Design for Six Sigma - Kundenorientierte Produkte und Prozesse fehlerfrei entwickeln

 

 

 

von: Jürgen Gamweger, Oliver Jöbstl, Manfred Strohrmann, Wadym Suchowerskyj

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2009

ISBN: 9783446420625 , 610 Seiten

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Design for Six Sigma - Kundenorientierte Produkte und Prozesse fehlerfrei entwickeln


 

Inhalt

6

1 Grundlagen vonDesign for Six Sigma – DFSS

18

1.1 Strategische Rahmenbedingungen und Herausforderungen

18

1.2 Was erreicht DFSS?

18

1.2.1 Fehlerfreie, robuste und zuverlässige Produkte

19

1.2.2 Marktvorteile durch konsequenteKundenorientierung

20

1.2.3 Entwicklungsprozesse mit hoher Ressourceneffizienz

20

1.2.4 Nachhaltige Innovationsleistungen durch tiefgehendes Produktwissen

21

1.3 Entwicklung von Six Sigma und DFSS

22

1.3.1 Historische Entwicklung von Six Sigma

22

1.3.2 Zusammenfassung der Six-Sigma-Kerninhalte

22

1.3.3 Entstehung und Betrachtungsweisen von DFSSinnerhalb des Six Sigma-Ansatzes

27

1.4 DFSS-Modell

31

1.4.1 Ziele von DFSS (Zielebene)

31

1.4.2 Prinzipien von DFSS (strategische Ebene)

33

1.4.3 Anwendung von DFSS (Prozessebene)

37

1.5 Zusammenfassung

40

1.6 Verwendete Literatur

40

2 Voice of the Customer – VOC

42

2.1 Zielsetzung

42

2.2 Einordnung von VOC in denProduktentstehungsprozess

43

2.3 Grundbegriffe

44

2.3.1 Klassifizierung von Kundenanforderungen

44

2.3.2 Qualität ersten und zweiten Grades

45

2.3.3 Das Kano-Modell

45

2.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

47

2.4.1 Kunden und Markt identifizieren

47

2.4.2 Kundenanforderungen erheben

49

3 Quality Function Deployment – QFD

64

3.1 Zielsetzung

64

3.2 Einsatz von QFD im Produktentstehungsprozess

65

3.2.1 QFD-Ansätze

65

3.2.2 Einordnung der QFD-Phasenmodellein den Produktentstehungsprozess

67

3.3 Grundbegriffe

69

3.3.1 Prinzip der Kundenorientierung

69

3.3.2 Prinzip der Teamarbeit

70

3.3.3 Prinzip des systematischen Vorgehens

70

3.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

71

3.4.1 Vorgehensweise im House of Quality 1

71

3.4.2 Vorgehensweise im House of Quality 2

84

3.4.3 House of Quality 3: Prozess-QFD

87

3.5 Praxisbeispiel Temperatursensor

89

3.5.1 Einordnung des Temperatursensors im QFD-Phasenmodell

89

3.5.2 Messbarkeit von Anforderungen(Raum 1 der QFD-Matrix)

90

3.5.3 Benchmarking (Raum 2)

91

3.5.4 Ermittlung der Korrelationen (Raum 4)

92

3.5.5 Auszug aus dem Dach der QFD-Matrix (Raum 7)

94

3.5.6 Ableitung von Zielwerten (Raum 6)

95

3.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

95

3.7 Verwendete Literatur

96

4 Generieren von Konzeptalternativen

98

4.1 Zielsetzung

98

4.2 Einordnung der Generierung vonKonzeptalternativen in den Produktentstehungsprozess (PEP)

99

4.3 Grundlagen der kreativen Problemlösung

100

4.4 Vorgehen bei der Anwendung

101

4.4.1 Recherchierende Methoden

101

4.4.2 Intuitive Methoden

104

4.4.3 Diskursive Methoden

110

4.4.4 Die TRIZ-Methoden

112

4.5 Praxisbeispiel

123

4.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

126

4.7 Verwendete Literatur

126

5 Bewertung von Konzeptalternativen

128

5.1 Zielsetzung

128

5.2 Einordnung der Bewertung vonKonzeptalternativen in den Produktentstehungsprozess

128

5.3 Grundbegriffe

130

5.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

132

5.4.1 Intuitive Methoden

132

5.4.2 Pugh-Matrix

134

5.4.3 Priorisierungsmatrix

137

5.5 Praxisbeispiel Temperatursensor

138

5.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

142

5.7 Verwendete Literatur

142

6 Design for Manufacture and Assembly –DFMA

144

6.1 Zielsetzung

144

6.2 Einordnung der DFMAin denProduktentstehungsprozess

144

6.3 Grundbegriffe

146

6.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

151

6.4.1 Bildung des Teams

151

6.4.2 Darstellung der Produktstruktur

151

6.4.3 Erarbeitung des Prozessgraphen

152

6.4.4 Analyse von kritischen Prozessschritten

154

6.4.5 Ableitung und Umsetzungvon Verbesserungsmaßnahmen

155

6.5 Praxisbeispiel Temperatursensor

155

6.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

158

6.7 Verwendete Literatur

159

7 Fehlermöglichkeits- und-einflussanalyse – FMEA

160

7.1 Zielsetzung

160

7.2 Einordnung der FMEA in den Produktentstehungsprozess

160

7.3 Grundbegriffe

162

7.3.1 Artender FMEA

162

7.3.2 Inhalte der FMEA

163

7.3.3 Das FMEA-Team

164

7.3.4 Abgrenzung zur Fehlerbaumanalyse (FTA)

165

7.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

165

7.4.1 Vorbereitung und Planung

165

7.4.2 Strukturanalyse

166

7.4.3 Funktionsanalyse

166

7.4.4 Fehleranalyse

167

7.4.5 Maßnahmenanalyse und Risikobewertung

168

7.4.6 Realisierung/Optimierung

172

7.4.7 Prozess-FMEA

174

7.5 Praxisbeispiel Temperatursensor

176

7.5.1 Strukturanalyse

176

7.5.2 Funktionsanalyse

176

7.5.3 Fehleranalyse

177

7.5.4 Maßnahmenanalyse und Risikobewertung

178

7.5.5 Realisierung/Optimierung

179

7.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

180

7.7 Verwendete Literatur

180

8 Design Review Based on Failure Mode –DRBFM

182

8.1 Zielsetzung

182

8.2 Einordnung der DRBFM in den Produktentstehungsprozess

183

8.3 Grundbegriffe

185

8.3.1 Die GD3-Philosophie

185

8.3.2 Rollen der DRBFM

187

8.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

187

8.4.1 Plausibilitätsprüfung der Anforderungen

188

8.4.2 Funktionsanalyse des Produktes

188

8.4.3 Definition der expliziten und impliziten Designänderungen

189

8.4.4 Erarbeitung potenzieller Probleme (Concern Points)

190

8.4.5 Problemanalyse

190

8.4.6 Beschreibung der Auswirkung

192

8.4.7 Ausarbeitung des bestmöglichen Designs

192

8.4.8 Design-Review

193

8.5 Praxisbeispiel Temperatursensor

194

8.5.1 Ausgangssituation (Plausibilitätsprüfung)

194

8.5.2 Funktionsanalyse des Produktes

194

8.5.3 Definition der expliziten und impliziten Designänderungen

195

8.5.4 Erarbeitung potenzieller Probleme

198

8.5.5 Problemanalyse

198

8.5.6 Beschreibung der Auswirkungen

200

8.5.7 Ausarbeitung des bestmöglichen Designs

200

8.5.8 Design-Review

201

8.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

202

8.7 Verwendete Literatur

203

9 Grundlagen der Statistik

204

9.1 Zielsetzung

204

9.1.1 Ziele derWahrscheinlichkeitsrechnung

204

9.1.2 Ziele der beschreibenden Statistik

204

9.1.3 Ziele der beurteilenden Statistik

204

9.2 Einordnung der Statistik in den Produktentstehungsprozess

205

9.3 Daten- und Messtypen

206

9.4 Wahrscheinlichkeitsrechnung

207

9.4.1 Begriff der Zufallsvariable

207

9.4.2 Diskrete Zufallsvariablen und Verteilungen

208

9.4.3 Stetige Zufallsvariablen und Verteilungen

210

9.4.4 Wichtige Kennwerte von Verteilungen

211

9.4.5 Spezielle diskrete Verteilungen

212

9.4.6 Zusammenfassung von wichtigen diskreten Verteilungen

215

9.4.7 Spezielle stetige Verteilungen

217

9.4.8 Prüfverteilungen

221

9.5 Beschreibende Statistik

229

9.5.1 Häufigkeitsverteilung, Histogramm

229

9.5.2 Lagekennwerte einer Stichprobe

231

9.5.3 Streuungswerte einer Stichprobe

233

9.5.4 Schiefe oder Symmetrie einer Stichprobe

235

9.5.5 Aufbereitung von Stichprobenergebnissen mittels Box-Plot

237

9.6 Beurteilende Statistik

238

9.6.1 Schätzung von Parametern einer Grundgesamtheit

238

9.6.2 Zentraler Grenzwertsatz

239

9.6.3 Berechnung von Konfidenzintervallen

240

9.6.4 Wahrscheinlichkeitsnetz

245

9.7 Beispiel

247

9.8 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

249

9.9 Verwendete Literatur

250

10 Hypothesentests

252

10.1 Zielsetzung von Hypothesentests

252

10.2 Einordnung der Hypothesentests in den Produktentstehungsprozess

253

10.3 Wichtige Grundlagen

254

10.3.1 Grundlagen von statistischen Tests

254

10.3.2 Der P-Wert

262

10.3.3 Einfaktorielle Varianzanalysen

263

10.3.4 Zweifaktorielle Varianzanalysen

266

10.4 Durchführung von Hypothesentests

269

10.4.1 Auswahl des Tests

269

10.4.2 Planung des Tests

277

10.4.3 Durchführung des Tests und Interpretationder Ergebnisse

278

10.5 Zusammenfassung

281

10.6 Verwendete Literatur

282

11 Korrelations- und Regressionsanalysen

284

11.1 Zielsetzung

284

11.2 Einordnung der Methode in den Produktentstehungsprozess

285

11.3 Vorgehensweise bei der Anwendung

285

11.3.1 Daten sichten und aufbereiten

286

11.3.2 Korrelationsanalyse

292

11.3.3 Auswahl des Regressionsmodells und Modellierung

296

11.3.4 Modell überprüfen

305

11.3.5 Optimierung

311

11.4 Praxisbeispiel Feuchtesensor

312

11.4.1 Daten sichten und aufbereiten

312

11.4.2 Durchführung der Regressionsrechnung

314

11.4.3 Modell überprüfen

315

11.4.4 Optimierung

318

11.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

319

11.6 Verwendete Literatur

319

12 Modellbildung von Systemen

320

12.1 Zielsetzung

320

12.2 Einordnung der analytischen Modellbildung in den Produktentstehungsprozess

320

12.3 Grundbegriffe

321

12.3.1 Systembegriff und Systemeigenschaften

321

12.3.2 Systemgrenzen und Systemumgebung

323

12.3.3 Zustand und Zustandsgrößen eines Systems

324

12.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

326

12.4.1 Definition des Modellzweckes

326

12.4.2 Beschreibung des Systems mit Wirkungsgraphen

327

12.4.3 Entwicklung des Simulationsmodells

329

12.4.4 Bestimmung der Größe von Systemparametern

337

12.4.5 Durchführung der Simulation mit bekannten Parametern und Verifizierung

338

12.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

339

12.6 Verwendete Literatur

339

13 Design of Experiments – DoE

340

13.1 Zielsetzung

340

13.2 Einordnung von DoE in den Produktentstehungsprozess

341

13.3 Grundbegriffe

343

13.3.1 Mathematische Modellierung

343

13.3.2 Prinzipien von DoE

345

13.3.3 Orthogonale und balancierte Versuchspläne

347

13.3.4 „One Factor at a Time“-Versuchspläne

348

13.3.5 Vollfaktorielle Versuchspläne

350

13.3.6 Teilfaktorielle Versuchspläne

353

13.3.7 Blockbildung und Randomisierung

357

13.3.8 Response Surface Design

359

13.3.9 Box-Behnken-Versuchspläne

363

13.3.10 D-optimale Versuchspläne

364

13.3.11 Taguchi-Versuchspläne für Robustheitsanalysen

366

13.3.12 Auswertung von Versuchsplänen

371

13.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

379

13.4.1 Durchführung einer Systemanalyse

380

13.4.2 Wahl des Versuchsdesigns

380

13.4.3 Planung/Bereitstellung von Ressourcen

381

13.4.4 Versuchsdurchführung

382

13.4.5 Datenanalyse

382

13.4.6 Ergebnisbestätigung

383

13.5 Praxisbeispiel

383

13.5.1 Durchführung der Systemanalyse

383

13.5.2 Wahl des Versuchsdesigns

384

13.5.3 Datenanalyse

386

13.5.4 Ergebnisbestätigung

387

13.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

388

13.7 Verwendete Literatur

389

14 Optimierungund Robustheitsanalysenmittels Simulation

390

14.1 Ziele der Optimierung und Robustheitsanalyse mittels Simulation

390

14.2 Einsatz der Simulation im PEP

391

14.3 Wichtige Grundlagen der Simulation

392

14.3.1 Grundbegriffe der Simulation

392

14.3.2 Abgrenzung Sensitivitätsanalyse, Optimierungund Robustheitsbewertung

394

14.3.3 Einführung in Optimierungsverfahren

395

14.3.4 Deterministische Optimierungsverfahren

396

14.3.5 Stochastische Optimierungsverfahren

401

14.3.6 Verfahren der Robustheitsanalyse oder Störvariablenexperimente

405

14.3.7 Robuste Optimierung

410

14.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

411

14.4.1 System- und Parameterbeschreibung

411

14.4.2 Aufbau des Simulationsmodells

411

14.4.3 Durchführung der Sensitivitätsanalyse

412

14.4.4 Optimierung

412

14.4.5 Robustheitsbewertung

412

14.5 Praxisbeispiel Simulation

413

14.5.1 System- und Parameterbeschreibung, Aufbau Simulationsmodell

413

14.5.2 Sensitivitätsanalyse

417

14.5.3 Optimierung

419

14.5.4 Robustheitsanalyse

429

14.5.5 Schlussfolgerungen und Ausblick

433

14.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

434

14.7 Verwendete Literatur

435

15 Messsystemanalysen (MSA)

438

15.1 Zielsetzung

438

15.2 Einordnung der MSA in den Produktentstehungsprozess

440

15.3 Grundbegriffe

441

15.3.1 Messsystem

441

15.3.2 Kalibrieren, Eichen, Justieren

442

15.3.3 Ansprechschwelle, Auflösung

442

15.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

444

15.4.1 Überprüfung der systematischen Messabweichung (Verfahren 1)

446

15.4.2 Untersuchung der Linearität (Verfahren 4)

450

15.4.3 Bewertung eines Messsystems bezüglich Streuverhalten unter Einfluss des Prüfers (Verfahren 2)

453

15.4.4 Bewertung eines Messsystems bezüglich Streuverhalten ohne Einfluss des Prüfers (Verfahren 3)

463

15.4.5 Bewertung eines Messsystems bezüglich seines Langzeitverhaltens (Verfahren 5)

467

15.4.6 Prüfung der Fähigkeit attributiver Prüfprozesse (Verfahren 6)

469

15.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

475

15.6 Verwendete Literatur

475

16 Statistische Prozesslenkung – SPC

476

16.1 Zielsetzung

476

16.2 Einordnung von SPC in den Produktentstehungsprozess

477

16.3 Grundbegriffe

478

16.3.1 Prozessbeherrschung, Prozessfähigkeit

478

16.3.2 Prozesstypen nach DIN 55319

480

16.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

481

16.4.1 Festlegung des Merkmals und der Messeinrichtung

481

16.4.2 Auswahl des Regelkartentyps

481

16.4.3 Festlegung des Stichprobenumfanges n

483

16.4.4 Festlegung des Stichprobenentnahmeintervalls

488

16.4.5 Durchführung eines Vorlaufes, Bestimmung des Prozesstyps

489

16.4.6 Berechnung der Eingriffsgrenzen

490

16.4.7 Erstellung eines Reaktionsplans

493

16.4.8 Führen und Auswerten der Regelkarte

493

16.5 Praxisbeispiel

494

16.5.1 Weiterführende Betrachtungen mithilfe von QS Stat®

497

16.5.2 Ergebnisdarstellung in Minitab®

502

16.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

502

16.7 Verwendete Literatur

503

17 Prozessfähigkeitsuntersuchungen

504

17.1 Ziel von Prozessfähigkeitsuntersuchungen

504

17.2 Einordnung von Prozessfähigkeit in den Produktentstehungsprozess

504

17.3 Grundbegriffe

506

17.3.1 Maschinenfähigkeit, Prozessfähigkeit,Prozessleistung

506

17.3.2 Prozessfähigkeitskennzahlen

506

17.3.3 Vertrauensbereich von Prozessfähigkeitskennwerten

509

17.3.4 Maschinenfähigkeitskennzahlen

510

17.3.5 Berechnung des Sigma-Niveaus

510

17.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

513

17.4.1 Erfassung der Prozessdaten

513

17.4.2 Untersuchung der Prozessstabilität

515

17.4.3 Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung

515

17.4.4 Berechnung der Fähigkeitskennwerte für stabile Prozesse

516

17.4.5 Berechnung der Fähigkeitskennwerte für nicht stabile Prozesse

518

17.5 Praxisbeispiel

520

17.5.1 Erfassen der Prozessdaten, Untersuchungsdauer

520

17.5.2 Untersuchung der Prozessstabilität, Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung

520

17.5.3 Ermittlung der Fähigkeitskennwerte(nicht stabile Prozesse)

521

17.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

524

17.7 Verwendete Literatur

525

18 Toleranzanalyse

526

18.1 Zielsetzung

526

18.2 Einordnung der Toleranzanalyse im Produktentstehungsprozess

527

18.3 Grundbegriffe

529

18.3.1 Wirkbeziehungen

529

18.3.2 Lineare Toleranzüberlagerung

530

18.3.3 Nicht lineare Toleranzüberlagerung

531

18.3.4 Worst-Case-Tolerierung

533

18.3.5 Statistische Tolerierung

533

18.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

533

18.4.1 Systemabgrenzung

533

18.4.2 Toleranzfestlegung/Toleranzkonzept

534

18.4.3 Verteilungsfunktion der Eingangsgrößen

534

18.4.4 Identifikation des Wirkzusammenhanges

535

18.4.5 Verteilungsfunktion der Ausgangsgröße y

536

18.4.6 Toleranzanpassung

545

18.4.7 Statistische Überwachung der Eingangsgrößen

548

18.5 Praxisbeispiel Temperatursensor

548

18.5.1 Systemabgrenzung

548

18.5.2 Toleranzen und Verteilungsform der Eingangsgrößen

549

18.5.3 Identifikation des Wirkzusammenhanges

550

18.5.4 Bestimmung des Toleranzbereiches der Ausgangsgröße

550

18.5.5 Toleranzanpassung

551

18.5.6 Ausblick

552

18.6 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

553

18.7 Verwendete Literatur

553

19 Reliability Engineering –Zuverlässigkeitsanalysen

554

19.1 Zielsetzung von Reliability Engineering

554

19.2 Einsatz von Reliability Engineering im Produktentstehungsprozess

555

19.3 Wichtige Grundlagen

556

19.3.1 Grundbegriffe der Zuverlässigkeitsuntersuchung

556

19.3.2 Testbeschleunigung, Testraffung

559

19.3.3 Testverfahren für die Zuverlässigkeitsanalyse

561

19.3.4 Weibull-Theorie

564

19.4 Vorgehensweise bei der Anwendung

569

19.4.1 Festlegung der Zuverlässigkeitsziele

569

19.4.2 Design for Reliability

571

19.4.3 Erstellung von Zuverlässigkeitstestplänen

572

19.4.4 Durchführung von Zuverlässigkeitstests

576

19.4.5 Evaluierung, Analyse und Bewertung

577

19.5 Zusammenfassung und Erfolgsfaktoren

578

19.6 Verwendete Literatur

579

20 Umsetzungvon DFSS im Unternehmen

580

20.1 Strategische Gesichtspunkte

580

20.2 Umsetzungvon DFSS am Beispiel Bosch

582

20.2.1 Rahmenbedingungen

582

20.2.2 Die Rolle von DFSS in der Produktentwicklung

583

20.2.3 Einzelheiten der Umsetzung von DFSS bei Bosch

584

20.3 Zusammenfassung

588

Abkürzungen

590

Literatur

593

Register

597

Die Autoren

605

Die Co - Autoren

609