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Einführung Statistical Process Control (SPC)

 

Kevin Czibor setzt sein Fachwissen tagtäglich zur Unterstützung des Qualitätsmanagements bei Airbus in der Hamburger Niederlassung ein. Sein Ziel ist die Entwicklung eines Prozessansatzes für die Einführung der statistischen Prozesskontrolle und -optimierung (SPC) mit allgemeiner Anwendung in der gesamten Strukturmontage des A330. Abschnitt 16, Montagestandort 601, dient dabei als Pilotprojekt.

Projektdetails im Überblick

  • Branche: Luft- und Raumfahrt
  • Kunde: Airbus
  • Jobtitel: Ingenieur Luft- und Raumfahrttechnik
  • Projektort: Hamburg
  • Service: Quality Management Services, Tech Consulting

Herausforderungen einer dezentralen Flugzeugfertigung

Im Gegensatz zum Konkurrenten Boeing, der im US-amerikanischen Stammwerk Everett, auf eine zentrale Fertigung von Verkehrsflugzeugen setzt, verfolgt Airbus einen dezentralen Fertigungsansatz, bei der die einzelnen Sektionen an verschiedenen Standorten gefertigt und montiert werden. Airbus hat in seinem Herstellungssystem an jedem Standort einen Produktionsschwerpunkt gesetzt. Hamburg zum Beispiel ist für die Fertigung von Rumpf und Kabine zuständig, das heißt von der Entwicklung bis zur Produktion für alle Verkehrsflugzeuge von Airbus. In Stade werden beispielsweise Seitenleitwerke und CFK Bauteile produziert, in Großbritannien die Tragflächen und in Bremen die Flügelausrüstung. Die finale Montage des A330 beispielsweise findet in Frankreich, in Toulouse, statt.

Damit die Endmontage ohne Zusatzaufwand durchgeführt werden kann, ist es wichtig, dass das Zusammenfügen der einzelnen Sektionen mit einer hohen Qualität und Reproduzierbarkeit innerhalb der vorgegebenen Toleranzen stattfindet. Beim Zusammenführen der Sektionen an den Trennstellen können leichte Abweichungen auftreten. Die Trennstellen, das sind die Stellen, an denen Sektionen miteinander verbunden werden, unterscheiden sich minimal, oft nur wenige Millimeter. Dennoch variiert der Durchmesser der Rumpfsektion für Airbus zu stark und das Montieren der Sektionen wird durch die leichten geometrischen Abweichungen der Rumpfsektionen erschwert. Höhere Qualitätsrichtlinien von Airbus setzten eine Reduzierung der Toleranzgrenze voraus.

Gerade bei den Trennstellen der Rumpfsektionen sind, aufgrund ihrer Größe und Vielschichtigkeit, eine Reihe von Korrekturen notwendig. Die statistische Prozesskontrolle, statistical process control (SPC), ist eine Möglichkeit, um die komplette Strukturmontage zu optimieren.

Dabei benötigt jeder Kunde individuelle Lösungen und Beratungsansätze, die wir in diesem Fall im Rahmen unserer Technologieberatung in Form von Quality Engineering Airbus zur Verfügung stellen konnten.

Prozessoptimierung durch Statistik

Airbus setzt das statistical process control (SPC) -Verfahren bereits für die A350 und A380 ein. SPC ist eine international etablierte Qualitätsmanagementmethode, hergeleitet und beschrieben von Walter A. Shewhart Anfang des 20. Jahrhunderts.

Ziel ist es, mithilfe von statistischen Methoden einen kontrollierten Prozess zu etablieren, seine Performance zu erhöhen, um schlussendlich die Prozessabweichungen zu reduzieren und Verschwendungen zu vermeiden. Sind die Prozessabläufe bekannt, kann frühzeitig in den Prozess eingegriffen und entsprechende Lenkungsmaßnahmen vorgenommen werden. Mithilfe des Verfahrens und der Einführung des SPC Systems bei Airbus soll ebenso die Fehlersuche bei Problemen eingegrenzt werden. Die gemeinsame Aufnahme der Prozess- und Produktdaten in das System ermöglicht einen allumfassenden Blick auf die jeweilige Sektion und zeigt Zusammenhänge zwischen Produkt und Prozess, und zeigt etwaige Schwachstellen auf. Gegenmaßnahmen können so rechtzeitig eingeführt werden.

Für ein besseres Verständnis vom Unterschied zwischen Produktdaten und Prozessdaten dient folgendes Beispiel aus der Fachliteratur, welches auch bei Airbus verwendet wird. Produktdaten können beispielsweise der Durchmesser eines Bohrloches sein. Die Prozessdaten des Bohrloches sind die Drehgeschwindigkeit und der Vorschub, die bei dem Produktionsschritt des Bohrens ausgeübt werden.

Die Methode ist auf jede Branche anwendbar. In der Luftfahrt ist sie aktuell noch weniger etabliert. Für die Erhebung von statistischen Daten werden im Allgemeinen große Stückzahlen benötigt. Diese sind in der Luftfahrt, aufgrund der geringen Produktionsraten, nicht üblich.

Rumpfsektionen eines Airbus A350 werden unter Aufsicht mehrerer Person zusammengefügt
© Airbus S.A.S. 2012 - photo by e*m company / P. Pigeyre

SPC in der Strukturmontage des A330, Sektion 16 am Bauplatz 601

Als ARTS Experte arbeitete ich bei Airbus an der Einführung des SPC-Verfahrens für die A330 Strukturmontage in Hamburg. Hier diente der Bauplatz 601 als Pilotprojekt, an welchem die Montage der Seitenschalen, des Floorgrids und der Bilge zur unteren Halbsektion 16 erfolgt. Sie hat eine Trennstelle zur mittleren Rumpfsektion, an diese in einem weiteren Step die Flügel montiert werden. Für diese Trennstelle sind von Airbus bestimmte Radien sowie erlaubte Abweichungen definiert. Während des Montageprozesses am Bauplatz werden insgesamt 30 Parameter festgelegt und aufgenommen. Für die Evaluation der Prozessdaten wird beispielsweise die Photogrammetrie genutzt. Hierbei wird die Trennstelle jeder Sektion durch das Befestigen von kleinen Platten von etwa 10x15 cm an ausgewählten Positionen gemessen. Die Platten beinhalten Reflektorenpunkte, die bei der Messung das Licht wiedergeben. Die Photogrammmetrie der Trennstelle erfolgt in bestimmten Entfernungen und Winkeln. Die Messpunkte sind an der Außenhaut, an den Rollbahnen und an den Sitzschienen befestigt. Speziell für die Einführung des SPC-Verfahrens liegt der Fokus auf den Messpunkten der Rollbahnen. Diese zeigen ein besonders hohes Toleranzspektrum im Vergleich zu anderen Punkten. Die Daten werden mithilfe von Messmitteln, wie beispielsweise Messschiebern mit Bluetooth, Laserdistanzmessern oder Bandmaßen ermittelt und automatisch an ein Tablet übertragen. Das Tablet stellt somit das Userinterface mit dem Werker dar. Sofern die Daten nach der Messung gespeichert werden, stehen sie zur Auswertung zur Verfügung. Es können Zusammenhänge aufgezeigt werden, wie sich beispielweise kleine Änderungen in der Positionierung im Montageprozess, mit großen Effekt auf die Qualität des hergestellten Produktes, in dem Fall die Trennstelle, auswirken. Neben dem Monitoring der Prozessdaten alarmiert das SPC-Verfahren auch über abweichende Produktdaten.

Die Photogrammetrie wird für die Vermessung der Trennstellen im Rahmen einer GTI (Ground Test Instruction) verwendet. Die GTI’s sind vorgeschriebene Tests, welche an jeder Maschine durchgeführt werden müssen. Andere GTI’s sind zum Beispiel das Belüftungs- oder Hydraulik System.

Zukunftsvision Statistical Process Control (SPC)

Perspektivisch könnte sich folgender Ablauf ergeben: Der Zulieferer liefert neben den einzelnen Bauteilen ebenfalls eine „digitale Patientenakte“. Aus den Daten und den vorher entstandenen Beziehungen bei der Prozessdatenaufnahme, können Sollmaße für den Bauplatz flexibel errechnet werden. Der Mitarbeiter in der Flugzeugmontage weiß nun genau, auf welche Maße er abzielen und wie im aktuellen Prozessschritt gezielt gegengesteuert werden muss. Die Zielmaße werden somit von Bauplatz zu Bauplatz entsprechend korrigiert, um am Ende die bestmögliche Qualität zu erreichen. Dies entspricht einem moderneren Qualitätsverständnis, bei dem sich das Maß nicht mehr nur innerhalb des Toleranzbereiches bewegt, sondern dem Sollmaß entspricht.

Statistical Process Control mit ARTS

Zahlen und Fakten

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