Qualitätsmanagement: Wenn die Prüfung zum Engpass der Fertigung wird

Es ist 14:00 Uhr. Vier Bearbeitungszellen schließen ihre Lose fast gleichzeitig ab, genau nach Plan. Jedes Los braucht eine Maßprüfung auf der Koordinatenmessmaschine (KMM), bevor der nächste Arbeitsgang beginnen kann. Es gibt eine KMM, und jede Prüfung dauert 45 Minuten. Das letzte Los wird erst um 17:00 Uhr freigegeben – nachdem die zweite Schicht längst für etwas anderes gerüstet hat.

Qualitätsmanagement in der Fertigung ist das System, mit dem ein Werk sicherstellt, dass Produkte die Anforderungen erfüllen: Prüfungen planen, Prüfungen durchführen, entscheiden, was mit fehlerhaften Teilen passiert, und die Ursachen beheben. In diesem Beitrag geht es um den Teil, den Planer jeden Tag spüren: Die Prüfung ist eine Ressource mit Kapazität, und wenn sie voll ist, wartet Ihre schnellste Maschine.

Auch die Prüfung ist eine Maschine

Denken Sie an die Sicherheitskontrolle am Flughafen. Vier Flüge landen gleichzeitig, es gibt einen Scanner, und es spielt keine Rolle, wie schnell die Flugzeuge geflogen sind. Die Passagiere verlassen den Flughafen im Tempo der Kontrolle.

Mit der KMM ist es genauso. So sieht die Warteschlange um 14:00 Uhr aus:

• Los 1: wartet 0 min, fertig um 14:45 Uhr
• Los 2: wartet 45 min, fertig um 15:30 Uhr
• Los 3: wartet 90 min, fertig um 16:15 Uhr
• Los 4: wartet 135 min, fertig um 17:00 Uhr

Durchschnittliche Wartezeit: (0 + 45 + 90 + 135) ÷ 4 = 67,5 Minuten – für eine Prüfung, die 45 Minuten dauert. Die Zellen waren pünktlich fertig. Die Teile kamen nicht pünktlich weiter.

Hätte der Plan die Fertigstellungen um je 45 Minuten versetzt, läge die durchschnittliche Wartezeit bei null – mit genau denselben Maschinen und demselben Prüfer.

Warum eine „ausgelastete“ Prüfstation so viel Wartezeit erzeugt

Der Stau um 14:00 Uhr ist eine geplante Kollision. In der Praxis kommen Lose zufällig an, und ein zweiter Effekt setzt ein: Die Wartezeit explodiert, wenn sich die Station der Volllast nähert.

Ein einfaches Warteschlangenmodell aus dem Lehrbuch (eine Bedienstation, zufällige Ankünfte) zeigt den Verlauf. Die durchschnittliche Wartezeit beträgt ungefähr Auslastung ÷ (1 − Auslastung) × Prüfzeit. Bei einer Prüfung von 45 Minuten:

• Bei 50 % Auslastung: 1 × 45 = 45 Minuten Wartezeit
• Bei 80 % Auslastung: 4 × 45 = 180 Minuten
• Bei 90 % Auslastung: 9 × 45 = 405 Minuten, fast 7 Stunden

Die Kurve ist real, auch wenn die Formel nicht exakt passt. Der Schritt von 80 % auf 90 % Auslastung bringt nicht 10 % mehr Wartezeit. Er lässt sie auf mehr als das Doppelte steigen. Deshalb kann eine Prüfstation, die „im Durchschnitt freie Kapazität hat“, trotzdem der Grund sein, warum Aufträge zu spät ausgeliefert werden.

First Pass Yield: die versteckten 10 %

Die zweite Zahl, die jeder Planer kennen sollte, ist der First Pass Yield (FPY), die Erstausbeute: der Anteil der Teile, die jeden Schritt beim ersten Mal bestehen, ohne Nacharbeit oder Ausschuss.

Angenommen, ein Teil durchläuft drei Arbeitsgänge mit diesen Gutanteilen: 95 %, 97 % und 98 %. Jeder Wert sieht für sich gut aus. Zusammen:

0,95 × 0,97 × 0,98 = 0,903, also etwa 90 %.

Von 1.000 gestarteten Teilen laufen rund 903 glatt durch. Rund 97 brauchen Nacharbeit oder werden Ausschuss. Niemand sieht in irgendeinem einzelnen Bericht ein „10-%-Problem“, weil jeder Schritt seine eigene, gut aussehende Zahl meldet.

Wie Nacharbeit Bedarf vor dem Plan versteckt

Diese 97 Teile verschwinden nicht. Sie gehen zurück an eine Maschine, oft an den Engpass, und verbrauchen Zeit, die der Plan nie vorgesehen hat. Dauert jede Nacharbeit 6 Minuten an der Schleifmaschine, sind das 97 × 6 = 582 Minuten, fast 10 Stunden. Mehr als eine volle Schicht Kapazität, nach der niemand gefragt hat.

Der Plan zeigt die Schleifmaschine weiterhin mit 85 % Auslastung. Die tatsächliche Last ist höher, also rutscht der Rest der Woche, und man gibt dem Plan die Schuld. Die bessere Antwort: Erfassen Sie Nacharbeit als echte Arbeitsgänge mit echten Zeiten. Dann kennt der Plan sie, und Sie sehen, was sie kostet. Eine Feinplanung, die eine einzelne gemeinsam genutzte Ressource wie die KMM oder die Schleifmaschine berücksichtigt, behandelt der Beitrag zur Produktionsfeinplanung und – wenn viele Arbeitspläne dieselben Maschinen kreuzen – der Beitrag zur Feinplanung in der Werkstattfertigung.

Der FPY hängt auch mit den Anlagenkennzahlen zusammen. Der Qualitätsfaktor der Gesamtanlageneffektivität (OEE) ist dieselbe Idee für eine Maschine: Gutteile geteilt durch Gesamtteile.

Mythos: „Qualität bremst die Produktion“

Die Annahme: Die Prüfung ist die Bremse, die Produktion der Motor. Ungeplante Qualität bremst die Produktion. Geplante Qualität beschleunigt sie.

• Eine Prüfung, die als Arbeitsgang auf einer Ressource mit Kalender eingeplant ist, wird zu bekannten 45 Minuten.
• Eine Prüfung, die niemand eingeplant hat, wird zur überraschenden Warteschlange.
• Ein Fehler, der in der Wareneingangsprüfung auffällt, kostet eine Palette. Derselbe Fehler, der erst nach drei Bearbeitungsschritten auffällt, hat die Zeit von drei Maschinen verbraucht. Deshalb rechnet sich die Wareneingangsprüfung von Rohmaterial so schnell.

Vier praktische Maßnahmen

1. Nehmen Sie die Prüfung in den Arbeitsplan auf – als Arbeitsgang mit Zeit und Ressource.
2. Staffeln Sie die Ankünfte an gemeinsam genutzten Prüfstationen im Abstand von 30–45 Minuten.
3. Halten Sie die Prüfung unter Volllast, oder verlagern Sie einfache Prüfungen zum Maschinenbediener.
4. Verfolgen Sie den FPY je Produkt, nicht je Schritt.

Fällt ein Los durch, folgt sofort die Frage: „Welche anderen Lose haben dasselbe Material verwendet?“ Die Antwort liefert die Chargenrückverfolgbarkeit.

So sieht es in factory.online aus

In factory.online kann ein Prüfschritt ein Arbeitsgang im Arbeitsplan auf einer eigenen Ressource sein. So erscheint die KMM im kapazitätstreuen Gantt-Diagramm neben den vier Zellen, und die Kollision um 14:00 Uhr ist sichtbar, bevor sie passiert. Qualitätsprüfungen können ein Los sperren, Rückmeldungen zu Gutmenge und Ausschuss halten fest, was bestanden hat und was nicht, und Nacharbeit lässt sich als Arbeit im Plan einplanen.

BEEDIGIT verknüpft Qualitätsprüfungen, Gut- und Ausschussmengen sowie Rückverfolgbarkeitsdaten mit der Arbeit in der Fertigung. So steht bei der Fehleranalyse und der Freigabe von Mengen für den nächsten Arbeitsgang der Produktionskontext zur Verfügung.

Wenn Ihre schnellste Maschine ihre Nachmittage damit verbringt, auf eine Messung zu warten, buchen Sie eine Demo und bringen Sie den Plan dieser Woche mit.