,619 95%-Konfidenzintervall für Mittelwert 74,949 75,048 95%-Konfidenzintervall für Median 74,908 75,024 95%-Konfidenzintervall für StdAbw 0,766 0,836 Anderson-Darling-Test auf Normalverteilung A-Quadrat 0,52 p-wert 0,183 Mittelwert 4,3978 StdAbw 0,2001 Varianz 0,0400 Schiefe -0, Kurtosis -0, N 1001 Minimum 3,8199 Erstes Quartil 4,2554 Median 4,4045 Drittes Quartil 4,5401 Maximum 5, %-Konfidenzintervall für Mittelwert 4,3854 4, %-Konfidenzintervall für Median 4,3891 4, %-Konfidenzintervall für StdAbw 0,1917 0,2093 4,39 4,40 4,41 4,42 95%-Konfidenzintervalle Mittelwert Median 0,6010 0,6015 0,6020 0,6025 0,6030 Folie 12

12 Schlüsselprojekte Kunststoff und Spritzguss (Auswahl) Ausschussreduzierung im Spritzguss und in der Profilextrusion OEE (Overall Equipment Effectiveness) / Steigerung der Fertigungsleistung Kunststoff-Hybrid-Bauteile: Serienanlauf und Reduzierung Ausschussrate bei sicherheitsrelevanten elektrischen Lenksystemen Umspritzte Bauteile: RFT für Bestückung und vollautomatische Montage Laserschweißen von Kunststoffteilen: Prozessoptimierung Fzg.-Türinnenverkleidungen: Serienanlauf und Optimierung Kunststoffspritzguss Fzg.-Innenarmaturen: Serienanlauf und Optimierung Kunststoffspritzgussanlage Fzg. I-Tafel: Serienanlauf und robustes Produktdesign TPE- und PVC- Extrusion Spritzgussprozess (Kontaktsysteme): Reduzierung Fehleranteil und Zeitversatz Folie 14

13 Schlüsselprojekte Extrusion: Gummi und Kautschuk (Auswahl) Aufbau und Inbetriebnahme einer Fabrik zur Herstellung von Hydraulikschläuchen Fertigung von Reifenkomponenten, Schlauchfertigung Kontinuierliche Vulkanisation via Mikrowelle und Salzbad Dimensionierung und Layout von Kautschuk-Extrudern, und -Extruderschnecken Kalander- und Rollerheadprozesse: Inbetriebnahme der weltgrößten Rollerhead-Anlage zur Transportbandherstellung Layout und Inbetriebnahme einer Douplex-Rollerhead-Anlage Walzenbeschichtung Layout und Konzeption einer neuen Generation von Warmfütterextrudern Kontinuierliches Compounding von Kautschuk auf Zweischneckenextrudern Compounding auf Zweischneckenextrudern: Recycling von Gummi Folie 15

14 Kontakt mts Consulting & Engineering GmbH Wernher-von-Braun-Str. 8 D Fürstenfeldbruck Tel.: Mail: info@mts-contech.com Folie 16