Analyse und Optimierung des Managements der Mess- und ... · Der Begriff Prüfmittel wird weder in der ISO 9000 noch in der ISO 10012 definiert. Daher soll

Analyse und Optimierung des Managements der Mess- und

Prüfmittel bei der ██████████ GmbH

Dipl.-Ing. (FH) Michael Waßmann

Abschlussarbeit

zur

Erlangung des Grades

Master of Business Administration

im Studiengang

Umwelt- und Qualitätsmanagement

an der

Karl-Scharfenberg-Fakultät

der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel Erster Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Dietrich Morghen Eingereicht am: 09.10.2008 Zweiter Prüfer: Dipl.-Ing. Matthias Portugall

Analyse und Optimierung des Managements der Mess- und Prüfmittel bei der ██████████ GmbH

Michael Waßmann 1

Sperrvermerk der Originalfassung Diese Masterarbeit zum Thema „Analyse und Optimierung des Managements der Mess- und Prüfmittel bei der ██████████ GmbH“ ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen, da sie firmeninterne Informationen enthält, die nicht für die Allgemeinheit bestimmt sind.

Abstract zur gekürzten, veröffentlichungsfähigen Version Das Thema Management der Mess- und Prüfmittel ist ein gemeinhin unterschätztes und häufig auch stiefmütterlich behandeltes Thema. Vor diesem Hintergrund sollte mit der vorliegenden Masterarbeit die Grundlage für einen professionellen Umgang mit dem Mess- und Prüfmittelmanagement im betrachteten Unternehmen gelegt werden. Dazu war der Stand zu analysieren und es waren entsprechende Vorschläge zur Optimierung zu machen.

Als Voraussetzung für einen professionellen Umgang mussten zunächst die Grundlagen des Managements der Mess- und Prüfmittel, bestehend aus Grundbegriffen, Normen-anforderungen und anerkannte Praktiken, erarbeitet und verdichtet zusammengefasst werden. Auf Basis dieser auch in der veröffentlichungsfähigen Version in den Kapiteln 2 und 3 dargestellten Grundlagenpfeiler konnte nachfolgend das Mess- und Prüfmittelmanagement in den Kapiteln 4 und 5 neu gestaltet werden.

Der dann im Kapitel 4 neu entworfene, integrierte und bereits während dieser Masterarbeit weltweit im Unternehmen eingeführte Prozess des Managements der Mess- und Prüfmittel kann allerdings in dieser gekürzten Version der Masterarbeit nicht veröffentlicht werden. Gleiches gilt für die in Kapitel 5 erläuterten Entwürfe und Umsetzungen zu den lokalen Mess- und Prüfmitteln an einem betrachteten Standort des Unternehmens.

Die Kosten des Mess- und Prüfmittelmanagements waren Gegenstand des Kapitels 6 der Masterarbeit und sind in ihren Grundlagen im Kapitel 6.1 auch in dieser gekürzten, veröffentlichungsfähigen Version zusammengefasst. Die darauf aufbauende Analyse und Optimierung im Unternehmen in den Kapiteln 6.2 und 6.3 kann hier allerdings nicht dargestellt werden.

Im Kapitel 7 schließlich sind die Ermittlung des vollständigen Messergebnisses inklusive der Messunsicherheit sowie die Messsystemanalyse nach QS 9000 erarbeitet worden. Auch hier können in dieser gekürzten Version wieder nur die Grundlagen dargestellt werden und die Analyse und Umsetzung im Unternehmen in den Kapiteln 7.2 und 7.4 bleiben ausgespart.

Die abschließenden Kapitel 8 bis 10, welche die Diskussion der Ergebnisse, den Ausblick und die Zusammenfassung enthalten, befassen sich fast ausschließlich mit den Analysen und Umsetzungen im Unternehmen, sodass auf deren Darstellung hier ebenfalls verzichtet werden muss.

Zusammenfassend enthält diese gekürzte, veröffentlichungsfähige Version also nur jene Kapitel, die nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Unternehmen stehen, bei dem diese Masterarbeit durchgeführt und umgesetzt wurde. Sofern dabei trotzdem der Name des Unternehmens oder ein Bezug dazu im Original dieser Masterarbeit genannt wurde, ist dies in der vorliegenden veröffentlichungsfähigen Version symbolisch als ██████████ unkenntlich gemacht. Die Gliederung sowie das Abbildungs- und Abkürzungsverzeichnis sind ebenfalls entsprechend gekürzt dargestellt. Dennoch bietet diese veröffentlichungsfähige Version der Masterarbeit eine geeignete, verdichtete Zusammenfassung der Grundlagen des Managements der Mess- und Prüfmittel inklusive Kostengrundlagen, Ermittlung des vollständigen Messergebnisses und der Messsystemanalyse nach QS 9000.


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Gliederung (gekürzt) 1 Einleitung...............................................................................................................................4 2 Grundlegende Begriffe des Mess- und Prüfmittelmanagements...........................................5

2.1 Begriffe Qualitätsmanagement .......................................................................................5 2.1.1 Qualität ....................................................................................................................5 2.1.2 Anforderung.............................................................................................................5 2.1.3 Qualitätsmanagement..............................................................................................5 2.1.4 Qualitätsmanagementsystem ..................................................................................6 2.1.5 Prozess....................................................................................................................6

2.2 Begriffe der Messtechnik ................................................................................................7 2.2.1 Messen und Prüfen..................................................................................................7 2.2.2 Messmittel und Prüfmittel ........................................................................................8 2.2.3 Kalibrieren, Einstellen, Justieren und Eichen ..........................................................8 2.2.4 Metrologische Bestätigung ......................................................................................9 2.2.5 Normal ...................................................................................................................10 2.2.6 Rückverfolgbarkeit / Rückführbarkeit.....................................................................10

3 Grundlagen des Mess- und Prüfmittelmanagements ..........................................................11 3.1 Analyse der Normforderungen zum Mess- und Prüfmittelmanagement.......................11

3.1.1 DIN EN ISO 9001 ..................................................................................................11 3.1.2 DIN EN ISO 9004 ..................................................................................................12 3.1.3 TL 9000..................................................................................................................12 3.1.4 DIN EN ISO 10012 ................................................................................................13 3.1.5 DIN EN ISO 14001 ................................................................................................15 3.1.6 DIN 32937..............................................................................................................15 3.1.7 Sonstige.................................................................................................................16

3.2 Aufbau eines Mess- und Prüfmittelmanagementsystems.............................................16 3.2.1 Prüfplanung ...........................................................................................................16 3.2.2 Prüfmittelverwaltung ..............................................................................................16 3.2.3 Prüfmittelüberwachung ..........................................................................................18

4 Neugestaltung des weltweiten Mess- und Prüfmittelprozesses ..........................................22 5 Neuordnung der Mess- und Prüfmittel am Standort ██████████..................................32 6 Kosten des Mess- und Prüfmittelmanagements..................................................................44

6.1 Grundlagen der Kosten ................................................................................................44 6.2 Betrachtungen zu den aktuellen Kosten.......................................................................46 6.3 Vorschläge zur Kostenoptimierung...............................................................................47

7 Messergebnis und Eignung von Prüfmitteln und Prozessen ...............................................49 7.1 Grundlagen des vollständigen Messergebnisses .........................................................49

7.1.1 Messabweichungen ...............................................................................................49 7.1.2 Messunsicherheit und Messergebnis ....................................................................50

7.2 Messunsicherheit bei Kalibrierungen durch und für ██████████ ...........................52 7.3 Messsystemanalyse nach QS 9000 .............................................................................52

7.3.1 Messmittelfähigkeitsuntersuchung.........................................................................53 7.3.2 Messprozessfähigkeitsuntersuchung.....................................................................54

7.4 Möglichkeiten für eine Messsystemanalyse bei ██████████ .................................55 8 Diskussion der Ergebnisse ..................................................................................................59 9 Ausblick ...............................................................................................................................61 10 Zusammenfassung ............................................................................................................62 A1 Literaturverzeichnis........................................................................................................A-1 A2 Abbildungsverzeichnis (gekürzt) ....................................................................................A-3 A3 Abkürzungsverzeichnis (gekürzt) ...................................................................................A-4 A4 Ehrenwörtliche Erklärung...............................................................................................A-5 A5 Danksagung...................................................................................................................A-5


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Durch die Kürzung der Gliederung ist die Seite 3 in dieser veröffentlichungsfähigen Version leer.


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1 Einleitung Dieser Abschnitt der Seite 4 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


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2 Grundlegende Begriffe des Mess- und Prüfmittelmanagements In der Literatur gibt es eine Fülle relevanter Begriffe und Definitionen zum Management von Mess- und Prüfmitteln, von denen in diesem Kapitel lediglich die Bedeutendsten definiert werden, um ein einheitliches Verständnis zu schaffen. Eine vollständige Definition aller Begriffe würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen. Hier kann aber auf die entsprechende Literatur im Anhang verwiesen werden.

Es sei auch erwähnt, dass teilweise ähnliche oder gar identische Definitionen in verschiedenen Quellen zu finden sind. Im letzteren Fall sind diese dann zumeist auf die gleiche Ur-Quelle zurückgeführt. Es wurden in solchen Fällen dann die für diese Arbeit praktikabelsten Definitionen bzw. wesentlichsten Quellen verwendet.

2.1 Begriffe Qualitätsmanagement Die aus Sicht des Managements der Mess- und Prüfmittel bedeutsamsten Begriffe des Qualitätsmanagements werden nachfolgend erläutert.

2.1.1 Qualität Nach Morghen ist der Qualitätsbegriff in Anlehnung an die DIN 55350 wie folgt definiert.

Qualität: „Qualität ist die Gesamtheit von Eigenschaften und Merkmalen eines Produktes oder einer Tätigkeit, die sich auf die Eignung zur Erfüllung gegebener Erfordernisse beziehen.“ [L 1, K. 6.1, S. 93]

Qualität ist also niemals absolut und hat immer einen Bezug auf bekannte Anforderungen. Nur wenn diese bekannt sind, lässt sich die Qualität bewerten. [L 1, K. 6.1, S. 93]

2.1.2 Anforderung Den Anforderungsbegriff definiert die Deutsche Gesellschaft für Qualität in Ihren Lehrgangsunterlagen.

Anforderung: „Erfordernis oder Erwartung, das oder die festgelegt, üblicherweise vorausgesetzt oder verpflichtend ist. Es gibt spezifische Anforderungen wie Kundenanforderungen, Qualitätsanforderungen oder Anforderungen der Gesellschaft. Eine Anforderung wird üblicherweise in einem Dokument festgelegt.“ [L 3, K. QMS 2, S. 6]

Unternehmen sehen sich heutzutage einer Fülle von Anforderungen gegenüber. Diese können spezifische Kundenanforderungen sowie gesellschaftliche Anforderungen sein oder müssen beispielsweise durch Marktanalysen und den Stand der Technik bestimmt werden. Nur wenn die Anforderungen bekannt sind, kann letztlich die Qualität eines Produktes oder einer Dienstleistung bezogen auf die Anforderungen bewertet werden. Sind die Anforderungen bekannt, werden über sie Eigenschaften und Qualitätsmerkmale eines Produktes oder einer Dienstleistung festgelegt. [L 1, K. 6.1, S. 93]

2.1.3 Qualitätsmanagement Die Lehrgangsunterlagen der Deutschen Gesellschaft für Qualität enthalten die nachfolgende Definition.

Qualitätsmanagement: „Aufeinander abgestimmte Tätigkeiten zum Leiten und Lenken einer Organisation bezüglich Qualität.“ [L 3, K. QMS 2, S. 9]


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Basiert ein Qualitätsmanagementsystem auf der Einbindung aller Einzelfunktionen und Tätigkeiten über alle Hierarchie-Ebenen gelangt man zur Querschnittsfunktion des Total Quality Managements (TQM). [L 1, K. 6.3, S. 96]

Beim TQM wird die Qualität in den Mittelpunkt gestellt, um so Kundenzufriedenheit, Nutzenmaximierung und langfristigen Geschäftserfolg sicherzustellen. [L 3, K. QMS 2, S. 10]

2.1.4 Qualitätsmanagementsystem Der Begriff des Qualitätsmanagementsystems ist in der ISO 9000 definiert.

Qualitätsmanagementsystem: „Managementsystem zum Leiten und Lenken einer Organisation bezüglich der Qualität.“ [L 9, K. 3.2.3, S. 20]

Dabei folgt die Struktur des Qualitätsmanagementsystems in einem Regelkreis dem Plan-Do-Check-Act-Zyklus (PDCA). Dieses auch als „Deming-Kreis“ bezeichnete Prozessmodel ist anschaulich in Abb. 2.1.4-1 dargestellt und zielt ausdrücklich auf die ständige Verbesserung des Qualitätsmanagementsystems und damit auch der Produkte ab. [L 3, K. QMS 6, S. 5]

Abb.2.1.4-1: prozessorientiertes Qualitätsmanagementsystem [L 9, K. 2.4, S. 11, Bild 1]

2.1.5 Prozess In den Lehrgangsunterlagen der Deutschen Gesellschaft für Qualität ist der Begriff Prozess definiert.

Prozess: „Satz von in Wechselbeziehungen oder in Wechselwirkung stehenden Tätigkeiten, der Eingaben in Ergebnisse umwandelt.“ [L 3, QMS 2, S. 4]

Ein Prozess lässt sich also von außen als Black Box mit den Schnittstellen Ein- und Ausgabe betrachten. Üblicherweise erfolgt im Prozess selbst eine Wertsteigerung. Damit erhält man das Konzept eines Prozesses wie in Abb. 2.1.5-1 auf der nachfolgenden Seite.


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Abb.2.1.5-1: Prozesskonzept [Nach Portugall im DGQ Lehrgang]

2.2 Begriffe der Messtechnik Die für das Mess- und Prüfmittelmanagement als Kernbegriffe aus dem Bereich Messtechnik angesehenen Definitionen werden nachfolgend erläutert.

2.2.1 Messen und Prüfen Roggensack und Beck definieren die Begriffe Messen und Prüfen wie folgt.

Messen: „Messen ist eine praktische Tätigkeit zur Ermittlung des Werts einer Größe durch Vergleich mit einer Einheit.“ [L 6, K. 2.1.2, S. 2]

Dies umfasst alle dazugehörigen Tätigkeiten einschließlich Aufnahme eines Wertes als Resultats der Messung. Wird das Ergebnis dann gegen eine Vorgabe verglichen gehört es zum Bereich des Prüfens. [L 6, K. 2.1.2, S. 2]

Prüfen: „Prüfen heißt feststellen, inwieweit Merkmale eines Prüfobjekts Forderungen erfüllen.“ [L 6, K. 2.1.2, S. 3]

Schematisch lassen sich diese beiden Definitionen nach Roggensack und Beck wie in Abb. 2.2.1-1 dargestellt einander zuordnen:

Abb.2.2.1-1: Messgrößen der Fertigungsmesstechnik [L 6, K. 2.1.1, S. 3, Abb. 2]

Prüfen setzt also immer eine Vorgabe voraus, gegen die geprüft wird. Das Messen ist dann im Rahmen des maßlichen Prüfens eine besondere Form des Prüfens, sofern der Messwert

EingabenProzess

Ausgaben

Wertsteigerung


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gegen eine Vorgabe verglichen wird. Den Abschluss des Prüfens bildet schließlich die Prüfentscheidung, mit der das Ergebnis bewertet wird. [L 6, K. 2.1.2, S.3]

Das maßliche Prüfen lässt sich auch als objektives Prüfen verstehen, bei dem abgesehen von zerstörenden Prüfungen die Entscheidung jederzeit nachvollziehbar bleibt. Demgegenüber steht das nicht maßliche oder auch subjektive Prüfen, das qualitativ aufgrund von Sinneswahrnehmungen bewertet und auch immer das Ermessen des Prüfenden einbezieht. [L 1, K. 6.4, S. 97]

2.2.2 Messmittel und Prüfmittel In den Normen ISO 9000 und ISO 10012 ist der Begriff Messmittel identisch definiert.

Messmittel: „Messgerät, Software, Messnormal, Referenzmaterial oder Hilfsmittel oder eine Kombination davon, wie sie zur Realisierung eines Messprozesses erforderlich sind.“[L 9, K. 3.10.4, S. 34]

Der Begriff Prüfmittel wird weder in der ISO 9000 noch in der ISO 10012 definiert. Daher soll die Definition der Deutschen Gesellschaft für Qualität aus dem DGQ-Band Prüfmittelmanagement verwendet werden.

Prüfmittel: „Prüfmittel sind Messmittel, die zur Darlegung der Konformität bezüglich festgelegter Qualitätsforderungen benutzt werden.“ [L 5, K. 9, S.121]

Das bedeutet in der Konsequenz, dass nur solche Messmittel als Prüfmittel bezeichnet werden, die zum Nachweis der Einhaltung von Qualitätsforderungen verwendet werden. Dies setzt den Vergleich eines Ergebnisses gegen eine Vorgabe und die abschließende Bewertung voraus. Roggensack hat dies mit der Prüfmittel-Aufgabe „Messen – Vergleichen – Entscheiden“ zusammenfassend beschrieben. [L 7, K. 2, S. 26]

Es bleibt aber anzumerken, dass diese Unterscheidung zwischen Mess- und Prüfmitteln in der Literatur und den Normen nicht durchgängig eingehalten wird.

2.2.3 Kalibrieren, Einstellen, Justieren und Eichen Für die mess- und prüftechnischen Tätigkeiten Kalibrieren, Einstellen, Justieren und Eichen sollen die Definitionen nach Roggensack und Beck verwendet werden.

Kalibrieren: „Kalibrieren ist das Ermitteln und Dokumentieren der Abweichung der Anzeige eines Messgeräts oder des angegebenen Werts einer Maßverkörperung vom richtigen Wert der Messgröße, der durch den bekannten Wert eines Normals dargestellt wird, unter vorgegebenen Bedingungen.“ [L 6, K. 2.1.2, S. 1]

Das bedeutet, beim Kalibrieren handelt es sich nur um die Feststellung eines Ist-Wertes, das Messgerät wird dabei nicht verändert. Mit der Kalibrierung erhält man eine Aussage über die Qualität bzw. Zuverlässigkeit des Messgerätes in Form der Messabweichung, die üblicherweise in einem Kalibrierschein dokumentiert wird und bei Messungen zur Korrektur des Anzeigewertes herangezogen wird. [L 6, K. 2.1.2, S. 1]

Einstellen: „Das Verstellen eines Mess- und Prüfmittels mit Bezug auf den Wert einer Maßverkörperung.“ [L 6, K. 2.1.2, S. 1]

Justieren: „Das Justieren umfasst alle zielgerichteten Tätigkeiten zum Minimieren der systematischen Messabweichungen eines Messgeräts.“ [L 6, K. 2.1.2, S. 1]

Beim Justieren wird also - anders als beim Kalibrieren - eine zumeist bleibende Veränderung am Messgerät vorgenommen, damit die Messabweichungen möglichst gering sind.


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Eichen: „Das Eichen eines Messgeräts bzw. einer Maßverkörperung ist die von einer zuständigen Eichbehörde nach Eichvorschriften (Eichgesetz) durchgeführte Prüfung und Kennzeichnung.“ [L 6, K. 2.1.2, S. 1]

In der betrieblichen Praxis werden Kalibrieren und Eichen häufig fälschlicherweise einander gleichgesetzt. Eichen ist aber ein amtlicher Vorgang der ausschließlich den Eichämtern vertreten durch Ihre Eichbeamten obliegt. Die zu eichenden Messgeräte und Maßverkörperungen sind dabei gesetzlich festgelegt. In der Prüfung wird das Einhalten der Eichvorschrift überprüft und es werden Messabweichungen und Fehlergrenzen des Prüflings ermittelt. Wird das Messgerät durch die erfolgte Prüfung für in Ordnung befunden, so wird dies abschließend durch Stempelung beurkundet. [L 6, K. 2.1.2, S. 1]

2.2.4 Metrologische Bestätigung Die ISO 10012 definiert den Begriff der Metrologischen Bestätigung.

Metrologische Bestätigung: „Satz von notwendigen Tätigkeiten, um sicherzustellen, dass ein Messmittel die Anforderungen an seinen beabsichtigten Gebrauch erfüllt.“ [L 12, K. 3.5, S.9/10]

Der gesamte Prozess der Metrologische Bestätigung ist also wie in Abb. 2.2.4-1 dargestellt das Zusammenspiel von Kalibrieren, Verifizieren, Maßnahmen und Entscheidungen, um letztlich die Prüfprozesseignung eines Prüfmittels nachzuweisen. [L 6, K. 2.4, S. 3]

Abb.2.2.4-1: metrologische Bestätigung [L 12, S. 41, Bild 2]

Hier wird nochmals klar, dass der Begriff Kalibrieren in der betrieblichen Praxis häufig falsch verwendet wird. Was hingegen in der betrieblichen Praxis zumeist gemeint ist, ist der stark vereinfachte Verlauf der Metrologischen Bestätigung, der sich als ‚erweiterte Kalibrierung’


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- wie in Abb. 2.2.4-2 dargestellt - verstehen lässt und häufig im englischsprachigen Raum unter Kalibrierung verstanden wird.

Abb.2.2.4-2: erweiterte Kalibrierung

2.2.5 Normal Der Begriff Normal wird im internationalen Wörterbuch der Metrologie wie folgt definiert.

Normal: „Maßverkörperung, Messgerät, Referenzmaterial oder Messeinrichtung zum Zweck, eine Einheit oder einen oder mehrere Größenwerte festzulegen, zu verkörpern, zu bewahren oder zu reproduzieren.“ [L 17, K. 6.1, S. 81]

Mit internationalen Normalen, nationalen Normalen, Bezugsnormalen und Gebrauchsnormalen gibt es verschiedene Formen, abhängig vom Zweck und der Wertigkeit des Normals und seiner Einordnung in der Kalibrierhierarchie. Die nationalen Normale werden in Deutschland bei der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) bewahrt und sind die Basis für das deutsche Messwesen sowie der Bezug zu internationalen Normalen.

2.2.6 Rückverfolgbarkeit / Rückführbarkeit Das internationale Wörterbuch der Metrologie definiert den Begriff Rückverfolgbarkeit, der häufiger aber synonym als Rückführbarkeit verwendet wird. vergl. [L 5, K. 9, S. 122]

Rückverfolgbarkeit / Rückführbarkeit: „Eigenschaft eines Messergebnisses oder des Wertes eines Normals, durch eine ununterbrochene Kette von Vergleichsmessungen mit angegebenen Messunsicherheiten auf geeignete Normale, im Allgemeinen internationale oder nationale Normale, bezogen zu sein.“ [L 17, K. 6.10, S. 85]

Die Rückführbarkeit der Prüfmittel erfolgt in Deutschland auf die bei der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) aufbewahrten nationalen Normale und wird über die Kalibrierhierarchie sichergestellt.

Innerhalb dieser Hierarchie bilden die Kalibrierketten oder auch Rückführbarkeitsketten den Weg vom Prüfmittel über jeweils höherwertige Normale bis hin zum nationalen Normal, so wie in Abb. 2.2.6-1 dargestellt. Die Rückführung erfolgt auf der Grundlage des internationalen Einheitensystems SI mit seinen sieben Basiseinheiten. [L 8, S. 55/56]

Abb.2.2.6-1: Kalibrierhierarchie [Nach Roggensack im TÜV Lehrgang]

Messmittel ± U

Gebrauchsnormal ± U

Bezugsnormal ± U

DKD Normal ± U

PTB Normal

U U

U U

U U

U U

SI Einheiten

Kalibrieren

Justieren

und/oder

Reparieren

Kalibrieren


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3 Grundlagen des Mess- und Prüfmittelmanagements 3.1 Analyse der Normforderungen zum Mess- und Prüfmittelmanagement Um der Bedeutung von Prüfmitteln zum Nachweis der Produktkonformität mit den gestellten Qualitätsanforderungen Rechnung zu tragen, ist das Management der Mess- und Prüfmittel in einer Vielzahl von Normen verankert. Die wichtigsten Forderungen an ein Mess- und Prüfmittelmanagement sollen im Folgenden analysiert und zusammengefasst werden.

3.1.1 DIN EN ISO 9001 Bevor man die spezifischen Anforderungen der ISO 9001 an ein Prüfmittelmanagementsystem analysiert, sollte man sich Zweck und Ziel der Norm vergegenwärtigen, die in ihrem Kapitel 1.1 allgemein dargelegt sind. Demnach gelten die Anforderungen der ISO 9001 für ein Qualitätsmanagementsystem zur Darlegung der Fähigkeit zur Produktion bzw. Dienstleistungserbringung auf Basis der Kunden- und behördlicher Anforderungen. Durch Erfüllung dieser Anforderungen und einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess soll dabei die Kundenzufriedenheit gesteigert werden. [L 10, K. 1.1, S. 16]

Dies sollte man bei der Umsetzung der eigentlichen Muss-Forderungen in den Kapitel 4 bis 8 bedenken. Die Norm ist nicht Selbstzweck, sondern sollte in ihrer Umsetzung auf die obige Zielstellung ausgerichtet sein. [Nach Roggensack im TÜV Lehrgang]

Die ISO 9001 definiert dann im Abschnitt „7.6 Lenkung von Überwachungs- und Messmitteln“ konkrete Forderungen sowohl an ein Prüfmittelmanagement im Allgemeinen als auch an Prüfmittel im Speziellen. Die Norm verwendet dabei den Begriff Überwachungs- und Messmittel, ist also nicht synchron mit der in Kapitel 2.2.2 auf Seite 8 gegebenen Definition.

Forderungen an das Prüfmittelmanagement Die ISO 9001 fordert von der Organisation die Erfüllung der spezifizierten Produkt-Anforderungen zu belegen. Dafür sind geeignete Überwachungen und Messungen sowie die dafür benötigten Überwachungs- und Messmittel festzulegen. Die Eignung der bei erforderlichen Überwachungen und Messungen eingesetzten Software muss vor deren Erstgebrauch nachgewiesen werden. Für die zweckmäßige Durchführung aller im Sinne des Nachweises der Produktkonformität erforderlichen Messungen und Überwachungen sind definierte Abläufe in Prozessen festzulegen. [L 10, K. 7.6, S.29/30] Man muss sich also zunächst darüber im Klaren werden, was genau die Anforderungen sind, die es nachweislich zu erfüllen gilt, um dann die Messungen und Messmittel darauf auszurichten. Dabei geht es primär um das Messen selbst, die Messmittelverwaltung und -überwachung sind nur Mittel zum Zweck. [Nach Roggensack im TÜV Lehrgang]

Die Historie der Kalibrierungen und Verifizierungen ist zu führen, auch um frühere Messungen neu bewerten zu können, falls Messmittel Anforderungen nicht genügen. Die Organisation muss entsprechend der Neubewertung dann zweckmäßig reagieren. [L 10, K. 7.6, S.29/30]

Hier zeigt sich deutlich, dass Kalibrierungen im Gegensatz zu Eichungen zeitlich rückwärts gerichtet sind, also das Prüfmittel für den vergangenen Einsatzzeitraum entlasten.

Forderungen an Prüfmittel Die ISO 9001 stellt konkrete Anforderungen an Prüfmittel.

„Soweit zur Sicherstellung gültiger Ergebnisse erforderlich, müssen die Messmittel

a) in festgelegten Abständen oder vor dem Gebrauch kalibriert oder verifiziert werden anhand von Messnormalen, die auf internationale oder nationale Messnormale zurückgeführt werden können. Wenn es derartige Messnormale nicht gibt, muss die Grundlage für die Kalibrierung oder Verifizierung aufgezeichnet werden; b) bei Bedarf justiert oder nachjustiert werden; c) gekennzeichnet werden, damit der Kalibrierstatus erkennbar ist;


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d) gegen Verstellungen gesichert werden, die das Messergebnis ungültig machen würden; e) vor Beschädigung und Verschlechterung während der Handhabung, Instandhaltung und Lagerung geschützt werden.“ [L 10, K. 7.6, S. 30]

Die Forderungen beziehen sich also nur auf Prüfmittel, deren Ergebnisse die Erfüllung der spezifizierten Produktanforderungen belegen. Solche Prüfmittel sind mit einer Kennzeichnung zu versehen, die Aufschluss über den Kalibrierstatus gibt.

Prüfmittel müssen aber keineswegs zwingend kalibriert werden, auch eine Verifikation vor einer Messung ist zulässig. Dies kann insbesondere im Entwicklungsbereich zweckmäßig sein, da dort standardmäßig viele Versuchs-Parameter mit gemessen werden.

Die Rückführbarkeit auf nationale oder internationale Normale muss gemäß ISO 9001 ebenfalls gegeben sein. Dies ist bei der Beurteilung externer Kalibrierscheine zu beachten und bei der Erstellung von Werkskalibrierscheinen zu berücksichtigen.

Abschließende Anmerkung Das Kapitel 7.6 schließt mit der Anmerkung „Für Anleitung siehe ISO 10012-1 und ISO 10012-2.“ [L 10, K. 7.6, S. 30]. Dieser Bezug ist so nicht mehr gültig, denn die genannten Normen wurden im März 2004 durch die einheitliche ISO 10012 ersetzt. Bedeutsam bleibt aber, dass auf die ISO 10012 als Anleitung verwiesen wird. Die ISO 10012 bietet somit der Organisation Hilfestellung zur Organisation eines geeigneten Messmanagementsystems, ist aber dennoch keine verpflichtend zu erfüllende Norm. [L 10, K. 7.6, S. 30]

3.1.2 DIN EN ISO 9004 Als Leitfaden zur Leistungsverbesserung gibt die ISO 9004 in ihrem Kapitel „7.6 Lenkung von Überwachungs- und Messmitteln“ einige ergänzende Hinweise zum Messmanagement, die eine Organisation zur Erfüllung der Norm umsetzen sollte.

Es wird dabei empfohlen, zur Stärkung der Kundenzufriedenheit wirksame und effiziente Prüfprozesse, Methoden und Mess- und Überwachungsmittel einzuführen. Zwecks Vertrauensbildung sollte die Prozesseignung nachgewiesen und Prüfmittel sollten auf anerkannte Normale rückgeführt sein. Die Prüfprozesse sollen dabei so optimiert werden, dass der Bedarf an Mess- und Überwachungsmittel minimiert werden kann, d.h. der Bedarf an Mess- und Überwachungsmittel hängt von der Prozessqualität ab. [L 11, K. 7.6, S.61/62]

3.1.3 TL 9000 Die TL 9000 setzt - wie andere Normen auch - auf der ISO 9001 auf und beinhaltet deren Anforderungen der Kapitel 4 bis 8 vollständig. Diese werde dann - wie in Abb. 3.1.3-1 dargestellt - um weitere für die Telekommunikationsindustrie relevante Forderungen ergänzt.

Abb.3.1.3-1: TL 9000 Modell [L 14, K. 2.1, S. 2-1, Figure 2.1-1]


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Dabei folgt die TL 9000 auch in ihrer Struktur der ISO 9001 und enthält dementsprechend auch im Kapitel 7.6 des Anforderungshandbuchs alle bereits im Abschnitt 3.1.1 ab Seite 11 erläuterten Forderungen zur Lenkung von Überwachungs- und Messmitteln. Diesen werden dann im TL 9000 Abschnitt 7.6.C.1 einige weitere Forderungen zu Prüfmitteln hinzugefügt, die allerdings wesentlich sind.

TL 9000 Abschnitt 7.6.C.1 „Equipment Identification – Monitoring and measuring devices that are either inactive or unsuitable for use shall be visibly identified and not used. All monitoring and measuring devices that do not require calibration shall be identified.” [L 14, K. 7.6, S. 7-16]

Hier wird also explizit das Kennzeichnen von inaktiven oder nicht geeigneten (also z.B. defekten) Prüfmittel gefordert sowie deren Verwendung untersagt. Weiterhin wird verlangt, dass auch nicht kalibrierpflichtige Prüfmittel zu kennzeichnen sind. Gerade der letzte Punkt ist sehr bedeutsam, verbietet er doch somit die Festlegung das nicht kalibrierpflichtige Prüfmittel ohne Einfluss auf die Produktqualität auch nicht gekennzeichnet werden. Dies wäre eigentlich nach der ISO 9001 zulässig, sofern es entsprechend in der Dokumentation zum Qualitätsmanagementsystem - also beispielsweise im Managementhandbuch - beschrieben ist. [L 8, S.71]

Zur Messung der Wirksamkeit verlangt die TL 9000 die Ermittlung einer Fülle von Kennzahlen, die gesondert in einem Kennzahlen-Handbuch definiert und erläutert werden. Zum Bereich Mess- und Prüfmittel werden dort aber keine Kennzahlen vorgeschlagen oder beschrieben.

3.1.4 DIN EN ISO 10012 Wie bereits im Abschnitt 3.1.1 ab Seite 11 zur ISO 9001 erläutert, stellt die ISO 10012 eine Anleitung für die Umsetzung eines Messmanagementsystems dar, die es aber zur Erfüllung der ISO 9001 nicht zwingend zu erfüllen gilt. Der Begriff des Messmanagementsystems wird dabei in der ISO 10012 wie folgt definiert.

Messmanagementsystem: „Satz von in Wechselbeziehung oder Wechselwirkung stehenden Elementen, der zur Erzielung der metrologischen Bestätigung und zur ständigen Überwachung von Messprozessen erforderlich ist“. [L 12, K. 3.1, S. 9]

Die ISO 10012 folgt in Ihrer Struktur dem in 2.1.4 auf Seite 6 prinzipiell erläuterten Plan-Do-Check-Act-Zyklus (PDCA) des Deming-Kreises, allerdings bezogen auf ein Messmanagementsystem, wie in Abb. 3.1.4-1 dargestellt.

Abb.3.1.4-1: Messmanagementsystem [L 12, S. 5, Bild 1]


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Die inhaltliche Gliederung durch die auf der Vorseite in Abb. 3.1.4-1 genannten Hauptkapitel 5 bis 8 entspricht sinngemäß der ISO 9001 und soll nachfolgend in ihren wesentlichen Forderungen - insbesondere solche, die über die ISO 9001 hinausgehen - beschrieben werden.

Verantwortung der Leitung Die ISO 10012 definiert den Funktionsbereich Metrologie als von der Organisation zu bestimmende Gesamtverantwortlichkeit für das Prüfmanagementsystem, zuständig für dessen Umsetzung, Dokumentation, Aufrechterhaltung und stetige Verbesserung. Dabei sind auch die Belange der Kunden zu berücksichtigen, was allerdings im betrachteten Fall nur indirekt möglich ist, da gleiche Produkttypen an unterschiedliche Kunden geliefert werden.

Weiterhin muss die Leistungsfähigkeit des Messmanagementsystems an festgelegten Zielen messbar sein und das Messmanagementsystem einer systematischen Bewertung durch die oberste Leitung unterzogen werden, was aber ohnehin im Rahmen der regulären Managementbewertung des QM-Systems erfolgen sollte. [L 12, K. 5, S. 11ff]

Management von Ressourcen Ressourcenmanagement umfasst hier personelle, informative und materielle Ressourcen. Auch einbezogene externe Lieferanten gehören zu den Ressourcen und für sie sind entsprechend Anforderungen festzulegen.

Die Verantwortlichkeiten der zur Unterstützung des Funktionsbereichs Metrologie bestellten und nachweislich befähigten Personen - in der Regel die Messmittelverantwortlichen – definiert dabei der Funktionsbereich Metrologie. Die für die Verwirklichung des Messmanagementsystems benötigten Verfahren und Software müssen dokumentiert, validiert, genehmigt und überwacht werden. Aufzeichnungen über relevante Daten des Messmanagementsystems, wie beispielsweise Messergebnisse oder Kalibrierdaten, sind zu führen und als Historie zu archivieren. Die eindeutige Kennzeichnung inklusive Status der metrologischen Bestätigung der im Messmanagementsystem verwendeten Prüfmittel ist für ihre Verwendung erforderlich. So kann jederzeit ein Prüfmittel und sein Status identifiziert werden, auch um es von nicht konformitätsrelevanten Messmitteln zu unterscheiden.

Die für die Produktkonformität relevanten Prüfmittel müssen benannt sein, sollen erhalten werden und dürfen nur bei gültigem Kalibrierzustand verwendet werden. Verfahren zu Handlungen, die mit oder an Messmitteln vorgenommen werden, müssen implementiert und die Beeinträchtigung von Messmitteln verhindert werden. [L 12, K. 6, S. 13ff]

Metrologische Bestätigung und Durchführung von Messprozessen Ziel der metrologischen Bestätigung ist es, die Eignung eines Prüfmittels für einen Messprozess durch Kalibrierung und Verifizierung angemessen nachzuweisen und das Ergebnis für den Anwender leicht zugänglich zu machen.

Die Zyklen der Metrologischen Bestätigung müssen definiert, überprüft und angepasst werden. Neben der zyklischen Metrologischen Bestätigung hat bei Reparatur, Justage oder Veränderung eine Neubewertung zu erfolgen.

Generell müssen bestätigte Prüfmittel gegen Verstellung gesichert sein, z.B. durch eine eindeutige Versiegelung. Wie immer bei nicht-konformen Prüfmitteln müssen auch bei einer Verstellung Maßnahmen zur Bewertung und Behebung des Fehlers getroffen werden.

Zum Nachweis der Erfüllung der metrologischen Anforderungen sind Aufzeichnungen über die Metrologischen Bestätigungen der Prüfmittel von einem hierzu ermächtigten Personenkreis zu führen. Der Umfang der Aufzeichnungen ist auf Basis der gegebenen Hinweise festzulegen.

Messprozesse als Teil des Messmanagementsystems müssen geplant, beschrieben, umgesetzt und überwacht werden. Die metrologischen Anforderungen im Messprozess sind auf Grundlage eigener, gesetzlicher, behördlicher oder kundenrelevanter Anforderungen zu definieren. Der Aufwand für Messprozesse soll den Bedürfnissen der Organisation und ihrer


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Produkte angemessen sein und dabei sicherstellen, dass Fehler umgehend erkannt und korrigiert werden können.

Der Messprozess muss unter beherrschten Bedingungen ablaufen, was z.B. zugelassene Mess- und Prüfmittel sowie Messverfahren beinhaltet. Aufzeichnungen zum Nachweis der Einhaltung der Anforderungen an den Messprozess sind vom Funktionsbereich Metrologie zu führen.

Messunsicherheiten für Messprozesse und verwendete Mess- und Prüfmittel sind zu bestimmen und zu dokumentieren. Die Rückverfolgbarkeit der Messergebnisse muss über die Kalibrierhierarchie sichergestellt und dokumentiert sein. Die Rückführung kann auch über externe, zertifizierte Kalibrierlaboratorien erfolgen. [L 12, K. 7, S. 20ff]

Analyse und Verbesserung des Messmanagementsystems Dem Funktionsbereich Metrologie obliegt die Überwachung, Analyse und Verbesserung des Messmanagementsystems. Dazu sollen neben Rückmeldungen vom Kunden auch Audits zum Messmanagementsystem - gegebenenfalls im Rahmen der regulären internen Audits - herangezogen werden. Die Metrologischen Bestätigungen und Messprozesse sind zu überwachen, um Abweichungen zu vermeiden, Mängel zu erkennen und umgehend Korrekturen vorzunehmen.

Fehlerhafte oder suspekte Messprozesse müssen identifiziert und kenntlich gemacht werden. Sie dürfen bis zur Beseitigung des Mangels nicht verwendet werden. Fehlerhafte oder suspekte Prüfmittel müssen außer Dienst gestellt und/oder kenntlich gemacht werden. Eine Wiederinbetriebnahme setzt die Beseitigung des Mangels mit anschließender Metrologischer Bestätigung voraus.

Bei Erkennung der Nichterfüllung der Metrologischen Anforderungen eines Prüfmittels müssen die Korrektheit vorangegangener Messungen neu bewertet und Konsequenzen bestimmt werden sowie Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden.

Stetige Verbesserung des Messmanagementsystems ist Aufgabe des Funktionsbereichs Metrologie. Dazu gehört auch das konsequente Umsetzen von Korrekturmaßnahmen bei erkannten Mängeln und die vorbeugenden Beseitigung von potentiellen Fehlerursachen. [L 12, K. 8, S. 33ff]

3.1.5 DIN EN ISO 14001 Entsprechend Ihrem Fokus beschreibt die ISO 14001 in Ihrem Abschnitt „4.5.1 Überwachung und Messung“ überwiegend Forderungen zu Verfahren, Dokumentation und Auswertung umweltrelevanter Messungen. In der einzig direkten Forderung zum Messmittelmanagement wird die Organisation dabei verpflichtet, für Messungen ausschließlich kalibrierte oder verifizierte Messgeräte zu verwenden, diese zu warten und Nachweise über die so sichergestellte Eignung der Messgeräte zu führen. [L 16, K. 4.5.1, S.7]

Die Anleitung zur Anwendung im Anhang der ISO 14001 setzt den Schwerpunkt gleichermaßen auf Verfahren, Dokumentation und Auswertung umweltrelevanter Messungen. Ähnlich wie in der ISO 9001 wird hier allerdings lediglich angeraten, Prüfmittel in bestimmten Intervallen oder vor Gebrauch mit Messnormalen zu kalibrieren oder zu verifizieren und so die Rückführung auf internationale oder nationale Messnormale sicherzustellen. [L 16, K. A.5.1, S.16/17]

3.1.6 DIN 32937 Bei der DIN 32937 „Mess- und Prüfmittelüberwachung – Planen, Verwalten und Einsetzen von Mess- und Prüfmitteln“ handelt es sich um ein rein deutsches Regelwerk. Somit bietet sich eine direkte Anwendung in einem weltweit tätigen Unternehmen nicht an. Weiterhin existiert bei der DIN 32937 auch keine direkte Anbindung an die ISO 9000 Normenfamilie, so wie dies bei der ISO 10012 durch die Anmerkung in der ISO 9001 der Fall ist.


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Nichtsdestotrotz bietet die DIN 32937 wertvolle Hinweise für den Aufbau einer Mess- und Prüfmittelüberwachung, die auch den Anforderungen der ISO 9001 gerecht wird. In ihrem Hauptkapitel 7 „Umsetzung“ werden wichtige Hinweise zur Planung von Prüfprozessen, Verwaltung, Dokumentation und Überwachung gegeben. Hinzu kommen Anforderungen zum Vorgehen bei fehlerhaften Prüfmitteln sowie die Ausgliederung und Verschrottung von Prüfmitteln.

3.1.7 Sonstige Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch eine Reihe anderer als der oben beschriebenen Normen Forderungen an Mess- und Prüfmittel sowie deren Management stellen. Stellvertretend seien hier die Normen VDA 6.1, QS9000 und ISO/TS 16949 aus der Automobilindustrie genant. Weiterhin sei auch die ISO/IEC 17025 erwähnt, die umfassende Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien stellt und deren Erfüllung über Zertifizierungen und Akkreditierungen nachgewiesen werden kann. Da aber keine dieser Normen unmittelbar für den betrachteten Fall relevant ist, sollen diese hier nicht im Detail analysiert werden.

3.2 Aufbau eines Mess- und Prüfmittelmanagementsystems Ein Messmanagementsystem umfasst die drei Kernbereiche Prüfplanung, Prüfmittelverwaltung und Prüfmittelüberwachung. Diese drei Bereiche sollen nachfolgend insbesondere im Hinblick auf die später erläuterte Umsetzung des Mess- und Prüfmittelmanagementsystems dargestellt werden. [L 8, S.59]

3.2.1 Prüfplanung Der umfangreiche Prozess der Prüfplanung ist nicht Gegenstand dieser Arbeit und soll nur der Vollständigkeit halber hier kurz umrissen werden.

Roggensack und Beck definieren den Begriff Prüfplanung.

Prüfplanung: „Prüfplanung ist die Planung aller Qualitätsprüfungen am Produkt und an Teilprodukten im gesamten Ablauf der Produkterstellung. Sie hat das Ziel, alle Prüftätigkeiten und Prüfvorgänge nach ORT, HÄUFIGKEIT, ZEITPUNKT, ART und UMFANG festzulegen.“ [L 6, K. 3.2.1, S. 3]

In diesem Zusammenhang sind sowohl die Prüfprozesse zu planen als auch die Anforderungen an die benötigten Prüfmittel festzulegen. Auf Basis dieser Anforderungen sind dann die Prüfmittel auszuwählen, gegebenenfalls zu Beschaffen und in den Prüfprozess einzugliedern. Ist dieser dann mit den ihm zugeordneten Prüfmitteln nachweißlich zur beabsichtigten Konformitätsprüfung geeignet, kann er freigegeben und eingeführt werden. [L 5, K. 3, S.24ff]

3.2.2 Prüfmittelverwaltung Aufgabe der Mess- und Prüfmittelverwaltung ist es, die Kenndaten der Mess- und Prüfmittel im Unternehmen zu erfassen. Kenndaten sind dabei sowohl unveränderliche Stammdaten, wie beispielsweise Seriennummern oder Inventarnummern, als auch veränderliche Daten, wie beispielsweise Standort oder Kalibrierungen. Ein Prüfmittelverwaltungssystem soll dabei einen schnellen Zugriff auf die relevanten Daten ermöglichen und den Status eines jeden Prüfmittels nachvollziehbar machen. Zusätzlich kann das Prüfmittelverwaltungssystem dem Aufbau von betriebsinternen Kalibrierketten dienen. [L 8, S.64 und L 5, K. 7, S. 94]

Für den Aufbau der Mess- und Prüfmittelverwaltung sind zunächst die unveränderlichen und veränderlichen Daten festzulegen. Dabei kann die bereits erwähnte DIN 32937 hilfreich sein,


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die in ihrem Kapitel 7.2.4 „Daten und Informationen der Mess- und Prüfmittel“ Bespiele für unveränderliche und veränderliche Daten gibt. Diese Daten gilt es dann für alle konformitätsrelevanten Mess- und Prüfmittel zu erfassen und in das Prüfmittelverwaltungssystem einzupflegen. Dazu ist aber auch, wie in Abb. 3.2.2-1 dargestellt, eine Entscheidung notwendig, welche Mess- und Prüfmittel überhaupt konformitätsrelevant und somit als überwachungspflichtig aufzunehmen sind. [L 5, K. 7, S. 100]

Abb.3.2.2-1: Kategorisierung der Mess- und Prüfmittel nach [L 5, K. 4.1, S. 33, Bild 4-1]

Die im Prüfmittelmanagementsystem erfassten Mess- und Prüfmittel sollten in zweckmäßiger Weise strukturiert werden. Mit einer hierarchischen Gliederung, wie in Abb. 3.2.2-2 dargestellt, deren übergeordnete Merkmale für die entsprechenden Untergruppen mit gelten, können dann gleichartige Prüfmittel leicht zusammengefasst und bearbeitet werden, indem zum Beispiel gleiche Kalibrierintervalle oder Kalibrierverfahren für Gruppen gelten. [L 5, K. 7, S.96/97]

Abb.3.2.2-2: Hierarchische Ordnung einer Prüfmittelverwaltung [L 5, K. 7.2, S. 96, Bild 7-1]

Mess- undPrüfmittel

überwachungspflichtigeMess- und Prüfmittel

nichtüberwachungspflichtige

Mess- und Prüfmittel

jaVerwendet

fürKonformitäts-

nachweis?

nein


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Zur Identifizierung des Prüfmittels und zu dessen Aufnahme in die Prüfmittelverwaltung ist eine Inventarisierung des Prüfmittels notwendig. Dabei kann die oben beschriebene Gliederungsstruktur für die Nomenklatur der Prüfmittelkennzeichnung verwendet werden. Es sind aber auch andere Vorgehensweisen wie eine einfache Inventarnummernvergabe möglich.

Die eigentliche Prüfmittelverwaltung selbst kann dann in einem Karteikartensystem, in einer Standardsoftware oder in einer speziellen Software zur Prüfmittelüberwachung erfolgen, abhängig von Bedarf und Nutzen des Unternehmens. Wie auch immer das Prüfmittelverwaltungssystem geartet ist, es muss sowohl generelle Anforderungen an eine Datenbank, wie Datensicherheit oder leichte Handhabbarkeit, als auch spezifische Anforderungen einer Prüfmittelverwaltung, wie Erfassen aller veränderlichen und unveränderlichen Daten, erfüllen. [L 6, K. 3.3, S.4/5]

Die Prüfmitteldatenbank sollte auch für den Beschaffungsprozess herangezogen werden. Nach der Bedarfsermittlung, die auch im Zusammenhang mit der Prüfplanung steht, sollte eine Bestands- und Verfügbarkeitsprüfung vor einer Neubestellung durchgeführt werden, um unnötige Kosten durch einen Überbestand an Prüfmitteln zu vermeiden. [L5, K. 6.1.2, S. 82]

3.2.3 Prüfmittelüberwachung Wie bereits im Kapitel 3.2.2 und in Abb. 3.2.2-1 auf Seite 17 beschrieben, muss ermittelt werden, welche Mess- und Prüfmittel im Unternehmen konformitätsrelevant sind. Nur diese unterliegen der dann der Überwachung. Die Intervalle der Überwachung müssen vom Unternehmen selbst festgelegt werden.

Neben der Verifikation unmittelbar vor der Benutzung stehen für alle anderen Kalibrierungsarten verschiedene Ansätze zur Bestimmung des optimalen Kalibrierintervalls wie in Abb. 3.2.3-1 dargestellt zur Verfügung.

Schrittweise

Anpassung Regelkarte Kalenderzeit Einsatzdauer Prüfung während

des Einsatzes Anwendungs-bereich

Überschaubare Anzahl Standardprüfmittel

Prüfmittel (Voraussetzung ist CAQ-SPC-System)

größere Anzahl ähnlicher Prüfmittel

stark verschleißende Prüfmittel

komplizierte Standardprüfmittel und Sonderprüfmittel

Bewertung Aktuelle Fehlergrenzen

Systematische Messabweichung und Wiederholstandard-abweichung

Anzahl fehlerhafter Prüfmittel je Prüfmittelgruppe

Anzahl der Einsatzstunden

Kalibrierergebnis und Prüfergebnis kritischer Eigenschaften

Ergebnis individuelle Prüfintervall-anpassung, z. B. halbjährlich

Berechnung der Prüfintervalle aus Trendverläufen der Abweichungen

Intervallanpassung für ähnliche Prüfmittel/-gruppen

Individuelle Prüfintervall-anpassung nach Einsatzdauer

Entscheiden über vorzeitige Kalibrierung

Vor-/Nachteile einfache Methode, schnelle Anpassung / individuelle Betrachtung jedes Prüfmittels

begründete Intervall-festlegungen / aufwändiges Verfahren, viele Daten

keine individuelle Betrachtung erforderlich / unscharfe Beurteilung je nach Prüfmittelgruppe

Auslastungs-überwachung, individuelle Anpassung / hoher Aufwand für Ermittlung der Einsatzdauer

Prüfung vor Ort/Entscheidung über kritische Eigenschaften

Abb.3.2.3-1: Methoden zur Ermittlung des Kalibrierintervalls nach [L 6, K. 3.3, S. 18, Abb. 6]

Die Methoden zur Festlegung der Kalibrierintervalle können also statisch, wie im Fall der Kalenderzeit, oder dynamisch, wie bei der Anwendung von Regelkarten, sein. Statische Festlegung ist dabei aber deutlich leichter zu handhaben und daher gängiger als die aufwändige Ermittlung dynamischer Intervalle. Dies verdeutlicht ein weiterer, in Abb. 3.2.3-2 auf Seite 19 dargestellter Ansatz zur Umsetzung dynamischer Kalibrierintervalle der sich bei Linß (s. L2) findet und für den eine aufwändige Datenerfassung der echten Prüfzeit und der Losgrößen notwendig ist. Mit diesen Daten und einem Umweltfaktor, der die


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Einsatzbedingungen des Prüfmittels erfasst, kann ein Wert berechnet werden, der dann im Verhältnis zum statischen Kalibrierintervall Auskunft darüber gibt, ob ein Prüfmittel zur Kalibrierung ansteht.

100)( Pr

1 ×⋅⋅

=∑=

Stat

iüfi

n

ii

T

NTUI

mit: I = erreichtes Kalibrierintervall Ui = Umweltfaktor U = 0,2 .. 0,5 TPrüfi = echte Prüfzeit (Prüfmittel im Einsatz) Ni = Losgröße des Prüfauftrages TStat = statisches Kalibrierintervall

Abb.3.2.3-2: Definition Ermittlung dynamischer Kalibrierintervalle [L 2, K. 12.4, S. 218]

Die Festlegung von Kalibrierintervallen kann also auf einer ganzen Reihe von Einflussfaktoren beruhen, wie beispielsweise Herstellerempfehlungen, Einsatzhäufigkeit, Kosten, usw. Universelle Regeln gibt es nicht, es obliegt dem Unternehmen selbst, die Kalibrierintervalle nach messtechnischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten, wie in Abb. 6.1-2 auf Seite 45 dargestellt, langfristig zu optimieren. Die gewählten Kalibrierintervalle – nicht zu verwechseln mit deren Ermittlungsmethode – sind dabei keineswegs statisch, sie können nach Notwendigkeit jederzeit angepasst werden.

Neben den regulären Kalibrierungen sind so genannte Bedarfskalibrierungen, z.B. im Falle einer Reparatur oder einer vermuteten Fehlfunktion, durchzuführen. Nicht konforme Prüfmittel, aber auch solche die vorübergehend nicht benötigt werden, sind eindeutig zu sperren, sodass eine versehentliche Verwendung ausgeschlossen ist. [L 5, K. 4.3.1, S. 38/39 und S. 42/43]

Die Kalibrierung selbst kann intern oder aber auch extern erfolgen. Für die Entscheidung hierüber sind wie Abb. 3.2.3-3 dargestellt verscheiden Faktoren maßgebend. So sind hier z.B. die technischen Bedingungen sowohl für den Kalibrierumfang als auch die Kalibrierfähigkeit oder aber auch Kosten für die Kalibrierung zu berücksichtigen. Auch hier gibt es keine universelle Richtlinie, erneut muss das Unternehmen den zweckmäßigsten Weg selbst bestimmen.

Abb.3.2.3-3: Vorteile interner und externer Kalibrierung Basis [L 6, K. 3.3, S. 19, Abb. 7]

Vorteile intern:•Kostenvorteile bei

großer Anzahl gleicher Prüfmittel

•Kostenvorteile bei kurzen Kalibrierintervallen

•Erhalt qualifizierterArbeitsplätze

•Nutzung und ErweiterungVon Know-How

•Unterstützung desQualitätsgedankens

•Flexibilität beiBedarfskalibrierungen

Vorteile extern:•Keine Kosten für

qualifiziertes Personal•Keine Investitions- und

Betriebskosten für Labore, Normale und Prüftechnik

•weniger Kosten für Normen, CAQ-Softwareund Prüfanweisungen

•Kein Aufwand für anforderungskonformes Kalibrierlabor

•Entlastung der Mitarbeiter•Einheitliche Dokumentation

Kalibrierung der Prüfmittel


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Allerdings spielt auch die Unternehmensgröße eine Rolle für die Entscheidung über interne oder externe Kalibrierung. Schon die erforderliche Rückführung der Prüfmittel auf nationale und internationale Normale ist gerade für kleinere und mittlere Unternehmen nicht einfach realisierbar. Insbesondere aber die erforderlichen Kalibrieranweisungen sind für kleinere und mittlere Unternehmen nur schwer zu erstellen, auch wenn man hier teilweise auf standardisierte Prüf- und Kalibrieranweisungen zurückgreifen kann. Als Beispiele seien hier die VDI/VDE/DGQ/DKD 2622 für elektrische Größen, die VDI/VDE/DGQ 2618 für Längen und die DKD-Richtlinien zu Kalibrierungen genannt. Dennoch werden gerade kleinere und mittlere Unternehmen externe Hilfe benötigen, um die normkonforme Kalibrierung ihrer Prüfmittel zu realisieren. [L5, K. 6.4, S. 83]

Die in Abb. 3.2.3-4 dargestellten Schwerpunkte einer Prüfanweisung zur Prüfmittelkalibrierung werden bei Roggensack und Beck definiert und sollten in einer Kalibrieranweisung entsprechend abgebildet sein.

PRÜFANWEISUNG ZUR PRÜFMITTELKALIBRIERUNG VORBEREITUNG z.B. Überprüfen der Lieferung, Reinigen, Entmagnetisieren, Temperieren, usw. PRÜFUNG/KALIBRIERUNG z.B. Funktionsprüfung, Beschaffenheitsprüfung, Kalibrierung AUSWERTUNG UND PRÜFURTEIL z.B. Vergleich der Kalibrierwerte mit Abweichungsgrenzen, Einstufung bzw. Rückstufung DOKUMENTATION z.B. Kalibrierschein, Prüfprotokoll, Prüfplakette, Abweichungsdiagramm KONSERVIERUNG UND VERPACKUNG

Abb.3.2.3-4: Schwerpunkte Prüfanweisung zur Kalibrierung nach [L 6, K. 3.3, S. 24, Tab. 3]

Im Idealfall wäre dann eine unternehmensinterne Gesamt-Kalibrieranweisung zu erstellen, die die Vorgaben der standardisierte Prüf- und Kalibrieranweisungen in den Rahmen der in Abb. 3.2.3-4 genannten Schwerpunkte einbindet. L 13, S. 113-115]

Bei externen Kalibrierungen ist bei der Auswahl eines Kalibrierlabors dessen Qualifikation zur Durchführung von Kalibrierungen zu bewerten. Dabei müssen nicht zwingend präzise Kalibrierungen durch beim Deutsche Kalibrierdienst (DKD) akkreditierte Labore durchgeführt werden. Solche DKD-Kalibrierungen orientieren sich immer an der kleinsten erreichbaren Messunsicherheit und sind daher auch aufwand- und kostenintensiv. Ist die Genauigkeit einer DKD-Kalibrierung allerdings gefordert, so ist darauf zu achten, dass das Labor auch eine Akkreditierung für die zu messenden Größen besitzt, d.h. Akkreditierungsumfang und Kalibrieraufgabe müssen sich decken. [L 6, K. 2.3.3, S. 2]

Alternativ zu den DKD-Kalibrierungen lassen die Normen aber auch vereinfachte und entsprechend kostengünstigere Werkskalibrierungen, auch ISO-Kalibrierungen genannt, zu. Auch hier ist auf die entsprechende Fachkompetenz des Labors, z.B. nachgewiesen durch ein ISO 17025 Zertifizierung oder Akkreditierung, zu achten.

Das Ergebnis interner oder externer Kalibrierungen wird in einem Kalibrierschein dokumentiert. Auch für Kalibrierscheine gibt es spezifische Anforderungen, die in der ISO 10012 im Abschnitt 7.1.4 „Aufzeichnungen zum Prozess der metrologischen Bestätigung“ und auch der ISO 17025 im Abschnitt 5.10.2 „Prüfberichte und Kalibrierscheine“ zusammengefasst sind. Neben der Pflicht-Erfassung unveränderlicher Stammdaten zur


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Identifizierung müssen Kalibrierscheine auch relevante Daten zum Kalibriervorgang wie beispielsweise Rückführung und Messergebnisse beinhalten. [L 6, K. 5.2.1, S. 4/5]

Bei Kalibrierscheinen ist zu beachten, dass die Angaben auf DKD- und ISO-Kalibrierscheinen nicht einheitlich sind und dementsprechend differieren können. DKD-Kalibrierscheine sind eher messtechnisch orientiert und enthalten beispielsweise meist kein abschließendes Kalibrierergebnis, sondern es obliegt dem Benutzer das Kalibrierergebnis für seine Anwendung selbst zu bewerten. ISO-Kalibrierscheine hingegen orientieren sich mehr am Kunden und enthalten in der Regel zulässige Toleranzen, zumeist basierend auf den Herstellerangaben, und ein abschließendes Kalibrierergebnis (Gerät innerhalb oder außerhalb der Toleranz).

Neben der Dokumentation im Kalibrierschein muss der Status eines Prüfmittels auch an ihm selbst ersichtlich sein. Dazu sind Prüfmittel neben der Inventarisierungskennzeichnung mit entsprechenden Kalibrierkennzeichnungen zu versehen. Diese geben Auskunft über die Fälligkeit zur nächsten Kalibrierung sowie gegebenenfalls Einschränkungen der Verwendbarkeit bzw. über eine vollständige Sperrung des Prüfmittels. [L5, K. 4.7, S. 49-51]

Wird bei einer Kalibrierung eine unzulässige Abweichung festgestellt, so sind vom Unternehmen entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Das Messgerät muss bis zur Beseitigung der Abweichung gesperrt bzw. aus dem Messprozess entfernt werden. Weiterhin sind die seit der letzten erfolgreichen Kalibrierung durchgeführten Messungen neu zu bewerten, woraus sich weitere Aktionen wie beispielsweise Rückrufe ergeben können.

In Bezug auf die Neubewertung vorangegangener Messungen sei nochmals darauf verwiesen, dass Kalibrierungen im Gegensatz zu Eichungen zeitlich rückwärts gerichtet sind. Sie entlasten also das Prüfmittel für den vergangenen Einsatzzeitraum, was letztlich zu der Konsequenz führt, das Prüfmittel vor der Verschrottung oder auch bei zwischenzeitlicher Einlagerung nochmals kalibriert werden sollten. [L5, K. 4.1, S. 34]

Alle Daten zur Prüfmittelüberwachung müssen als Qualitätsaufzeichnungen entsprechend archiviert werden. [L5, K. 4.9, S. 53]

Die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der Prüfmittelüberwachung sollte regelmäßig in Audits geprüft und die Ergebnisse für den kontinuierlichen Verbesserungsprozess (KVP) herangezogen werden. L 13, S. 113-115]


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4 Neugestaltung des weltweiten Mess- und Prüfmittelprozesses Dieser Abschnitt der Seiten 22 bis 31 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


Michael Waßmann 32

5 Neuordnung der Mess- und Prüfmittel am Standort ██████████ Dieser Abschnitt der Seiten 32 bis 43 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


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6 Kosten des Mess- und Prüfmittelmanagements 6.1 Grundlagen der Kosten Das Management der Mess- und Prüfmittel gehört zum aktiven Risikomanagement der Qualitätssicherung, welches eine der vier operativen Aufgaben des Qualitätsmanagements darstellt. [L 3, K. QMS 5, S. 19]

Zwischen den dann im Rahmen der Qualitätssicherung anfallenden Kosten und der Qualität eines Erzeugnisses, ausgedrückt durch den Vollendungsgrad, besteht die in Abb. 6.1-1 dargestellte Korrelation. Während zunächst der Wert des Vollendungsgrades stärker ansteigt als die Kosten, kehrt sich deren Verhältnis nach Erreichen eines Gleichgewichts um. Je weiter dann der Vollendungsgrad seinem Maximum zustrebt, umso größer werden die Kosten. Diese steigen schließlich bei nur noch marginaler Verbesserung des Vollendungsgrades bis ins Unendliche. [L 1, K. 6.2, S. 93]

Abb.6.1-1: Kosten und Wert als Funktion des Vollendungsgrades [L 1, K. 6.2, S. 94, Abb. 6.2-1]

Die oben beschriebene Korrelation führt zu der Schlussfolgerung, dass akzeptable Qualität und dafür entstehende Kosten in einem ausgewogenen Verhältnis stehen müssen. Die dann entstehenden Qualitätskosten unterteilen sich in Fehlerverhütungskosten, Prüfkosten und Fehlerkosten. [L 1, K. 6.2, S. 93/94]

Auch die im Management der Mess- und Prüfmittel anfallenden Kosten sind dem Bereich der Qualitätskosten zuzuordnen und lassen sich nach anderen Gesichtspunkten auch in Organisationskosten und Prüfmittelkosten einteilen. [L 5, K. 8.1, S. 106]

Kosten für die Organisation des Managements der Mess- und Prüfmittel entstehen dabei durch Aufbau, Einführung und Aufrechterhaltung eines Prüfmittelmanagements samt Prüfmittelverwaltung, Aufbau und Betrieb von Kalibriereinrichtungen, Qualitätsaudits oder auch Logistik im Zusammenhang mit Kalibrierungen. [L 5, K. 8.1, S. 107]

Durch eine zweckmäßige und flexible Organisation des gesamten Prüfmittelmanagements samt Kalibrierorganisation und durch ein praxisorientiertes Prüfmittelüberwachungssystem lassen sich in diesem Bereich die Grundlagen für einen wirtschaftlichen Umgang mit den Mess- und Prüfmitteln legen. [L 8, S. 82]

Prüfmittelkosten hingegen betreffen das Prüfmittel selbst. Dazu gehören Kosten für Auswahl und Beschaffung, Verwaltung und Kennzeichnung, Prüfmittelfähigkeitsuntersuchungen, Betrieb und Instandhaltung, Kalibrierung, Lagerung und Verschrottung. [L 5, K. 8.1, S. 107]


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Besonderes Augenmerk verdienen hierbei die Kosten für Kalibrierungen, können sie doch bei entsprechender Lebensdauer die Kosten für die Beschaffung eines Prüfmittels deutlich übersteigen. Allerdings besteht zwischen den Kalibrierkosten und den Fehlerkosten die in Abb. 6.1-2 dargestellte Korrelation über die Zeit. Reduziert man die Kalibrierkosten durch Verlängerung der Kalibrierintervalle so steigen die Fehlerkosten. Umgekehrt sinken die Fehlerkosten bei erhöhten Kalibrierkosten durch verkürzte Kalibrierintervalle. [L 6, K. 3.3, S. 13/14]

Abb.6.1-2: Kostenoptimale Festlegung des Kalibrierintervalls [L 6, K. 3.3, S. 14, Abb. 4]

Ähnlich also wie zwischen Vollendungsgrad und Kosten gilt es auch hier zwischen Kalibrierkosten und Fehlerkosten eine Kompromissentscheidung zu treffen. So sind einerseits das Risiko des Einsatzes fehlerhafter Prüfmittel und die damit verbundenen falschen Messergebnisse und andererseits übermäßige Kosten für zu kurzfristig gewählte Kalibrierintervalle gegeneinander abzuwägen.

Gelingt die Optimierung der Kalibrierintervalle bei gleichzeitiger Zuverlässigkeit der Messergebnisse, so ist der erste Schritt zur langfristigen Eliminierung der Fehlerkosten wie in Abb. 6.1-3 dargestellt getan.

Abb.6.1-3: Fehlerkostensenkung durch optimale Kalibrierintervalle [L 6, K. 3.3, S. 15, Abb. 5]


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Wie der Abb. 6.1-3 auf Seite 45 zu entnehmen ist, steigen prinzipiell die Fehlerverhütungskosten langfristig an, während die Prüf- und Fehlerkosten sinken. Die sinkenden Prüfkosten beinhalten dabei auch die Kalibrierkosten, deren Beitrag aber immer in Relation zu der Zuverlässigkeit der Messergebnisse gesehen werden muss.

Insofern müssen die optimalen Kalibrierintervalle und die damit verbundenen Kalibrierkosten erst einmal ermittelt werden, um zu beurteilen, welchen Beitrag sie zu den Prüfkosten tatsächlich leisten und ob sich dieser dann langfristig vermindert oder gar erhöht. Zusätzlich kann die Eliminierung der Fehlerkosten dann, wie in Abb. 6.1-3 auf Seite 45 dargestellt, durch geregelte Abläufe im Umgang mit Mess- und Prüfmitteln unterstützt werden.

Neben der reinen Betrachtung der Kalibrierintervalle ist auch die Frage nach der Art der durchgeführten Kalibrierung bzw. der ausführenden Kalibrierstelle im Hinblick auf die Kalibrierkosten relevant. Wie bereits im Kapitel 3.2.3 erläutert, unterscheidet man in Abhängigkeit von der Kalibriergenauigkeit zwischen DKD- und ISO-Kalibrierungen, wobei die DKD-Kalibrierungen sich immer an der kleinsten erreichbaren Messunsicherheit orientieren und daher auch kostenintensiv sind. Die Abb. 6.1-4 verdeutlicht den Kostenunterschied zwischen DKD- und ISO-Kalibrierungen exemplarisch.

Digitalmultimeter Datron 1281

kalibriert teilkalibriert

DKD 650 € 380 €

ISO, extern 315 € 200 €

ISO, intern nur mit sehr hohem Aufwand möglich: Messraum ca. 50.000 €, Kalibrator ca. 25.000 €

Abb.6.1-4: Kostenvergleich in Abhängigkeit der Kalibrierstelle nach [L 8, S. 83]

Zusammenfassend wird man im Bereich der Kosten des Mess- und Prüfmittelmanagements nach Optimierung der Organisationskosten und der Prüfmittelkosten streben, mit dem langfristigen Ziel die Fehlerkosten zu eliminieren. Ein spezielles Augenmerk ist bei diesem Prozess auf die Kalibrierkosten zu richten.

6.2 Betrachtungen zu den aktuellen Kosten Dieser Abschnitt der Seiten 46 und 47 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


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6.3 Vorschläge zur Kostenoptimierung Dieser Abschnitt der Seiten 47 und 48 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


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7 Messergebnis und Eignung von Prüfmitteln und Prozessen 7.1 Grundlagen des vollständigen Messergebnisses 7.1.1 Messabweichungen Bei jeder Messung besteht eine Differenz zwischen dem gemessenen und dem tatsächlichen Wert eines Prüflings, die man als Messabweichung bezeichnet. Die Ursachen für Messabweichungen sind dabei vielschichtig, wie im Ishikawa-Diagramm in Abb. 7.1.1-1 dargestellt.

Abb.7.1.1-1: Ursachen für Messabweichungen [L 6, K. 4.2.1, S. 4, Abb. 3]

Messabweichungen werden in Abhängigkeit ihrer Reproduzierbarkeit in systematische und zufällige Messabweichungen unterschieden. Systematische Messabweichungen sind weitestgehend durch Berechnung oder Vergleichsmessung erfassbar und können in Form der Korrektion K zur Korrektur eines Messwertes herangezogen werden. Zufällige Messabweichungen hingegen sind nicht reproduzierbar und bilden einen Unsicherheitsfaktor für das Messergebnis. Sie werden in Form der Messunsicherheit U erfasst. Die Abb. 7.1.1-2 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen systematischer und zufälliger Messabweichung und den daraus resultierenden Kenngrößen Korrektion K und Messunsicherheit U. [L 6, K. 4.2.1, S.1/2]

Abb.7.1.1-2: Berücksichtigung der Messabweichungen im Messergebnis [L 6, K. 4.2.1, S.3, Abb.2]


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7.1.2 Messunsicherheit und Messergebnis Jedes Messergebnis ist mit einer Messunsicherheit behaftet. Die praktische Bedeutung der Messunsicherheit ist dabei sehr groß, beeinflusst sie doch bei Konformität nachweisenden Messungen den Übereinstimmungsbereich, also den Bereich in Abb. 7.1.2-1, in dem das Messergebnis sicher die vorgegebene Spezifikation erfüllt.

Abb.7.1.2-1: Übereinstimmungs- und Unsicherheitsbereiche [L 22, K. 7.1.6, S. 8, Bild 2]

Die Größe der Messunsicherheit ist für die Beurteilung eines Messergebnisses sehr bedeutsam. Entsprechend der DIN V ENV 13005 definiert die DGQ in ihrem Band Prüfmittelmanagement den Begriff der Messunsicherheit wie folgt.

Messunsicherheit: “Dem Messergebnis zugeordneter Parameter, der die Streuung der Werte kennzeichnet, die vernünftigerweise der Messgröße zugeordnet werden können.“ [L 5, K. 5.1.3, S. 56]

Ein Messergebnis ist demnach nie absolut, sondern muss immer im Zusammenhang mit der beigeordneten Messunsicherheit gesehen werden. [L 5, K. 5.1, S. 55]

Die Bestimmung des Messergebnisses inklusive der Messunsicherheit erfolgt in mehreren Schritten. Diese folgen schematisch dem in Abb. 7.1.1-2 auf Seite 49 dargestellten Ablauf und sind in mathematischer Form in Abb. 7.1.2-2 auf Seite 51 beschrieben.

Neben der bereits erwähnten Korrektion K zur Erfassung der bekannten systematischen Messabweichung im Messergebnis selbst, werden alle unbekannten systematischen und alle zufälligen Messabweichungen in der erweiterten Messunsicherheit U zusammengefasst. Auch der Begriff der erweiterten Messunsicherheit ist im Band „Prüfmittelmanagement“ der DGQ in Anlehnung an die DIN V ENV 13005 definiert.

Erweiterte Messunsicherheit: “Kenngröße, die einen Bereich um das Messergebnis kennzeichnet, von dem erwartet werden kann, dass er einen großen Anteil der Verteilung der Werte umfasst, die der Messgröße vernüftigerweise zugeordnet werden können.“ [L 5, K. 5.1.3, S. 57]

Die erweiterte Messunsicherheit setzt sich zusammen aus den geschätzten Anteilen der unbekannten systematischen Messabweichungen sowie den zufälligen Messabweichungen, beides ermittelt in Form von Standardunsicherheiten. Zusammengefasst ergeben diese zunächst die kombinierte Standardunsicherheit u(y).

Die eigentliche Ermittlung der erweiterten Messunsicherheit U eines Messergebnisses Y erfolgt dann über die Multiplikation der kombinierten Standardunsicherheit u(y) mit einem Erweiterungsfaktor k. Dieser wird auf der Basis der geforderten Überdeckungs-wahrscheinlichkeit für den Bereich (y – U) bis (y + U) festgelegt, d.h. es wird gemäß obiger Definition ein Bereich mit einem großen Anteil zuordenbarer Werte um das Messergebnis bestimmt. Bei einer üblichen Normalverteilung der Werte geschieht dies für den


Michael Waßmann 51

Erweiterungsfaktor k = 2 mit einer Überdeckungswahrscheinlichkeit von 95%. Je größer also der Erweiterungsfaktor k gewählt wird, umso größer ist die erweiterte Messunsicherheit. Damit einhergehend verkleinert sich nach Abb. 7.1.2-1 auf Seite 50 der Übereinstimmungs-bereich und die Konformitätsaussage wird zunehmend sicherer. [L 5, K. 5.1 u. 5.2, S. 55ff]

Geschätzte Standardunsicherheit der systematischen Messabweichungen

( ) baxu B ⋅= mit: u(x)B = Standardunsicherheit Methode B a = Grenzwert b = Verteilungskoeffizient

Ermittelte Standardunsicherheit derzufälligen Messabweichungen

( )∑=

−−

=n

ii xx

ns

1

2

11

mit: s = Standardunsicherheit Typ A x = arithmetischer Mittelwert xi = Messwert

kombinierte Standardunsicherheit

( ) ( )∑∑==

+=n

iBi

n

iAi xuxuyu

1

2

1

2)(

mit: u(y) = kombinierte Standardunsicherheit u (xi)2

A = Standardunsicherheiten nach Methode A u2(xi)2

B = Standardunsicherheiten nach Methode B

erweiterte Messunsicherheit

( )yukU ⋅= mit: U = erweiterte Messunsicherheit k = Erweiterungsfaktor

bei Normalverteilung: k=2: 95% k=3: 99,7% k=4: 99,996%

u(y) = kombinierte Standardunsicherheit

Schätzen der Standardunsicherheit nach DGQ Band 13-61, Prüfmittelmanagement

[L 5, K. 5.2.2, S. 60]

Messergebnis

UyY ±= mit: Y = vollständiges Messergebnis y = korrigierter Messwert U = erweiterte Messunsicherheit

Korrigierter Messwert

Kxy += mit: y = korrigierter Messwert x = arithmetischer Mittelwert

arithmetischer Mittelwert

∑=

=n

iix

nx

1

1

mit: x = arithmetischer Mittelwert xi = Messwert

Ermittelte Standardunsicherheit derzufälligen Messabweichungen bei Wiederholungsmessungen

( )n

Sxu nA =

mit: u(x)A = Standardunsicherheit Methode A Sn = Standardunsicherheit

Korrektion

xK Δ−= mit: K = Korrektion Δx = bekannte systematische

Messabweichung

Messung mit: n = Anzahl der Messungen xi = Messwert

Abb.7.1.2-2: das vollständige Messergebnis Basis [L 6, K. 4.3.2, S. 3 und L 5, K. 5.2, S. 58ff]


Michael Waßmann 52

Das vollständige Messergebnis Y ergibt sich dann aus dem über die Korrektion ermittelten korrigierten Messwert y und der erweiterten Messunsicherheit U, wobei letztere wie oben ausgeführt vom Erweiterungsfaktor k aber auch von der ermittelten kombinierten Standardunsicherheit u(y) abhängig ist.

Der Zusammenhang zwischen kombinierte Standardunsicherheit u(y), Erweiterungsfaktor k, erweiterter Messunsicherheit U, korrigiertem Messwert y und Messergebnis Y wird in Abb. 7.1.2-3 noch einmal anschaulich dargestellt.

Abb.7.1.2-3: Messergebnis Y und erweiterte Messunsicherheit U nach [L 5, K. 5.1.2, S. 55, Bild 5-2]

7.2 Messunsicherheit bei Kalibrierungen durch und für ██████████ Dieser Abschnitt der Seite 52 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.

7.3 Messsystemanalyse nach QS 9000 Der Nachweis der Eignung von Prüfmitteln und Prüfprozessen ist vor allem in den Normen und Richtlinien der Automobilindustrie verankert. Ein seit langem bekanntes Verfahren stellt hier die Messsystemanalyse nach QS 9000 dar, die sich in Messmittel- und Messprozess-fähigkeitsuntersuchung gliedert. Diese sollen nachfolgend in ihrer Theorie kurz umrissen und die Basis für eine zukünftige praktische Einführung gelegt werden.

Messergebnis Y

U = k x u(y) U = k x u(y)

erweiterterUnsicherheitsbereich U

erweiterterUnsicherheitsbereich U

Messwert y

Messgröße


Michael Waßmann 53

7.3.1 Messmittelfähigkeitsuntersuchung Ziel der Messmittelfähigkeitsuntersuchung (Verfahren1) nach QS 9000 ist die Beurteilung der Eignung eines Messmittels unter realen Betriebsbedingungen für eine bestimmte Prüfaufgabe. Dazu wird die in Abb. 7.3.2-1 auf Seite 54 dargestellte Wiederholpräzision eines Messmittels durch Messreihen an einem Muster oder Normal durch nur einen Prüfer bestimmt. Zur Beurteilung werden dann zwei Kennzahlen ermittelt, die Fähigkeitskennzahl cg und die kritische Fähigkeitskennzahl cgk. Zu deren Ermittlung wird zunächst eine Wiederholmessreihe von 25 ≤ n ≤ 50 Messungen durchgeführt und für diese deren Mittelwert und Standardabweichung bestimmt. Auf Basis dieser Werte und in Abhängigkeit der zulässigen Toleranz des späteren Prüflings können dann die beiden Fähigkeitskennzahlen ermittelt werden. Die eigentliche Bestimmung der Fähigkeitskennzahlen erfolgt zweckmäßigerweise in einem Excel-Spreadsheet unter Einbindung der entsprechenden Formeln, wie in Abb. 7.3.1-1 dargestellt. [L 6, K. 4.5.1, S.4ff und L 6, K. 4.5.2, S.1ff]

Abb.7.3.1-1: Formblatt Messmittel-Fähigkeitsuntersuchung [L 6, K. 4.5.2, S. 3, Abb. 2]


Michael Waßmann 54

Abhängig von den ermittelten Werten für die Fähigkeitskennzahl cg und der kritischen Fähigkeitskennzahl cgk kann dann ein Messmittel als geeignet oder ungeeignet eingestuft werden. Die Abb. 7.3.1-1 auf Seite 53 stellt dabei eine mögliche Berechnung der Kennzahlen dar, bei der nur für Werte von cg ≥ 1 und cgk ≥ 1 ein Messmittel als geeignet eingestuft wird. [L 6, K. 4.5.2, S.5]

Die Berechnung der Fähigkeitskennzahl cg und der kritischen Fähigkeitskennzahl cgk kann aber durchaus auch auf anderer Grundlage erfolgen, abhängig z.B. von firmeninternen Spezifikationen oder Kundenanforderungen. Dann können die Berechnungsgleichungen und auch die zulässigen Grenzwerte für cg und cgk anders aussehen. [L 6, K. 4.5.1, S.4]

Neben den Fähigkeitskennzahlen spielt auch die Auflösung des Messmittels, also seine Fähigkeit hinreichend kleine Messwerte anzuzeigen, eine Rolle bei der Beurteilung der Eignung des Messmittels. Auch die Auflösung wird in dem Spreadsheet in Abb. 7.3.1-1 auf Seite 53 auf Basis des Skalenwertes Skw und der zulässigen Toleranz T ermittelt. Für die so ermittelte Toleranzauflösung wird üblicherweise ein Minimum von ≤5% veranschlagt, andernfalls ist die Auflösung zu gering. [L 6, K. 4.5.1, S.5]

Anhand der Auflösung, der Fähigkeitskennzahl cg und der kritischen Fähigkeitskennzahl cgk kann schließlich die Wiederholpräzision wie in Abb. 7.3.2-1 dargestellt überprüft und die Eignung eines Messmittels für eine bestimmte Messaufgabe ermittelt werden.

7.3.2 Messprozessfähigkeitsuntersuchung Erst nach erfolgreicher Messmittelfähigkeitsuntersuchung kann eine Messprozessfähigkeits-untersuchung (Verfahren 2) durchgeführt werden, die ebenfalls bedingt durch firmeninterne Spezifikationen oder Kundenanforderungen vom hier dargestellten Verlauf abweichen kann. Die Messprozessfähigkeitsuntersuchung dient zur Überprüfung der in Abb. 7.3.2-1 dargestellten Wiederhol- und der Vergleichspräzision sowie der Ermittlung der Gesamtstreuung des Messprozesses bei Aufnahme von bis zu drei Messreihen mit je 5 ≤ n ≤ 10 Messungen durch mehrere Prüfer. [L 6, K. 4.5.1, S.6]

Abb.7.3.2-1: Wiederhol- und Vergleichspräzision [L 6, K. 4.5.1, S. 6, Abb. 3 und S. 7, Abb. 4]

Auch die Ermittlung der Messprozessfähigkeit erfolgt zweckmäßigerweise in einem – wie in Abb. 7.3.2-2 auf Seite 55 dargestellten – Excel Spreadsheet, indem die Berechnungen automatisch durchgeführt werden. Über die Bestimmung der arithmetischen Mittelwerte und Spannweiten über alle Prüfer lassen sich dann die Wiederholpräzision W und die Vergleichspräzision N bestimmen. Mit diesen Werten erhält man dann den Gesamtstreubereich V, der die Grundlage zur Ermittlung des relativen Gesamtstreubereichs fgV ist. Dieser Wert stellt dann die Repeatability and Reproducibility (R&R) dar und bildet die Grundlage für die Entscheidung über die Eignung des Messprozesses. Für einen Gesamtstreubereich von fgV ≤ 20% ist der Prozess geeignet, für einen Gesamtstreubereichs fgV > 30% ist der Prozess ungeeignet und zwischen diesen Werten wird er als bedingt


Michael Waßmann 55

geeignet eingestuft. Optional kann das Messergebnis über einen Ausreißertest abgesichert werden. [L 6, K. 4.5.1, S.4ff und L 6, K. 4.5.3, S.1ff]

Abb.7.3.2-2: Formblätter Messprozessfähigkeitsuntersuchung [L 6, K. 4.5.3, S. 3, Tab. 1 und S. 4, Tab. 2]

7.4 Möglichkeiten für eine Messsystemanalyse bei ██████████ Dieser Abschnitt der Seiten 55 bis 58 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


Michael Waßmann 59

8 Diskussion der Ergebnisse Dieser Abschnitt der Seiten 59 und 60 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


Michael Waßmann 61

9 Ausblick Dieser Abschnitt der Seite 61 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


Michael Waßmann 62

10 Zusammenfassung Dieser Abschnitt der Seite 62 ist nicht zur Veröffentlichung zugelassen.


Michael Waßmann A-1

A Anhang A1 Literaturverzeichnis Lit.- Titel Nr.

Autor / Herausgeber

Auflage Nr. – Jahr

Verlag – ISBN

1 Industriebetriebslehre, Vorlesungsmanuskript

Morghen, Dietrich 2 – 2004 FH Braunschweig / Wolfenbüttel

2 Qualitätsmanagement für Ingenieure

Linß, Gerhard 1 – 2002 Hanser Verlag – 3-446-21763-0

3 Qualitätsmanagementsysteme und internes Audit, Lehrgangsunterlagen

Deutsche Gesellschaft für Qualität

12 – 07/2004


4 Qualitätsmanagementsysteme in der Anwendung, Lehrgangsunterlagen


8 – 07/2004


5 Prüfmittelmanagement, DGQ Band 13-61


2 – 2003 Beuth Verlag – 3-410-32960-9

6 Der Mess- und Prüfmittelbeauftragte

Roggensack, Jörg Beck, Christian

1 – 2005 WEKA MEDIA – 3-8111-2481-0

7 Quickguide Der Mess- und Prüfmittelbeauftragte

Roggensack, Jörg

1 – 2004 WEKA MEDIA

8 Prüfmittelbeauftragter, Teilnehmerunterlagen TÜV Saarland Seminar 6-02-58

Roggensack, Jörg

12/2006 TÜV Saarland

9 DIN EN ISO 9000:2005 Qualitätsmanagementsysteme – Grundlagen und Begriffe

Deutsches Institut für Normung

12/2005 Beuth Verlag

10 DIN EN ISO 9001:2000 Qualitätsmanagementsysteme – Anforderungen



11 DIN EN ISO 9004:2000 Qualitätsmanagementsysteme – Leitfaden zur Leistungs- verbesserung



12 DIN EN ISO 10012:2004 Qualitätsmanagementsysteme – Anforderungen an Messprozesse und Messmittel



13 Q-Jahrbuch 2001, Seite 101-131: Prüfmittelmanagement und Kalibrierung

Michael Cassel 2000 Hanser Verlag – 3-446-21381-3

14 TL 9000 Quality Management System Requirements Handbook

QuEST Forum 4.0 – 06/2006

QuEST Forum

15 TL 9000 Quality Management System Measurements Handbook

QuEST Forum 4.0 – 12/2006

QuEST Forum



16 DIN EN ISO 14001:2005 Umweltmanagementsysteme - Anforderungen mit Anleitung zur Anwendung



17 Internationales Wörterbuch der Metrologie


2 – 1994 Beuth Verlag – 3-410-13086-1

18 Integrierte Managementsysteme, Lehrbrief

Marx, Jan-FrederikBentlage, Jörg

05/2004 FH Braunschweig / Wolfenbüttel

19 Vertiefungslehrgang DGQ-Qualitätsfachkraft Lehrgangsunterlagen


04/2005 Deutsche Gesellschaft für Qualität

20 Schrift DKD-5: Anleitung zum Erstellen eines DKD-Kalibrierscheines

Deutscher Kalibrierdienst

07/2005 Deutscher Kalibrierdienst

21 DKD Merkblatt: Ausstellung von Werkskalibrierscheinen

Deutscher Kalibrierdienst

10/2007 Deutscher Kalibrierdienst

22 DIN 32937:2006 Mess- und Prüfmittelüberwachung – Planen, Verwalten und Einsetzen von Mess- und Prüfmitteln



Hinweise zu Quellen, Zitaten und Abbildungen • Quellenangaben zu Texten folgen der Nomenklatur [L α, K. β, S. γ]. Wörtliche Zitate sind

dabei kursiv dargestellt und in Anführungszeichen gesetzt. • Quellenangaben für der Literatur entnommene Abbildungen folgen der

Nomenklatur [L α, K. β, S. γ, Abb. δ]. • Außer bei Überschriften wurde die in der Literatur übliche Kurzform der Normen benutzt,

d.h. beispielsweise ISO 9000 statt der vollständigen Bezeichnung DIN EN ISO 9000.

Internet http://www.dkd.de

http://www.outservice.de

http://www.qm-infocenter.de



A2 Abbildungsverzeichnis (gekürzt)

Abb.-Nr. Bildbezeichnung Seite

2.1.4-1: prozessorientiertes Qualitätsmanagementsystem ......................................................6 2.1.5-1: Prozesskonzept...........................................................................................................7 2.2.1-1: Messgrößen der Fertigungsmesstechnik ....................................................................7 2.2.4-1: metrologische Bestätigung ..........................................................................................9 2.2.4-2: erweiterte Kalibrierung ..............................................................................................10 2.2.6-1: Kalibrierhierarchie .....................................................................................................10 3.1.3-1: TL 9000 Modell..........................................................................................................12 3.1.4-1: Messmanagementsystem .........................................................................................13 3.2.2-1: Kategorisierung der Mess- und Prüfmittel .................................................................17 3.2.2-2: Hierarchische Ordnung einer Prüfmittelverwaltung...................................................17 3.2.3-1: Methoden zur Ermittlung des Kalibrierintervalls ........................................................18 3.2.3-2: Definition Ermittlung dynamischer Kalibrierintervalle ................................................19 3.2.3-3: Vorteile interner und externer Kalibrierung................................................................19 3.2.3-4: Schwerpunkte Prüfanweisung zur Kalibrierung.........................................................20 6.1-1: Kosten und Wert als Funktion des Vollendungsgrades................................................44 6.1-2: Kostenoptimale Festlegung des Kalibrierintervalls.......................................................45 6.1-3: Fehlerkostensenkung durch optimale Kalibrierintervalle..............................................45 6.1-4: Kostenvergleich in Abhängigkeit der Kalibrierstelle .....................................................46 7.1.1-1: Ursachen für Messabweichungen .............................................................................49 7.1.1-2: Berücksichtigung der Messabweichungen im Messergebnis....................................49 7.1.2-1: Übereinstimmungs- und Unsicherheitsbereiche........................................................50 7.1.2-2: das vollständige Messergebnis .................................................................................51 7.1.2-3: Messergebnis Y und erweiterte Messunsicherheit U ................................................52 7.3.1-1: Formblatt Messmittel-Fähigkeitsuntersuchung..........................................................53 7.3.2-1: Wiederhol- und Vergleichspräzision..........................................................................54 7.3.2-2: Formblätter Messprozessfähigkeitsuntersuchung.....................................................55



A3 Abkürzungsverzeichnis (gekürzt) Abkürzung Erläuterung

CAQ Computer Aided Quality

Deming-Kreis Regelkreis des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses, der dem Plan-Do-Check-Act-Zyklus (PDCA) folgt.

DGQ Deutsche Gesellschaft für Qualität

DIN Deutsches Institut für Normung (korrigiert gegenüber der Originalfassung der Masterarbeit)

DKD Deutscher Kalibrierdienst

EN Europäische Norm

ESD Electrostatic Discharge

ISO Internatonal Standardization Organization (korrigiert gegenüber der Originalfassung der Masterarbeit)

K Korrektion

KVP Kontinuierlicher Verbesserungsprozess

Oracle Die Oracle Corporation ist ein amerikanischer Softwarehersteller. Im Rahmen dieser Masterarbeit ist mit Oracle dessen gängiges Warenwirtschaftssystem „Oracle E-Business Suite“ gemeint.

PDCA Plan-Do-Check-Act

PTB Physikalisch Technische Bundesanstalt

QS 9000 Quality Standard 9000 ist eine von General Motors, Chrysler und Ford entwickelter Qualitätsstandard der Automobilindustrie, der auf den Forderungen der ISO 9000 Familie aufsetzt.

R&R Repeatability and Reproducibility

SAP Die heutige SAP AG (ursprünglich: „Systemanalyse und Programmentwicklung“) ist ein in Deutschland ansässiger Softwarehersteller. Im Rahmen dieser Masterarbeit ist mit SAP dessen gängiges Warenwirtschaftssystem „SAP/R3“ gemeint.

SPC Statistical Process Control

TL 9000 Die Telecom Leadership 9000 ist eine Qualitätsstandard der Telekommunikationsindustrie, der auf den Forderungen der ISO 9000 Familie aufsetzt.

TQM Total Quality Management

U Erweiterte Messunsicherheit



A4 Ehrenwörtliche Erklärung Ich erkläre hiermit ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Masterarbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst habe. Andere als die angegebenen Quellen wurden von mir nicht benutzt. Den angegebenen Quellen wörtlich oder inhaltlich entnommene Stellen habe ich als solche kenntlich gemacht. Diese Masterarbeit wurde bisher noch nicht veröffentlicht und keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt.

München, den 07.10.2008 Michael Waßmann

A5 Danksagung Ich danke der Firma ██████████ GmbH, dass sie mir die Möglichkeit zur Durchführung meiner Masterarbeit gegeben hat. Besonders möchte ich mich in diesem Zusammenhang bei Herrn Dipl.-Phys. Univ. Gerhard Heimlinger bedanken.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Dietrich Morghen und Herrn Dipl.-Ing. Matthias Portugall danke ich für die kompetente Betreuung und die wertvollen Anregungen.

Mein besonderer Dank gilt meiner Frau Katharina Waßmann, ohne deren Ausdauer und Verständnis diese Masterarbeit nicht möglich gewesen wäre.

Analyse und Optimierung des Managements der Mess- und ... · Der Begriff Prüfmittel wird weder in der ISO 9000 noch in der ISO 10012 definiert. Daher soll

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