SPC-Regelkarte – QRK


SPC – Regelkarten – auch als control charts oder als Qualitätsregelkarte (QRK) bezeichnet – dienen in der statistischen Prozesskontrolle SPC (statistical process control) dazu, Prozesse zu überwachen um Veränderungen frühzeitig zu erkennen und um noch korrigierend eingreifen zu können bevor im Prozess Teile ausserhalb der Toleranz entstehen.

Gute Produkte entstehen in guten Prozessen. … Schlechte Produkte entstehen in den gleichen Prozessen, allerdings sind in solchen Fällen die Prozessparameter “aus dem Ruder gelaufen”.

Hintergrund SPC und Qualitätsregelkarten

SPC wurde von Walter A. Shewhart in den USA entwickelt. Auslöser war das Bestreben, die Produktqualität durch eine gesteigerte Prozessstabilität zu verbessern. Einen wesentlichen Einflussfaktor auf die Produktqualität vermutete Shewhart in der Streuung der Einzelkomponten.

Ursachen für Streuung

Shewhart nahm (zu recht) an, dass die Gesamtqualität eines Endproduktes eine Folge der kombinierten Streuungen seiner Einzelkomponenten ist. Als Ursache für diese Streuung identifizierte er zwei grundsätzlich unterschiedliche Mechanismen:

  1. Streuung aufgrund von allgemeinen, unspezifischen Einflüssen und zufälligen Abweichungen. Diese ergeben sich aufgrund eines stochastischen Prozesses und werden auch als Rauschen bezeichnet.
  2. Streuung als Folge von besonderen Ursachen z.B. Fehlverhalten, Fehleinstellungen, Materialveränderungen, Maschinenverschleiß.

Fehler in der Ursachenanalyse von Streuung

Shewhart stellte bei der Ursachenanalyse und dem Versuch, Streuung zu reduzieren, 2 prinzipielle Fehler fest:

  • Eine Abweichung wird einer besonderen Ursache zugewiesen, obwohl sie von einer allgemeinen Ursache hervorgerufen wurde d.h. Folge des Rauschens ist.
  • Eine Abweichung wird einer allgemeinen Ursache zugeordnet, obwohl sie Folge einer ganz speziellen, besonderen Ursache und damit nicht zufälliger Natur ist.

Auch Maschinen und Messsysteme streuen

Die dritte wichtige Erkenntnis von Shewhart war, dass das Messsystem stabil sein muss, seine Auflösung hoch und die Streuung des Messsystems gering – und zumindest bekannt – sein muss. Dies gilt ebenso für die Maschinen.

Ein wichtiger Schritt bei der Erstellung von Regelkarten ist deshalb eine vorhergehende Messsystemanalyse (MSA). Bei der Messsystemanalyse wird die Streuung in 2 Stufen analysiert. Verfahren 1 überprüft das Messgerät / Messmittel.  Verfahren 2 überprüft den Bedienereinfluss. Im nächsten Schritt wird dann die Maschinenfähigkeit in der Regel als Kurzzeit- und Langzeitstichprobe analysiert.

Arten von Daten für Qualitätsregelkarten

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher SPC -/ Qualitätsregelkarten. Welcher Typ von Regelkarte verwendet wird, hängt in erster Linie von der Art der Daten ab und zum zweiten von der Art der statistischen Kenngröße, die analysiert werden soll.

Prinzipiell werden zwei Datenarten unterschieden:

  • attributive Daten
  • stetige (kontinuierliche) Daten

stetige (kontinuierliche) Daten

Stetige Daten können theoretisch eine beliebige, unendliche Anzahl von Werten annehmen z. B. 13,997565 oder 293898,214 oder auch 0,0.  In der Praxis ist die “Unendlichkeit” der Werte i.d.R. durch die Auflösung des Messsystems beschränkt.

Bei Regelkarten für stetige Daten wird mathematisch gesehen die Gauss- oder Normal-Verteilung genutzt, weil von einer Normalverteilung der Daten ausgegangen wird.

attributive Daten

Attributive Daten sind meist leichter zu erfassen als stetige Daten, weil es sich häufig um Zählungen oder Bewertungen handelt z.B.

  • Anzahl Fehler pro Bauteil
  • Anzahl Partikel pro m² lackierte Fläche
  • Gut – Schlecht, i.O. – n.i.O.
  • Schulnoten sehr gut, gut, befriedigend usw.
  • Blau – Grün – Gelb usw.

Attributive Daten folgen zwei unterschiedlichen (mathematischen) Verteilungen – Der Binomial – Verteilung oder der Poisson – Verteilung.

Arten von SPC – Regelkarten / Qualitätsregelkarten

Es gibt zahlreiche Arten von Karten je nach verwendeter statistischer Kenngröße und Datenart. Hier sind einige, häufig anzutreffende Arten aufgezählt. Je nach Aufgabenstellung werden diese kombiniert verwendet. Man spricht dann von zweispurigen bzw. mehrspurigen Qualitätsregelkarten.

Qualitätsregelkarten für stetige Daten

  • I-Karte (Einzelwert einer Stichprobe)
  • Xquer-Karte (Mittelwert einer Stichprobe)
  • CUSUM-Karte (gleitender Mittelwert von Stichproben)
  • R-Karte (Spannweite einer Stichprobe)
  • MR-Karte (gleitende Spannweite von Stichproben)
  • S-Karte (Standardabweichung einer Stichprobe)

Qualitätsregelkarten für attributive Daten

  • C-Karte (Anzahl Fehler oder Ereignisse in Stichprobe mit konstante Größe, C = counts)
  • U-Karte (Anteil Fehler oder Ereignisse in Stichprobe mit variabler Größe, U = unit)
  • NP-Karte (Anzahl fehlerhafter Einheiten in Stichprobe mit konstanter Größe, NP = number of proportions)
  • P-Karte (Anteil fehlerhafter Einheiten in Stichprobe mit variabler Größe , P = proportions)

Pre-Control Regelkarte

Alle Regelkarten benötigen Daten aus einem Vorlauf als Berechnungsbasis. Dieser ist häufig zeitaufwendig oder nur eingeschränkt durchführbar. Vor diesem Hintergrund ist die Pre-Control-Regelkarte entwickelt worden – ein interessanter, wenn auch teilweise umstrittener Ansatz.

SPC-Qualitätsregelkarten erstellen

Shewhart entwickelte zur Prozessüberwachung sogenannte control charts (dt. Qualitätsregelkarten) als einfaches Werkzeug um vor Ort die Prozesse im gewünschten Soll-Fenster zu überwachen und zu halten. Er definierte dazu – ausgehend von der Prozessmittellage – die idealerweise mit der Toleranzmittellage übereinstimmt –  und der Prozessstreuung  sogenannte Warngrenzen und Eingriffsgrenzen.Üblicherweise werden die Warngrenzen mit einem Abstand von +/- 2sigma, die Eingriffsgrenzen mit einem Abstand von +/- 3sigma ausgehend von der Prozessmittellage definiert.

Damit umfasst die Warngrenze ca. 95%, die Eingriffsgrenze bei ca. 99,7% der erwarteten Streuung. Liegt ein Messwert ausserhalb der Grenzen, ist diese Überschreitung sehr wahrscheinlich durch eine Prozessveränderung bedingt.

SPC – Massnahmen – Out of Control Actions

Wird eine Warn- oder gar Eingriffsgrenze überschritten, müssen sofort Massnahmen zur Überprüfung der Prüfergebnisse und  out-of-control-actions (OOCA) zur Wiedererreichung der Prozessstabilität eingeleitet werden.
Diese sollten VORHER definiert, kommuniziert und geübt worden sein. Erst im Abweichungsfall darüber nachzudenken, ist viel zu spät!

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