Wie lässt sich die Erstmusterprüfung verbessern, optimieren und beschleunigen?

Die Erstmusterprüfung (FAI) ist ein extrem wichtiger Schritt des Fertigungsprozesses. Und es ist wichtig, dass das für die Qualitätskontrolle (QK) zuständige Team diese Phase der Prüfung beschleunigen kann, um das Hin und Her zwischen Entwurf und Herstellung einzuschränken. Dabei muss das QK-Team nicht nur alle Mängel korrekt erkennen, sondern auch relevante Daten, Messungen und Ergebnisse präsentieren, um die erkannten Probleme zu beheben.

Nur zu oft werden Qualitätsmanager als die Leute betrachtet, die Probleme suchen und finden – Informationen, die wir ganz offensichtlich lieber nicht hätten. Wenn sie aber dank der Einführung effektiver Hilfsmittel in der Lage wären, nicht nur die Fehler aufzudecken, sondern auch noch umsetzbare Lösungen zu finden, würde dies der Produktion helfen, schneller zum Erfolg zu gelangen, sodass die ersten Artikel ohne Verzögerung und Komplikationen ausgeliefert werden könnten.

Dieser Blog geht auf die Entwicklung neuer Technologien ein und beleuchtet ihr Potenzial, den Qualitätsmanagern die Arbeit zu erleichtern. Darüber hinaus wird erläutert, inwiefern die FAI die Etablierung eines stabilen Fertigungsprozesses ermöglicht, aus dem hochwertige, den Vorgaben entsprechende Teile hervorgehen, die exakt die Anforderungen der Kunden erfüllen.

WAS ist eine Erstmusterprüfung (FAI)?

Wie der Name schon sagt, erfordert eine FAI die vollständige Prüfung der Teile, bevor die Massenproduktion beginnt. Sie kommt in erster Linie bei neuen Produkten und Designs zum Einsatz und gewährleistet, dass die Entwurfsabsicht im Fertigungsprozess korrekt aufgegriffen wird. Darüber hinaus bildet sie die Grundlage für die Erstellung der Dokumente, aus denen die Kunden ersehen können, dass die im Vertrag und den Spezifikationen genannten Vorgaben erfüllt werden.

WARUM ist die FAI wichtig?

Die FAI zielt darauf ab, in der Fertigung auftretende Probleme aufzudecken und Fehler zu finden, bevor es teuer wird, sie zu beheben. Somit trägt die FAI dazu bei, die Anzahl an Reklamationen und die für die Nachbearbeitung anfallenden Kosten zu senken. Außerdem sorgt sie für mehr Kundenzufriedenheit und eine Steigerung der Profitabilität.

WARUM ist die FAI so schwierig?

Es ist nicht ganz einfach, neu entwickelte Teile einer FAI zu unterziehen. Da alle Merkmale gemessen und überprüft werden müssen, nimmt sie viel Zeit in Anspruch, insbesondere wenn die komplette FAI auf dem kontaktfreien Koordinatenmessgerät (CMM) durchgeführt wird. Wenn das CMM aufgrund von Engpässen, die durch die Kontrolle weniger wichtiger Merkmale verursacht werden, nicht verfügbar ist, beeinträchtigt dies sowohl die Teilequalität als auch die Produktionsvorlaufzeit und die Herstellungskosten.

Das Problem ist: Je mehr neue Teile es gibt (wie es bei neuen Programmen oft der Fall ist), desto mehr FAI müssen durchgeführt werden und desto mehr Zeit – und Personal – muss für den Betrieb des CMM zur Verfügung stehen, oftmals innerhalb von kurzer Zeit.

WIE vermeidet man Engpässe am CMM?

Das CMM kommt bei FAIs in sehr großem Maßstab zum Einsatz, weil es extrem genau ist. Tatsächlich ist es immer das Referenzmessinstrument der Wahl für Messtechniker gewesen. Diese erhebliche Nachfrage hat eine Kehrseite.

Denn das CMM muss nicht nur für die FAI neu in die Fertigung gehender Teile zur Verfügung stehen, sondern auch für die Durchführung aller anderen Prüfungen, insbesondere bei kritischen Maßen. Wenn Leistungskriterien und Toleranzen eng sind, setzen Messtechniker bevorzugt auf das CMM, um die wichtigsten Merkmale zu kontrollieren. Da es jedoch von Fachkräften programmiert und bedient werden muss und im Betrieb recht langsam ist, kann eine Anhäufung von Qualitätskontrollen zu massiven Engpässen führen, die den Fortgang des Fertigungsprozesses verlangsamen.

Daher ist die Zugänglichkeit des CMM essentiell, um die FAI kritischer Maße zu gewährleisten. Hierfür gibt es eine Lösung: Wenn man für weniger kritische Kontrollen ein anderes Messinstrument nutzt, dessen Handhabung einfacher und leichter zu erlernen ist, kann das Qualitätskontrollteam kostspielige Engpässe am CMM umgehen – und das CMM bleibt die erste Wahl für Merkmale mit hohen Toleranzen.

WIE wird eine FAI im Kontext der Globalisierung durchgeführt?

Auch die FAI geschieht heutzutage im Kontext der Globalisierung. Die Produkte bestehen aus Hunderten von Komponenten, die von unzähligen Unterauftragnehmern und Zulieferern gefertigt wurden – an den verschiedensten Standorten überall auf der Welt und mit Hilfe der unterschiedlichsten Fertigungsprozesse. Nach der Montage müssen alle Bauteile zusammenpassen und korrekt ausgerichtet sein, damit die Produkte gebrauchstauglich und frei von Mängeln sind, die ihre Leistung beeinträchtigen und ihre Effizienz ruinieren könnten.

Stellen wir uns zur Veranschaulichung einmal ein Teil vor, das von einem Automobilhersteller in Europa entworfen wurde. Das numerische Modell geht zunächst an einen Unterauftragnehmer in Asien, der das Teil gießt und fertigt. Anschließend reist dieses Teil nach Südamerika, wo es in einem Werk in ein Auto eingebaut wird. Die FAI wird vom Fahrzeughersteller durchgeführt, der die Erstmusterbaugruppe testet und die Mängel benennt. Diese Unstimmigkeiten werden dann dem Unterauftragnehmer gemeldet, der seine Werkzeuge korrigiert, bevor er ein neues Muster an das Werk schickt. Und wieder kann es vorkommen, dass die Komponenten nicht genau passen. Also bittet man den Unterauftragnehmer erneut, seine Werkzeuge nachzustellen. Dieses Spiel wiederholt sich immer und immer wieder, mit Lieferwegen um die halbe Welt!

Wenn es nun aber die Möglichkeit gäbe, das Teil zu scannen und ein digitales Modell zu versenden, statt das physische Modell selbst auf die Reise zu schicken und es am Bestimmungsort mit einem CMM zu prüfen, wäre das erheblich effektiver und zeitsparender. Wir könnten dann mit einer virtuellen Montage fortfahren und virtuell die Korrekturen abschätzen, ohne die Teile selbst durch die Welt zu schicken.

WAS ist die beste Alternative zum CMM?

Um die FAI zu verbessern, zu optimieren und zu beschleunigen, benötigen Hersteller eine alternative Messtechniklösung, die das CMM unterstützt und dem Qualitätskontrollteam die erforderliche Genauigkeit, Geschwindigkeit, Tragbarkeit, Vielseitigkeit und Verständlichkeit bietet.

• • Genauigkeit: Die Qualität der Messungen ist wesentlich, um die zuvor dem CMM zugewiesenen Prüfungen zu übernehmen. Unsere Alternativlösung muss also unabhängig von der Qualität des Messaufbaus genaue, hochauflösende und wiederholbare Ergebnisse liefern. Außerdem müssen im Produktionsbereich selbst durchgeführte Messungen unempfindlich gegenüber umgebungsbedingten Instabilitäten sein. Das bedeutet, dass die Messdaten auch dann genau sind, wenn sich das Teil während der Prüfung bewegt, vibriert oder oszilliert, und dass nicht unbedingt ein starrer Messaufbau erforderlich ist.

• • Geschwindigkeit: Da das CMM langsam arbeitet und die Programmierung Zeit braucht, muss die alternative Lösung schneller arbeiten. Ebenso sollte sie eine schnelle Einrichtung, Echtzeit-Scans und einsatzbereite Dateien ermöglichen, damit QK-Fachkräfte die FAI beschleunigen und sich ihre wertvolle Zeit für die Erfassung und Analyse aufsparen können. Dadurch werden die Produktionsausfallzeiten begrenzt.

• • Tragbarkeit: Da Untersuchungen der Werkzeuge oft direkt an der Fertigungslinie stattfinden, müssen die QK-Spezialisten mit einem Gerät ausgestattet sein, das unter verschiedenen Umgebungsbedingungen arbeiten kann, ohne dass die Leistung oder Genauigkeit beeinträchtigt wird. Im Gegensatz zum CMM, das in einer kontrollierten Umgebung aufbewahrt werden muss, muss das alternative Messinstrument flexibel genug sein, damit man es dorthin bringen kann, wo sich das jeweilige Teil befindet.

• • Vielseitigkeit: Um die Produktqualität zu gewährleisten und die Diagnostik zu verbessern, muss die Alternativlösung die Kapazität haben, Objekte in verschiedenen Größen und Formen mit komplexer Geometrie und entsprechender Oberflächenbeschaffenheit zu messen, denn dies ist bei neu entworfenen Teilen mittlerweile fast schon Standard.

• • Verständlichkeit: Schließlich muss das alternative Messinstrument einfacher zu bedienen und die Bedienung intuitiv erlernbar sein und es darf keine ausufernde Programmierzeit erforderlich sein, damit auch Personen ohne spezielle Ausbildung, Fähigkeiten oder Erfahrung es bedienen können.

   

  

  Ein Ingenieur von voestalpine führt mit dem MetraSCAN 3D-Scanner eine Erstmusterprüfung durch

   

  WAS kann man bei einer FAI von der Technologie des 3D-Scanning erwarten?

  Einfach ausgedrückt, erfüllt die 3D-Scanningtechnologie all diese Anforderungen und ist damit die beste Alternativlösung, um ein CMM zu ersetzen. Und das sind die Gründe:

  Genaue Messungen im Produktionsbereich

  3D-Scanner ermöglichen es dem QK-Team, sich jederzeit direkt in den Produktionsbereich zu begeben und eine FAI durchzuführen. Es wird also keine Zeit verschwendet und es entfallen die Kosten, die entstehen, wenn man ein mangelhaftes Teil von der Werkstatt zum CMM befördern muss. Da sie Teile in der Fertigung messen können – auch unter dem Einfluss von Temperaturschwankungen, Vibrationen und Oszillationen – und in der Fertigung nach Belieben bewegt werden können, ohne an Genauigkeit einzubüßen, eignen sich messtechniktaugliche 3D-Scanner wie der Creaform MetraSCAN 3D ideal für FAI an großen und schweren Teilen und weniger kritischen Merkmalen.

  Steile Lernkurve

  Dank einer benutzerfreundlichen Schnittstelle und einem ergonomischem Design haben 3D-Scanninginstrumente eine steile Lernkurve und sind leicht zu bedienen. Mit ihrer kürzeren Rüst- und Erfassungszeit bieten messtechniktaugliche Scanner, wie der HandySCAN 3D, detaillierte Analysen, die auch ohne besondere Spezialisierung auf die Messtechnik abgerufen werden können. Diese Zugänglichkeit und Benutzerfreundlichkeit kann Verzögerungen bei der Erkennung und Behebung von Mängeln an Erstmustern begrenzen.

  Große Informationsdichte für detaillierte Analysen

  Mit 3D-Scannern kann das QK-Team jetzt ohne direkten Kontakt komplexe Formen mit einer großen Datenmenge digitalisieren, was eine detailliertere FAI-Analyse ermöglicht. Farbkarten zeigen im Nu auf, wo im Fertigungsprozess Fehler aufgetreten sind und welche Maschineneinstellungen dafür verantwortlich waren. Die Informationsdichte beschleunigt die Problemlösung und die Entscheidungsfindung im Zusammenhang mit den Erstmustern.

  Und schlussendlich bedeuten 3D-Scanner auch im Kontext der Globalisierung einen großen Fortschritt für die FAI. Die 3D-Scanningtechnologie könnte sogar eine rein virtuelle FAI ermöglichen, bei der die physischen Erstmuster beim ersten Versuch kompatibel sind. Die aktuelle Technologie wäre dazu in der Lage. Es geht im Grunde nur noch darum, dieses neue Wissen in die Ausbildung, die Kultur und die Mentalität der Hersteller zu integrieren.

   

  

  Dashboard-Farbkartenergebnis in VXinspect

  3D-Scanning zur Verbesserung, Optimierung und Beschleunigung der Erstmusterprüfung

  Durch Hinzufügen eines messtechniktauglichen 3D-Scanners zum Messgerätebestand können empfindliche Prüfungen von Maßen mit hohen Toleranzen strikt dem CMM zugeordnet werden, während alle übrigen Kontrollen mit dem 3D-Scanning durchgeführt werden können. Diese Maßnahme gewährleistet nicht nur die Produktqualität über die globale Lieferkette hinweg, sondern verbessert auch die Diagnose von gemeldeten Qualitätsproblemen und beschleunigt die FAI, selbst wenn das Unternehmen mit begrenzten Ressourcen und strengen Anforderungen zu tun hat.

  Darüber hinaus optimieren 3D-Scanninglösungen die FAI, indem sie für weniger Engpässe am CMM sorgen und den Zeitaufwand verringern, der im Hinblick auf Anpassungen vor der Massenproduktion notwendig wird. So ist die Qualitätskontrolle dank optimiertem FAI in der Lage, Probleme schnell zu erkennen und direkt Lösungen vorzuschlagen. Die Erstmuster haben dadurch eine bessere Qualität, sind beim ersten Versuch mit ihrer Baugruppe kompatibel und entsprechen den Anforderungen des Kunden, was wiederum mehr Kundenzufriedenheit, einen größeren Absatz und eine gesteigerte Profitabilität nach sich zieht.