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Forschung für die Praxis • Band 44
Berichte aus dem
Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR)
und dem Lehrstuhl und Institut
für Arbeitswissenschaft (IAW)
der Rheinisch-Westfälischen
Technischen Hochschule Aachen
Herausgeber:
Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. R. Hackstein
G. Conrads
Integration
der Qualitätsbeurteilung
in die Fertigungstätigkeit
Mit 44 Abbildungen und 21 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg NewYork
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest
Dipl.-Ing. Gerd Conrads
Lehrstuhl und Institut tür Arbeitswissenschaft der Rheinisch-Westfäli
schen Technischen Hochschule Aachen
Univ.-Prof. em. Dr.-lng. Rolf Hackstein
Bis zu seiner Emeritierung am 30.6.90 Inhaber des Lehrstuhls und Di
rektor des Instituts für Arbeitswissenschaft, Direktor des Forschungs
instituts für Rationalisierung an der Rheinisch-Westfälischen Techni
schen Hochschule Aachen
D 82 (Diss. TH Aachen)
Entwicklung und Erprobung eines arbeitswissenschaftlich geleiteten Vor
gehensmodells zur Integration der Qualitätsbeurteilung in die Ferti
gungstätigkeit
ISBN 978-3-540-55303-8 ISBN 978-3-642-51131-8 (eBook)
001 10.1007/978-3-642-51131-8
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© Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 1992
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die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung
hinzuzuziehen.
Gesamtherstellung:
60 / 3020-543210
Vorwort des Herausgebers
Die Mechanisierung und Automatisierung der industriellen Produktion hat in den
vergangenen Jahren weiter ständig zugenommen. Begriffe wie "Flexible Fertigungs
systeme" , "Robotereinsatz" oder "CNC-Maschinen" sind einige Deskriptoren dieser
Entwicklung. Mit steigender Komplexität der eingesetzten Anlagen, Maschinen und
Verfahren erhöhen sich auch die Anforderungen an die Organisation des Zusammen
wirkens von Mensch, Betriebsmittel und Material. Die Beherrschung und Verbesserung
dieser Ablauforganisation wird mehr und mehr zum entscheidenden Faktor für einen
erfolgreichen Einsatz moderner Produktionstechnologien.
Die Ablauforganisation in den Fabriken der Zukunft wird vom Einsatz der Information
stechnik geprägt sein. Einen der Anwendungsschwerpunkte der Informationstechnik in
der Ablauforganisation von Produktionsbetrieben bildet der Einsatz von Informations
systemen für die Planung und Steuerung von Produktionsabläufen einschließlich des
Transportes und der Lagerung.
Der Erfolg solcher Informationssysteme ist in besonderem Maße davon abhängig, wie
gut es gelingt, bei der Entwicklung und beim Einsatz der Systeme gleichermaßen sowohl
die technisch-organisatorischen als auch die humanen (arbeitswissenschaftlichen) Aspekte
zu berücksichtigen. Während sich die technologische Entwicklung nämlich auf dem
Hardware-Sektor äußerst rasant vollzieht, ist zu beachten, daß zwischen der durch die
Hardware gebotenen Möglichkeiten und der durch entsprechende Anwendungen eine
immer größere Lücke entsteht, die als "Software-Lücke" bezeichnet wird.
Erfolge beim betrieblichen Einsatz können weiterhin aber auch nur dann erreicht
werden, wenn der Mensch die oben genannten Informationssysteme akzeptiert. Das aber
gelingt nur, wenn der Mensch die sich ergebenden Veränderungen positiv bewältigen
kann. Da bisher zu wenig Beweglichkeit, Einfallsreichtum und Flexibilität bei der
Entwicklung neuer Bedingungen für die Gestaltung der Arbeitszeit, des Arbeitsplatzes,
des Arbeitskräfteeinsatzes, der Arbeitsorganisation und ähnlichem festzustellen ist, zeigt
sich hier eine zweite, immer größer werdende Lücke, die vielfach als "Akzeptanzlücke"
bezeichnet wird und die in ihren negativen Auswirkungen der "Software-Lücke"
sicherlich nicht nachsteht.
Darüber hinaus ist es heute im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit von Neuen
Technologien noch allzu häufig üblich, daß man unter der Forderung nach "geringeren
Kosten" vorzugsweise "geringere Produktionskosten" und unter "höherer Leistung"
vorzugsweise "höhere menschliche Anstrengungen" versteht. Es erhebt sich aber vor
dem Hintergrund der Massenarbeitslosigkeit die Frage, inwieweit man heute Neue
Technologien als Ersatz für Alte Technologien vorzugsweise durch Reduzierung der
Personalkosten anstreben muß und man höhere Leistung vorzugsweise nur durch
Erhöhung der menschlichen Anstrengung erreichen kann.
Industrielle Führungskräfte sollen hingegen wissen, daß gerade die mit dem Begriff des
Computers verbundenen Neuen Technologien so gestaltbar sind, daß dem Menschen
nicht höhere Anstrengungen zugemutet wird, sondern der Computer die Arbeit des
Menschen so unterstützen kann, daß das Leistungsergebnis - und darauf kommt es ja
an - verbessert wird. Es ist folglich zu prüfen, welche Neuen Technologien geeignet
sind, sowohl die Wirtschaftlichkeit zu steigern, als auch den Personalfreisetzungseffekt
zu vermeiden.
Die Arbeiten der beiden vom Herausgeber bis 1990 geleiteten Institute, des Forschungs
institutes für Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen und des Lehrstuhls und
Institutes für Arbeitswissenschaft (IA W) der RWTH Aachen, sind vor diesem
Hintergrund darauf gerichtet, Beiträge zur Schließung der angezeigten Lücken und zur
Realisierung der genannten Forderungen zu leisten. Zur Umsetzung gewonnener
Erkenntnisse wird die Schriftenreihe "FIR-IAW -Forschung für die Praxis" her
ausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Die bisher erschienenen Titel
sind am Schluß dieses Bandes aufgeführt.
Dem Verfasser danke ich für die geleistete Arbeit, dem Verlag für die Aufnahme dieser
Schriftenreihe in sein Programm und allen anderen Beteiligten für ihren Beitrag zum
Gelingen des Bandes.
Rolf Hackstein
Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung ••..•...•.....•.......••...•••.••....••..•••.....••...•........ 1
2. Arbeitswissenschaftliche Grundlagen und
Gestaltungsfeld ...............•...••.............•...................... 6
2.1 Ganzheitliche Arbeitsgestaltung .................................................. 6
2.1.1 Systembegriff. Systemmodelle ........................................ 6
2.1.2 Handlungsregulationstheorie .......................................... 8
2.1.3 Heuristische Vorgehensweise ....................................... 11
2.2 Kennzeichnung der Situation im für die Schmiedeindustrie repräsen-
tativen Problemfeld der Ringfertigung ........................................ 12
3. Arbeitswissenschaftliches Verständnis des Qualitäts-
begriffes .•.•.......................•.......••.....•.....••••........... 17
3.1 Qualitätsstrategien ............................................................... 21
3.2 Qualitäts-und Persönlichkeitsförderung ...................................... 25
3.2.1 Identifikation qualitätsf6rderlicher Prinzipien ..................... 27
3.2.2 Technische Komponenten zur Qualitätsförderung ., .............. 32
3.2.2.1 Optoelektronische Meßsysteme .............................................. 33
3.2.2.2 Objektorientierte Analyse-und Programmiertechniken ................ 34
3.2.2.3 Standardschnittstellen zur Integration qualitlltsförderlicher
Einzelrnaßnahmen ............................................................... 35
3.2.3 Organisatorische Komponenten zur Qualitätsf6rderung am
Beispiel des Konzepts der Fertigungsinsel ........................ 39
3.3 Qualitätsbeurteilung ............................................................. 42
3.3.1 Beurteilung von Fertigungsprozessen .............................. 43
3.3.2 Qualitätsbeurteilung als Teilaufgabe der Fertigungstätigkeit
.......................................................................... 45
3.4 Quantifizierung von Qualitätswirkungen ...................................... 49
4. Ableitung eines heuristischen Vorgehensmodells zur
Integration der QualitätsbeurteiIung in die Fertigungs-
tätigkeit (VIQB) .......•....................•.....••.......•......... 53
4.1 Konzeption ....................................................................... 53
4.1.1 Erfahrungsprojekte ................................................... 58
4.1.2 Systemmodell der Qualitätswirkungen ............................. 59
4.2 Aufbau des Stufenmodells ...................................................... 61
4.2.1 1. Stufe: Globalziele ................................................ 61
4.2.2 2. Stufe: Situationsanalyse ......................................... 63
4.2.3 3. Stufe: Modellbildung ............................................ 66
4.2.4 4. Stufe: Gestaltungsalternativen .................................. 68
4.2.5 5. Stufe: Bewertung / Grobauswahl .............................. 71
4.2.6 6. Stufe: Prototyping / Feinauswahl .............................. 74
4.2.7 7. Stufe: Detaillierung von repräsentativen Maßnahmen
.......................................................................... 75
5. Exemplarische Anwendung zur qualitätsförderlichen
Gestaltung des Arbeitssystems -Ringwalzen- •••••.....••.••. 76
5.1 Ausgangssituation ............................................................... 76
5.2 Abschnitt I: Vorplanung ........................................................ 78
5.2.1 1. Stufe: Globalziele ................................................ 78
5.2.2 2. Stufe: Situationsanalyse und Informationsmodell ............ 82
5.2.3 3. Stufe: Zielsystem ................................................. 85
5.2.4 4. Stufe: GestaItungsaItemativen .................................. 86
5.2.5 5. Stufe: Bewertung / Grobauswahl .............................. 91
5.3 Abschnitt 2: Realisierungsplanung ............................................ 97
5.3.1 6. Stufe: Prototyping / Feinauswahl .............................. 97
5.3.1.1 I.TeiImaßnahme: Entwicklung einer berührungslosen
Stahlring-Meßeinrichtung .................................................... 98
5.3.1.2 II.TeiImaßnahme: Gestaltung eines aufgabenorientierten
Qualitätsleitstandes ............................................................. 102
5.3.1.3 III.TeiImaßnahme: Konzeptualisierung einer aufgaben.
orientierten Programmier· und Auswerteschnittstelle ................. 112
5.3.1.4 IV.Teilmaßnahme: Arbeitsorganisatorische Gestaltung des
Arbeitssystems .................................................................. 118
5.3.2 7. Stufe: Detaillierung .............................................. 123
6. Evaluation des Vorgehensmodells ............................. 125
7. Ausblick, Tendenzen .............................................. 130
8. Zusammenfassung .................................................. 131
9 Literaturverzeichnis ............................................... 133
Anhang ...................................................................... 148
Abkürzungsverzeichnis
AIF Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen
ANSI Arnerican National Standard Institute
APT Automatically Programming Tool
ASME Arnerican Society of Manufacturing Engineers
AuT Referat -Arbeit und Technik-des BMFT
AWF Ausschuß für wirtschaftliche Fertigung
AWK Aachener Werkzeugmaschinen Kolloquium
BDE Betriebsdatenerfassung
BMFT Bundesminister für Forschung und Technologie
CAD Computer Aided Design
CAM Computer Aided Manufacturing
CAP Computer Aided Planing
CAQ Computer Aided Quality
CASE Computer Aided Software Engineering
CIM Computer Integrated Manufacturing
CNC Computerized Numerical Control
DB Datenbank
D-BASE Programm-Name eines relationalen Datenbank-Systems
DBF Data-Base-File
DMIS Dimensional Measuring Interface Specification
EDV Elektronische Datenverarbeitung
ERM Entity-Relationship-Model
EG Europäische Gemeinschaft
FEM Finite Elemente Methode
FI Fertigungsinsel
FMEA Fehler-, Möglichkeit- und Einfluß-Analyse (eingedeutscht,
eigentlich: Failure Mode and Effects Analysis)
HE Handlungselement
HLL High-Level-Language
IAW Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft der RWTI-I Aachen
IGES Initial Graphics Exchange Spezification
KMU Klein-und mittelständische Unternehmen
LME Lasermeßeinrichtung
MFU Maschinenfähigkeitsuntersuchung
NC Numerical Control
NCMES Numerical Controlled-Measuring and Evaluation System
OAS Operatives Abbildungssystem nach HACKER
OSF-MOTIF Open Software Foundation's Motif-Spezification
PFU Prozeßfähigkeitsuntersuchung
PDES Product Data Exchange Spezification
PPS Produktions-Planung und Steuerung
OAS Operatives Abbildungssystem
QS Qualitätssicherung
Q-TOP Programm-Name
QFD Quality-Function-Deployment
REFA Verband für Arbeitsstudien und Betriebsorganisation
RHIA Regulationsbehinderung in der Arbeitstätigkeit (Arbeitswissen
schaftliches Bewertungsverfabren
SPC Statistical Process Control
STARIMES Bezeichnung Stahlring-Meßeinrichtung
STEPS Standard for the Exchange of Product Model Data
VDA Verband Deutscher Automobilindustrie
VDAFS VD A -Flächenschnittstelle
VERA Verfahren zur Ermittlung von Regulationserfordernissen in der
Arbeitstätigkeit
VIQB Vorgehensmodell zur Integration der Qualitätsbeurteilung in die
Fertigungstätigkeit
-1-
1. Einleitung
Der Qualität von Produkten sowie deren Sicherung und Förderung in allen Stufen des
Auftragsdurchlaufes, die sich über die gesamte Betriebsorganistion erstrecken (vgl.
AUGE 1989, S. 639), kommt bei der Definition einer Unternehmensstrategie eine immer
stärkere Bedeutung zu. Gründe hierfür liegen beispielsweise in der Veränderung des
Kostenbewußtseins in der Fertigung von Qualitätsprodukten innerhalb eines
Unternehmens und in der durchgängigen Notwendigkeit, Qualitätsprodukte an
Weiterverarbeiter und Endabnehmer zu liefern. Qualität soll nicht mehr, wie insbesondere
bei der Fließfertigung üblich, im nachhinein geprüft und kontrolliert werden, sondern als
Forderung an die Fertigungstätigkeit über den gesamten Produktentstehungsprozeß ge
stellt werden (SAUERWEIN 1991, S. 32).
Beispiele hierfür sind die Forderungen von Auftraggebern nach Institutionalisierung von
Strategien und dem Einsatz von Verfahren oder Methoden wie Konstruktions- und
Fertigungs-FMEA (Fehler-Möglichkeit-und Einflußanalyse) (VDA 1986), QFD (Quality
Function-Deployment) (FREHR.1988, S. 797), das SHAININ-Verfahren und die
TAGUCHI-Methode (SONDERMANN, LEIST 1989, S. 656). Zur Erfüllung dieser
Forderungen innerhalb der Fertigung müssen diese Aufgaben als Teile der
Fertigungstätigkeit einbezogen und das Know-how der Qualitätssicherung an die
einzelnen Mitarbeiter übertragen werden, um aus der Sicht der Mitarbeiter Qualität
fertigen zu können.
Auch die Qualitätsphilosophie nimmt Abstand vom reinen "Prüfen" hin zur Beseitigung
von Fehlleistungen möglichst nahe am Entstehungsort. Hieraus läßt sich folgende
Aussage ableiten: ,,Fehler müssen in allen Phasen der Entstehung des Produktes vermie
den werden und Qualitätsdaten müssen in den Produktionsprozeß zurückgeführt wer
den." (JAHN 1988, S. 12).
Insbesondere durch steigende Automatisierung und Flexibilisierung in der weiterverarbei
tenden Industrie sind auch deren Zulieferer zunehmend gezwungen, in erheblichem Maße
Anstrengungen zur Lieferung fehlerfreier Produkte zu unternehmen (HERBERTZ 1991).
Als typische Zulieferbranche mit dem Lieferschwerpunkt von 75% der Produktion im
Fahrzeugbau (SAUERWEIN 1991, S. 32) ist die Schmiedeindustrie stark von den
aktuellen Lieferbedingungen ihrer Abnehmer abhängig. Fehlerhafte Teile fUhren hier z.B.
bei automatisierten Materialführungs- und Spannsystemen oft nicht nur zu
Ausschußteilen, sondern aufgrund der Verkettung von Produktionssystemen unter
Umständen auch zum Stillstand ganzer Systeme. Als Maßgröße hat sich die
Qualitätssystemrichtlinie FORD Q101 (1988) u.a. mit der Festlegung statistischer
Kenngrößen bei der statistischen Prozeßkontrolle SPC (Statistical Process Control) zur
Maschinen- (MFU) und Prozeßfähigkeitsuntersuchung (PFU) als Grundforderung im
Zulieferbereich durchgesetzt.
