Komponententausch nach Shainin

Synonyme

Component Swap
Component Search

Der Komponententausch nach Shainin spürt effizient die Fehlerquellen in Serienprodukten auf. Er lenkt den Fokus der Fehlersuche methodisch vom Groben zum Detail. Die möglichen Fehlerursachen werden dadurch zügig und sicher verortet, um diese anschließend mit anderen Methoden effektiv zu analysieren und zu optimieren.

Methode Komponententausch

Komponententausch nach Shainin

Synonyme

Component Swap
Component Search

Der Komponententausch nach Shainin spürt effizient die Fehlerquellen in Serienprodukten auf. Er lenkt den Fokus der Fehlersuche methodisch vom Groben zum Detail. Die möglichen Fehlerursachen werden dadurch zügig und sicher verortet, um diese anschließend mit anderen Methoden effektiv zu analysieren und zu optimieren.

Methode Komponententausch

Einsatzmöglichkeiten

  • Bestimmung fehlerhafter Systemkomponenten zur anschließenden zielgerechten Optimierung mit weiterführenden Tools
  • Untersuchung von Fehlern in Serienprodukten
  • Untersuchung von Reklamationsgründen in Produkten mit vielen Baugruppen

Der Komponententausch bietet sich an, wenn Fehler innerhalb von zerlegbaren Systemen auftreten. Die Methode ist sehr elegant, um mit wenig Aufwand die möglichen Fehlerursachen z.B. in physischen Baugruppen und Bauteilen oder im digitalen Bereich über Objekte, Dienste und Funktionen einzukreisen. Die Vorgehensweise deckt somit nicht die anschließende Optimierung der Systeme ab, sondern unterstützt dabei, mit möglichst geringem Aufwand problematische Systemelemente zu identifizieren. Erst nach der Zuordnung der Fehlfunktionen auf bestimmte Bauteile oder Gruppen ist es daher sinnvoll, tiefer in die Analyse einzudringen und Maßnahmen für die Behebung der Fehler abzuleiten.

Je nach Umfang, Größe und Komplexität des zu untersuchenden Produkts kann die Methode von einzelnen Personen oder im Team angewandt werden.

Ergebnisse

Differenzierung zwischen "guten" und "schlechten" Bauteilen, Modulen, Objekten oder Funktionseinheiten, die dann mit weiterführenden Methoden (z.B. DoE) analysiert und optimiert werden können.

Vorteile
Die Methode beginnt bei der Betrachtung aus der Vogelperspektive, um dann je nach Bedarf weiter innerhalb zerlegbarer, austauschbarer Baugruppen oder Funktionseinheiten zu differenzieren. Dies beschleunigt die Fehlersuche und erfordert verhältnismäßig geringen Aufwand.
Die Vorgehensweise erfolgt analog einer Pfadanalyse, in der der Einstieg auf geringem Komplexitätsniveau stattfindet, um dann je nach Bedarf die Problemanalyse immer detaillierter aufzugliedern. Durch diese stringente Vorgehensweise können die Vorstufen der Fehlersuche auch von Mitarbeitern mit weniger Expertenwissen sicher übernommen werden.
Der Komponententausch kann auch verwendet werden, um kritische Baugruppen zu identifizieren, wenn die Zustände der Systeme auf nur zwei attributive Merkmale wie z.B. "gut" und "schlecht" reduziert sind.
Grenzen, Risiken, Nachteile
Die Methode kann nur dann angewandt werden, wenn die Systembestandteile zerstörungsfrei zerlegt und wieder rekombiniert zusammengebaut werden können.
Die Methode deckt die Fehlersuche auf Komponentenebene ab und hilft fehlerhafte Systemkomponenten wie z.B. Baugruppen, Bauteile, Module, Objekte oder Funktionen zu identifizieren. Ziel der Methode ist die Aufdeckung / Ermittlung der fehlerhaften Teile nicht jedoch deren Optimierung.
Die Bestandteile modularer Produkte (sowohl Hardware als auch Software) werden meist von mehreren Zulieferern produziert. Zur effektiven Aufdeckung der fehlerhaften Komponenten / Bauteile muss deshalb ggf. unternehmensübergreifend gearbeitet werden. Nach Aufdecken der fehlerhaften Komponenten / Bauteile kann es erforderlich sein, mit den Herstellern von Sub-Systemen / Baugruppen oder Bauteilen Hand in Hand an der Optimierung zusammenzuarbeiten.
Voraussetzungen
  • Die Produkte müssen sich in Baugruppen zerlegen und anschließend wieder rekombiniert zusammenbauen lassen, ohne dass dadurch die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird.
  • Die zu untersuchende Eigenschaft des Geräts muss quantitativ messbar sein. Nur in Ausnahmesituationen kann es bedingt sinnvoll sein, attributiv mit "gut" oder "schlecht" die Qualität des Geräts zu beurteilen.
  • Um die Fehlerbilder sicher beurteilen zu können, fordert Shainin, dass deren Zielgröße fein abgestuft messbar ist. Hierbei spricht man auch von der Auflösung eines Messmerkmals.
  • D:d > 5:1. Bei der betrachteten Messgröße muss der berechnete mittlere Unterschied D zwischen den Mittelwerten der Gruppen guter und schlechter Produkte ca. fünf Mal so hoch sein wie der mittlere Unterschied d dieser Messgröße innerhalb der betrachteten Gruppen.
Qualifizierung

Die Anwendung des Komponententauschs erfordert grundsätzlich keine besonderen Kenntnisse, da Shainin seine Methodik so einfach wie möglich hielt. Zum besseren Verständnis sind jedoch grundlegende Kenntnisse zur Berechnung von Mittelwerten und Standardabweichungen hilfreich. Bei der Analyse umfangreicher Datenmengen sind weitergehende statistische Kenntnisse nützlich, z.B. um Lage, Asymmetrie der Daten sowie Ausreißer zu erkennen und richtig zu interpretieren.

Benötigte Informationen
  • Fachliches Wissen zum Produkt, z.B.: Wie lassen sich die Bestandteile des Produkts so zerlegen, dass diese zerstörungsfrei in neuer Kombination zusammengebaut werden können?
  • Konfigurationsverfahren, um die Bauteile eindeutig zu identifizieren und deren ursprüngliche Zugehörigkeit festzuhalten. Dies gilt insbesondere für sehr kleine Bauteile oder nicht physische wie z.B. Software-Code.
  • Hintergrundwissen zur Fehlerausprägung: Wie oft und unter welchen Bedingungen wurde ein Abweichen von der Sollfunktion beobachtet? Hierfür können z.B. Daten aus Reklamationen oder aus der Entwicklung herangezogen werden. Evtl. liegen zusätzlich Daten aus FMEA, Prozess-FMEA oder in Form einer Validation Matrix vor.
Benötigte Hilfsmittel

Je nachdem, ob es sich um ein physisches Produkt, eine Software oder einen Hybrid aus beidem handelt, sind die jeweils entsprechenden Unterlagen, Werkzeuge und Hilfsmittel erforderlich, um die komponentenweise Zerlegung und Neukombination des Produkts oder Dienstes zu planen und durchzuführen.

Die Bandbreite möglicher Untersuchungsobjekte reicht von der Software eines Hörgeräts bis zum ICE-Triebwagen. Daraus wird klar, dass Logistik, Lagerung, Vorrichtungsbau und vieles mehr zu berücksichtigen sind.

Bei einer Waschmaschine braucht man z.B. Explosionszeichnung, Einzelteilzeichnung, Baugruppen- oder Schnittstellendiagramme. Bei einer Software sind z.B. Software-Architekturpläne, Klassenbibliotheken, Serverdienste oder Protokolle erforderlich. Wird immer weiter aufgegliedert, landet man irgendwann wahrscheinlich bei Zeilen von Programmcode (Software) oder Hydraulikteilen (Waschmaschine).

Shainin wollte bewusst so einfach wie möglich arbeiten. Der Komponententausch erfordert deshalb keine Statistik-Software und kann grundsätzlich mit Bleistift und Papier bzw. einem üblichen Tabellenkalkulationsprogramm durchgeführt werden.

Herkunft

Dorian Shainin (1914-2000) entwickelte mehr als 20 Methoden für den Bereich Produktzuverlässigkeit und Qualitätstechnik, die unter dem Oberbegriff "Shainin System" zusammengefasst werden. Sein Ziel war es, dadurch beständig die Verbesserung von Qualität und Zuverlässigkeit zu sichern (Klein, Bernhard: Versuchsplanung – DoE. Einführung in die Taguchi/Shainin-Methode, 2014; Steiner, Stefan H.; MacKay, R. Jock and Ramberg, John S.: An Overview of the Shainin System™ for Quality Improvement, https://uwaterloo.ca/business-and-industrial-statistics-research-group/sites/ca.business-and-industrial-statistics-research-group/files/uploads/files/rr-06-03.pdf)

Durchführung: Schritt für Schritt

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Bevor Sie mit dem eigentlichen Komponententausch beginnen (ab Schritt 3) ist es wichtig, den Fehler und die Rahmenbedingungen seines Auftretens zu verstehen. So ist es z.B. wichtig, dass der Fehler reproduzierbar auftritt und nicht von äußeren Faktoren abhängt. Möglicherweise ist es auch gar nicht angebracht, von einem allgemeinen Versagen des Geräts zu sprechen. Wenn z.B. ein Heizlüfter nicht ausreichend warme Luft liefert, muss er noch lange nicht selbst defekt sein. Dies kann auch an einer mangelnden Stromversorgung oder an zu kalter Einlassluft liegen. Deshalb werden in den Schritten 1 und 2 zunächst Vorgehensweisen beschrieben, mit denen Sie die Fehlersituation umfänglich betrachten und beurteilen, ob der Komponententausch geeignet ist, um den Fehler weiter einzugrenzen.

Beispiel Wasserspender mit Kühlfunktion

Die Vorgehensweise wird an einem stark vereinfachten Beispiel eines Wasserspenders mit Kühlfunktion erläutert, bei dem der Durchsatz verschiedener Geräte eine zu große Schwankung aufweist.

Bei einer Charge Küchengeräte zur Kühlung von Leitungswasser (Bild 1) variiert der Wasseraustrag stark, was zu Reklamationen führt. Der Hersteller möchte mit dem Komponententausch die fehlerhaften Systemkomponenten identifizieren, um danach Verbesserungsmaßnahmen abzuleiten.

Die Zielgröße der Untersuchung ist der Wasserdurchsatz in Liter pro Minute.

Schritt 1: Bereiten Sie die vorliegenden Daten auf!

Definieren Sie als erstes den Sollzustand des Produkts mit seiner gewünschten "idealen" Funktion und die zulässige Abweichung davon. Dieser Sollzustand bestimmt, ob ein betrachtetes Objekt als "gut" oder "schlecht" zu bewerten ist.

Anschließend spezifizieren Sie die Abweichung (Fehlerbild) zur idealen Funktion und gruppieren die vorliegenden Daten (Fehlermeldungen, Prüfdaten usw.) z.B. nach folgenden Merkmalen:

  • Wann kommt der Fehler im Einsatz vor: immer, sporadisch, an bestimmten Wochentagen, in Intervallen?
  • Unter welchen Umständen tritt der Fehler auf? Gibt es z.B. eine Korrelation mit äußeren Faktoren wie Temperatur oder anderen Produktionsabläufen?
  • Zeigt sich der Fehler bei Gebrauch immer in der gleichen Ausprägung z.B.: kaum bemerkbar, bemerkbar, auffällig, Stillstand?
  • Charakterisieren Sie den Fehler in seiner Bedeutung aus Kundensicht z.B.: nicht wahrnehmbar, unangenehm, schmerzhaft, lebensbedrohlich.

Schritt 2: Interpretieren Sie die Daten!

Diese Informationen sind wich

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