Qualitätsmanagement für Ingenieure: Ein praxisnahes Lehrbuch für die Planung und Steuerung von Qualitätsprozessen

216 Pages·2019·5.116 MB·German

by  Walter Jakoby

Walter Jakoby
Qualitätsmanagement
für Ingenieure
Ein praxisnahes Lehrbuch für die Planung
und Steuerung von Qualitätsprozessen
Qualitätsmanagement für Ingenieure
Walter Jakoby
Qualitätsmanagement für
Ingenieure
Ein praxisnahes Lehrbuch für die Planung
und Steuerung von Qualitätsprozessen
Walter Jakoby
Hochschule Trier
Trier, Deutschland
ISBN 978-3-658-26595-3 ISBN 978-3-658-26596-0 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-26596-0
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Vorwort
Die Erfüllung der Anforderungen ist zum zentralen Ziel bei der Erstellung von Produkten
oder Dienstleistungen geworden. Zur Erreichung dieses Ziels dient das Qualitätsmanage-
ment (QM), das sich im Laufe der Zeit vom reinen Überprüfen der fertigen Produkte, über
die Planung der beteiligten Prozesse zu einem umfassenden Managementkonzept entwi-
ckelt hat. QM richtet sich daher nicht mehr nur an das fertige Produkt, sondern an alle
Prozesse, die zum Produkt beitragen: von der Produktion, über die Konstruktion und Ent-
wicklung bis zur Unternehmensführung. QM ist nicht mehr nur die Aufgabe einer speziel-
len, hierfür zuständigen Abteilung, sondern die Kenntnis der Methoden und Werkzeuge
werden in allen Arbeitsbereichen benötigt.
QM sollte daher ein wichtiger Baustein in jeder Ausbildung sein. Das vorliegende
Lehrbuch richtet sich an technische Studiengänge. Es soll Studierenden und Berufstätigen
eine praxisnahe und kompakte Einführung in die Methoden und Werkzeuge des QM ge-
ben. Zunächst werden etablierte elementare und statistische Methoden vorgestellt. Dann
werden Methoden vermittelt, die der qualitätsgerechten Gestaltung von Produkten und
Prozessen dienen. Zur durchgängigen Sicherung und ständigen Verbesserung der Qualität
dienen Qualitätsmanagementsysteme, an deren normgerechter Gestaltung gemäß ISO
9000 kein Weg mehr vorbeiführt. Zum Abschluss werden verschiedene Managementkon-
zepte, wie Six Sigma, TQM und Lean vorgestellt, die auf dem Prinzip der qualitätsorien-
tierten Führung von Unternehmen basieren.
Zum Buch gibt es verschiedene ergänzende Unterlagen, die das Vermitteln und Erler-
nen der Inhalte erleichtern. Die Antworten zu den Verständnisfragen und die Lösungen zu
den Übungsaufgaben stehen zum direkten Download zur Verfügung. Die entsprechenden
Links sind auf meinem Blog (www.ie-j.de/QM.htm) zu finden. Auf Anfrage (jakoby@
hochschule-trier.de) sende ich Ihnen gerne die Bilder und Tabellen zum Buch zu. Dozen-
ten können außerdem einen vollständigen, frei editierbaren Foliensatz erhalten. Über
Nachfragen oder Hinweise freue ich mich sehr, da sie mir dabei helfen, die Qualität des
Buchs stetig zu verbessern.
Trier , im April 2019 Walter Jakoby
V
Inhaltsverzeichnis
1 Qualität ......................................................... 1
1.1 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 Der Qualitätsbegriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Elemente des Qualitätsbegriffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.1 Anforderungssteller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.2 Anforderungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.3 Bewertung der Anforderungserfüllung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Q ualität und Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.1 Anforderungen und Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.2 Qualitätsbezogene Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.3 Wertstromanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Entwicklung des Fachgebiets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5.1 Entwicklung der Produktionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5.2 Entwicklung des Qualitätsmanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.3 Warum ist Qualität so wichtig (geworden)? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6 Repetitorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.6.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.6.2 Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.6.3 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 Elementare QM-Methoden ......................................... 29
2.1 Systeme und Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1.1 Systemdefinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1.2 Aspektbildung und Abstraktionsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 Problemlösungsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.1 Aufgaben und Probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.2 Systemisches Modell des Problemlösens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
2.2.3 Vorgehensmodelle des Problemlösens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2.4 Das spoc-Prozessmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3 D arstellungs- und Erfassungsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.1 Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.2 Die 7 Managementwerkzeuge M1 bis M7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4 Analysemethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4.1 Klassierung von Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4.2 P areto-Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.3 Korrelationsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.4.4 Fehlerbaumanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.5 R epetitorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.5.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.5.2 Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.5.3 Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3 Statistische QM-Methoden .......................................... 65
3.1 Grundbegriffe der Stochastik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.1.1 Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.1.2 Wahrscheinlichkeitsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1.3 Spezielle Verteilungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.1.4 Zentraler Grenzwertsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.1.5 Die Normalverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2 P rozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2.1 Prozessergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2.2 Stabile und fähige Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3 S tatistical Process Control (SPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.1 Konzept der SPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.2 Qualitätsregelkarte (QRK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.3.3 Konfidenzintervalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.4 Repetitorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.2 Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.3 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4 Methoden zur Gestaltung von Produkt und Prozess .................... 95
4.1 Quality Function Deployment (QFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.1.1 Was ist QFD? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.1.2 Das House of Quality (HoQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.1.3 Das Phasenmodell von QFD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.1.4 CTQ-Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2 Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2.1 Konzept der FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2.2 Umgang mit Risiken und Fehlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Inhaltsverzeichnis IX
4.2.3 Risikomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.4 Risikopriorität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.2.5 FMEA-Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.3 Poka Yoke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.3.1 Das Grundprinzip von Poka Yoke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.3.2 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.3.3 Merkmale von Poka Yoke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4 Zuverlässigkeit als Qualitätsmerkmal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.1 Zuverlässigkeit von Produkten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.2 Ausfallrate und MTBF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.5 Repetitorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.5.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.5.2 Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.5.3 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5 Qualitätsmanagementsysteme ....................................... 127
5.1 Die Normenfamilie ISO 9000 ff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.1.1 Qualitätsmanagementsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.1.2 Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.1.3 Qualitätsnormen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.1.4 Die Grundsätze der ISO 9000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.2 Die ISO 9001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.2.1 Das Prozessmodell der ISO 9001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.2.2 Kontext der Organisation (Kap. 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.2.3 Führung (Kap. 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.4 Planung (Kap. 6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.2.5 Unterstützung (Kap. 7). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.2.6 Betrieb (Kap. 8) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.2.7 Bewertung der Leistung (Kap. 9) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.2.8 Verbesserung (Kap. 10) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.3 Aufbau eines QMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.3.1 Qualitätspolitik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.3.2 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.3.3 Qualitäts-Dokumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.3.4 Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3.5 Akkreditierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.4 Qualität und Recht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.4.1 Rechtliche Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.4.2 Ansprüche aus einem Kaufvertrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.4.3 Produzentenhaftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.4.4 Produkthaftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
X Inhaltsverzeichnis
5.5 R epetitorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.5.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.5.2 Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.5.3 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6 Qualitätsorientierte Managementkonzepte ............................ 161
6.1 S ix Sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.1.1 Null-Fehler-Produktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.1.2 Ablauf der Problemlösung in Six Sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1.3 Die Rollen der Beteiligten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.1.4 Der DMAIC-Problemlösungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.2 Total Quality Management. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2.1 TQM-Konzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2.2 Prinzipien von TQM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.2.3 Das EFQM-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.3 Lean Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.3.1 Das Lean-Konzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.3.2 Kontinuierliche Verbesserung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.3.3 Verschwendung vermeiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.4 Reifegradbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.4.1 Reifung von Unternehmensorganisationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.4.2 Das Capability Maturity Model Integration (CMMI) . . . . . . . . . . . . 184
6.4.3 Prozessgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.4.4 Fähigkeits- und Reifegrade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
6.4.5 Generische Ziele und Praktiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6.4.6 Appraisal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
6.5 Repetitorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.5.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.5.2 Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.5.3 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Anhang ............................................................ 197
Weiterführende Literatur ............................................. 205
Stichwortverzeichnis ................................................. 207
Formelzeichen
A{} Asymmetrie (einer Verteilung)
A (Fehler-)Auftrittswahrscheinlichkeit (0 … 10, bei der FMEA)
B (Fehler-)Bedeutung (0 … 10, bei der FMEA)
C Kostenwert
c() Kostenfunktion
c Fähigkeitsindex
p
c Kritischer Fähigkeitsindex
pk
E{} Erwartungswert (einer Verteilung)
E (Fehler-)Entdeckungswahrscheinlichkeit (0 … 10, bei der FMEA)
F() (Wahrscheinlichkeits-)Verteilungsfunktion
f() (Wahrscheinlichkeits-)Dichtefunktion
M{} Mittelwert (x ) (einer Verteilung)
M Maßnahme (beim Risikomanagement)
N Anzahl
P() Wahrscheinlichkeit (eines Ereignisses)
p Wahrscheinlichkeitswert (0 … 1)
R{} Range (einer Verteilung)
R Risiko (beim Risikomanagement)
RPZ Risikoprioritätszahl (0 … 1000)
S{} Standardabweichung (einer Verteilung)
S Schadensausmaß (beim Risikomanagement)
T Toleranz
U Nutzen
V Varianz
W{} Modus (Wahrscheinlichster Wert) (einer Verteilung)
x Messwert
i ˜
Z{} Median (Zentralwert) (x) (einer Verteilung)
z Sigma-Faktor
μ Erwartungswert einer Zufallsvariablen
σ Standardabweichung einer Zufallsvariablen
λ (konstante) Ausfallrate
XI