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Wissensbasierte Systeme als neuer QS-Ansatz:


09.01.1987 - 

Qualitätsplanung muß möglichst früh beginnen

Im Bereich der Qualitätssicherung (QS) stoßen konventionelle Softwareverfahren leicht an ihre Grenzen. Einen Ausweg aus dieser Situation sieht Josef Kring im Einsatz wissensbasierter Systeme bei der Qualitätsplanung. Zentrales Thema ist für ihn dabei nicht die Anwendung von KI-Methoden, sondern die fachliche Aufgabenstellung.

Der ständig steigende Automatisierungsgrad in der Produktion sowie die Forderung nach kurzen Durchlaufzeiten und geringen Lagerbeständen konzentrieren die Aufmerksamkeit in der Qualitätssicherung auf die Fehlerverhütung. Dieses Ziel läßt sich erreichen, wenn bereits in Entwicklung und Konstruktion die Aspekte fehlerfreier Produkte berücksichtigt und in der Produktion möglichst frühzeitig geprüft werden.

Eine frühzeitige Kontrolle ist infolge einer Vielzahl möglicher Prüfungen an Werkstoffen, Einzelteilen und Baugruppen nur dann wirtschaftlich realisierbar, wenn bekannt ist, welche Prüfungen zur Sicherstellung der Produktqualität unbedingt erforderlich sind. Die Festlegung der zu prüfenden Merkmale an einer produzierten Einheit ist die eigentliche Aufgabe der Qualitätsplanung, die sich über die ganze Produktentstehung - Definition, Planung und Realisierung - hinzieht.

Bei dieser Aufgabe sind komplexe Zusammenhänge zu berücksichtigen, die sowohl das Produkt selbst, die zur Verfügung stehenden Produktionsmittel und äußere Einflüsse (Kundenforderungen, Leistungsfähigkeit der Lieferanten, Gesetzesforderungen, Verhalten des Marktes) betreffen.

Ein weiterer Aspekt ist die Abhängigkeit der Produktqualität nach bestimmten Produktionsstufen von den vorhergehenden Produktionsstufen. Die Qualitätsplanung, das heißt das Definieren von Qualitätsmerkmalen und deren Ausprägung, erfordert vom Planer umfassendes Wissen über die Sachzusammenhänge aus mehreren Bereichen und das Einbringen aktuellen Wissens über die Prozeßfähigkeiten in der Produktion.

Zur Beschreibung der qualitativen Zusammenhänge der Qualitätsplanung wurde ein Modell entworfen, das die systematisierbaren Abläufe enthält. Diese Zusammenhänge und

Abläufe sind allgemeingültig und vom jeweiligen Wissen unabhängig, das zur konkreten Planung in einem realen Umfeld notwendig ist.

Das in der Abbildung dargestellte Modell zeigt die Qualitätsplanung als ein in ein umfassendes Qualitätssicherungssystem eingebundenes Funktionsmodul. Der Datenaustausch mit dem Prüfplanungssystem und einem Qualitätsinformationssystem ist zur Gewährleistung aktueller Planungsdaten erforderlich.

Die Aufgabe der Qualitätsplanung, nach wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten Qualitätsmerkmale zu ermitteln, kann nur dann erfüllt werden, wenn der Planer sich darüber im Klaren ist,

- welche Risiken, die ein Entstehen von Fehlern ermöglichen, in der Produktion vorhanden sind und

- welche Maßnahmen er ergreifen kann, um das Risiko klein zu halten.

Das Wissen über die vorhandenen Risiken, im folgenden "Fehlermöglichkeiten" genannt, ist im Betrieb in unterschiedlichen Fachbereichen vorhanden. Dieses Know-how muß für den Qualitätsplaner verfügbar sein und so strukturiert vorliegen, daß er Maßnahmen zur Risikominimierung ableiten kann.

Maßnahmen zur Risikominimierung können konstruktive Änderungen am Produkt oder geänderte Produktionsverfahren beinhalten. Da diese Änderungen aus wirtschaftlichen oder technischen Gründen häufig nicht möglich sind, kann eine Risikominimierung nur durch das Festlegen von Qualitätsmerkmalen, deren Überwachung in der Produktion und die Behebung dabei entdeckter Qualitätsmängel erfolgen.

Das Planungswissen über Fehlermöglichkeiten, deren Ursachen und deren Auswirkungen stellt eine maßgebliche Bestimmungsgröße für die getroffenen Maßnahmen dar. Die Aktualität und Exaktheit dieses Wissens ist deshalb von größter Bedeutung.

Exaktheit des Wissens wird durch Rückmeldungen von den Stellen im Betrieb, die ständig die neuesten Kenntnisse über Qualitätsmängel (Fehler, Beanstandungen) und über deren Ursachen besitzen, erreicht. Diese Stellen sind die Nacharbeit und Reparatur, da sie einerseits fehlerhafte Einheiten mit der Beschreibung des Fehlers erhalten und andererseits bei ihrer Tätigkeit, der Behebung des gemeldeten Fehlers, tatsächlich zutreffende Ursachen feststellen.

Aktualität des Wissens erfordert die Kopplung der Prozeßebene mit dem Planungssystem. Sie dient nicht nur der Rückmeldung von Fehlerursachen aus den Reparaturstellen, sondern auch der Rückkopplung von Fehlerhäufigkeiten an den Erfassungsstellen. Dieser zweite Regelkreis ermöglicht die Steuerung der Prüfhäufigkeit im Sinne eines wirtschaftlichen Prüfens.

Die Rückkopplungen sind in zweifacher Hinsicht problematisch:

- Die Abbildung der Prozeßdaten auf die Planungsdaten ist nicht statisch festlegbar und mehrdeutig. Abhängig von den in der Prozeßebene ermittelten Fehler-Ursachen-Zuordnungen wird die Abbildung dynamisch geändert.

- Die Rückkopplungen sind mehrstufig: An einer fehlerhaften Einheit gefundene Qualitätsmängel können durch diese Einheit selbst oder deren Komponenten verursacht sein. Fehler in einer Produktionsstufe können in einer vorhergehenden Produktionsstufe verursacht worden sein.

Die Darstellung von Fehlermöglichkeiten nach einem festen Schlüssel erscheint als nicht handhabbar. Es ist vielmehr erforderlich, dem Bediener ein Werkzeug in die Hand zu

geben, mit dem er seine Kenntnisse über Fehlermöglichkeiten eingeben kann, ohne daß er auf Grenzen durch zu strenge Formalismen wie Schlüssel stößt. Die Verknüpfung der Objekte (Fehlerursachen, Fehler, Fehlerwirkungen, Qualitätsmerkmale) muß beliebig möglich und leicht änderbar sein.

Die Ableitung, welches Qualitätsmerkmal bei welchen Fehlermöglichkeiten gewählt werden soll, ist nicht deterministisch. Abhängig von der jeweiligen Situation kann eines von mehreren möglichen Qualitätsmerkmalen oder auch die gleichzeitige Auswahl mehrerer Qualitätsmerkmale zur Abdeckung einer Fehlermöglichkeit geeignet sein. Dieser Auswahlmechanismus ist als Expertensystem, bei dem die Auswahlkriterien in der Regel definiert sind, lösbar.

Für jedes Qualitätsmerkmal muß eine Arbeitsanweisung mit Text und Grafik erzeugt werden. Durch die Definition von Grafik und Textbausteinen in einem Objektbaum wird diese Tätigkeit erleichtert.

Die Rückmeldungen an das Planungssystem erfolgen mit Hilfe der vorhandenen Objektbäume. Jeder Fehlermöglichkeit können entsprechend den Zuordnungsregeln Fehler zugeordnet werden. Durch die Einbindung der Fehlermöglichkeit in die Baumstruktur wird sichergestellt, daß sich diese Zuordnung im weiteren Planungsablauf auswirkt.

Hilfsmittel zur Fehlererkennung

- Steuerung von komplexen Prüfautomaten

- Simulation der Zeit- und Kapitalgerüste für alternative Maßnahmen der Qualitätssicherung

- Durchführen von Prüfplanungstätigkeiten

- Qualitätskostenanalyse

- Generierung von Arbeitsplänen

- Zuordnung von Fehlermöglichkeiten - Ursachen - Folgen

Vorteile symbolischer Repräsentation

- Die Verknüpfungsbäume für Fehlermöglichkeiten, Fehlerursachen, Fehlerauswirkungen können unverschlüsselt erstellt werden.

- Die Eingabe der Verknüpfungen kann einfach und übersichtlich erfolgen.

- Der Überlappungsbereich der einzelnen Strukturen kann eliminiert werden.

- Laufende Veränderungen der zugrundeliegenden Strukturen ist möglich.

- Die zu erstellenden Prüfpläne enthalten textliche und grafische Information.

- Grafikelemente können einfach eingebunden werden.

Josef Kring ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart.

Der Beitrag basiert auf einem Vortrag, der am läßlich des Kongresses "Big Tech" in Berlin gehalten wurde.