Strategien zur funktionsorientierten Qualitätsregelung in der Serienproduktion

Eine hohe Produktqualität ist in zunehmendem Maße eine zentrale Kundenanforderung und für produzierende Unternehmen ein entscheidender Faktor zur Behauptung der Führungsrolle im globalen Wettbewerb. In vielen Fällen steigt die Komplexität der Hochpräzisionsprodukte jedoch erheblich und die Anforderungen erreichen technologische Fertigungsgrenzen. Auftretende Fertigungsab-weichungen gefährden dabei die Erfüllung hoher Qualitätsanforderungen und damit die Sicherstellung der Funktionalität hergestellter Produkte.
Eine Abhilfemaßnahme stellt der Ansatz zur Qualitätsregelung in der Produktion dar. ... mehrBisherige Ansätze der Qualitätsregelung basieren dabei auf der geometrischen Kompensation direkter Merkmalspaare. Besitzen Bauteile bzw. Teilbaugruppen eines Produktes mehrere funktionsrelevante Produktmerkmale, kommen bisherige Strategien der Qualitätsregelung jedoch an ihre Grenzen.
Um das aufgezeigte Defizit zu beheben wird in der vorliegenden Arbeit eine Methode zur Planung und Bewertung der funktionsorientierten Qualitätsregelung vorgestellt. Die entwickelte Methode erlaubt das Erstellen Digitaler Zwillinge einzelner Produktausprägungen unter minimaler Gesamtunsicherheit, durch Modellierung und Kalibrierung. Quantitative, interpretierbare Funktionsmodelle der Digitalen Zwillinge können anhand statistischer Methoden abgeleitet werden. Sie ermöglichen die Echtzeit-nahe Funkti-onsprognose, unter minimaler Gesamtunsicherheit. Durch Integration dieser Funktionsmodelle in die Produktionssteuerung werden funktionsorientierte Strategiealternativen entwickelt und in ereignisorientierten Materialflusssimulationen analysiert. Die abschließende Auswahl geeigneter Strategiealternativen erfolgt anhand einer technischen und wirtschaftlichen Bewertung der Simulationsergebnisse.
Die entwickelten Methoden des Planungsansatzes wird im industriellen Anwendungsfall der Serienproduktion zur Herstellung von Piezo-Injektoren exemplarisch demonstriert.

The complexity of high-precision products increases considerably and the requirements reach technological manufacturing limits. The fulfilment of high quality requirements and thus the assurance of the functionality of manufactured products cannot be guar-anteed due to the occurring manufacturing deviations.
A corrective measure is the approach to quality control cycles in production. There are various approaches to quality control cycles, which all are based on the geometric com-pensation of direct product characteristic pairs. However, if components or sub-assemblies of a product have several functionally relevant product characteristics at the same time, existing quality control strategies reach their limits.
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In order to overcome this deficit, a planning and evaluation method of function-oriented quality control cycles is presented. The developed method allows the creation of digital twins of individual products under minimal uncertainty by modelling and calibration. Quantitative, interpretable functional models of the digital twins can be derived using statistical methods. They allow for a real-time prognosis of the product’s function with minimal overall uncertainty. By integrating these functional models into production control, function-oriented quality control strategies are developed and analysed in event-oriented material flow simulations. The final selection of adequate strategy alternatives is based on a technical and economic evaluation of the simulation results.
The developed methods of the planning approach are demonstrated in the exemplary industrial application for the serial production of piezo injectors. Results of event-oriented material flow simulations as well as the implementation of the function-oriented quality control strategies in the serial production of the industrial partner show an increased first pass yield. The reduction of the scrap rate results in a reduction of the total costs of conforming products. The use of function-oriented quality control cycles thus serves as measure to reduce the uncertainty which occurs in product specification and production of high-precision products.