PFLICHT UND CHANCE FÜR AUTOMOBILZULIEFERER: DER NEUE VDA BAND 5 – DIE WICHTIGSTEN NEUERUNGEN IM ÜBERBLICK

Seit September 2021 kann der neue VDA Band 5 erworben werden. Die dritte Auflage ist weit mehr als eine redaktionelle Überarbeitung: Das Konsortium aus Automobilherstellern und Zulieferern hat die gesamte Praxiserfahrung seit Einführung des VDA5 im Jahr 2003 in die Neugestaltung einfließen lassen. Bereits der neue Titel zeigt, dass sich mit der Einführung der 3ten Auflage viele Änderungen ergeben werden: „Mess- und Prüfprozesse – Eignung, Planung und Management“. Auf über 200 Seiten wird nun der gesamte Prozess des Managements von Prüfprozessen behandelt. Im folgenden Beitrag fassen wir die wichtigsten Neuerungen der dritten Auflage zusammen.

Prüfprozessmanagement – Rückgrat der Qualitätssicherung

Es gibt sehr gute Gründe für gute Mess- und Prüfprozesse, denn eine zu hohe Messunsicherheit führt zu:

  • falschen Konformitätsentscheidungen,
  • einer fehlerhaften Beurteilung von Maschinen und Fertigungsprozessen,
  • einer schlechteren Prozessqualität und somit zu
  • einem erhöhten Fertigungs- und Prüfaufwand.

Es ist daher wichtig das Prüfprozessmanagement so auszurichten, dass die Produkt- und Prozessqualität sichergestellt ist und gleichermaßen unnötige Kosten vermieden werden. Im neuen VDA 5 wurde die risikogerechte Absicherung von Mess- und Prüfprozessen aus der VDI/VDE Richtlinie 2600, Blatt 1 aufgegriffen und auf das gesamte Prüfprozessmanagement ausgeweitet.

Risikogerechte Absicherung

Im Fokus der risikogerechten Absicherung stehen die Merkmale, die für die Qualität des Endprodukts von besonderer Bedeutung sind. Bewertet werden die Folgen und die Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaften Prüfentscheids. Im Beispiel gegenübergestellt sind die Spaltmaßprüfung in der Montage und die Prüfung des Abstandsassistenten im Rahmen der Homologation.

*Bild 1: Folgen und Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Prüfentscheide unterschiedlicher Merkmale

Prüfmittelmanagement (VDA5, 4.3.2.3 – Teil1)

Die folgenden beiden Tabellen zeigen die Absicherung von Mess- und Prüfprozessen im Prüfmittelmanagement und beim Nachweis der Mess- und Prüfprozesseignung.

*Tabelle 1: Grad der Absicherung durch das Prüfmittelmanagement

 

Sensoren, die für die Entwicklung von Assistenzsystemen eingesetzt werden, sollten demnach in relativ kurzen Abständen nach einem Verfahren kalibriert werden, dass von der DAkkS (Deutsche Akkreditierungsstelle) gemäß ISO/IEC 17025:2017 akkreditiert worden ist** . Selbstverständlich ist, dass dann die Messunsicherheit des Kalibrierverfahrens von dem akkreditierten Labor ermittelt werden muss. Diese Messunsicherheit sollte bei der Konformitätsaussage analog zur ISO 14253-1 berücksichtigt werden. Auf der Seite des Anwenders muss sichergestellt sein, dass nachvollziehbar ist, bei welchen Messungen der jeweilige Sensor eingesetzt wurde, so dass bei einer NIO Kalibrierung bereits durchgeführte Messungen nochmals überprüft werden könnten. Bevor der Sensor außer Betrieb genommen werden kann, muss die Gültigkeit der Messergebnisse bis zur Stilllegung durch eine Abschlusskalibrierung nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu kann das Prüfmittel für die Spaltmaßprüfung in relativ langen Abständen auf Verschleiß geprüft werden.

(**Zulässig ist auch weiterhin die Kalibrierung in einem internen Labor, das den Anforderungen der IATF 16949 genügt.)

Eignungsnachweis (VDA5, 4.3.2.3 – Teil 2)

Die gleiche Methode wird beim Eignungsnachweis angewendet. Die Messunsicherheit des Prüfprozesses, der in der Entwicklung der Assistenzsysteme eingesetzt wird, muss experimentell ermittelt werden.

*Tabelle 2: Grad der Absicherung beim Eignungsnachweis

 

Erstmalig werden im VDA 5 nach Risikoklassen abgestufte Anforderungen definiert. So muss z. B. die Messunsicherheit bei der Risikoklasse „hoch“ als Bestandteil des Messergebnisses ausgewiesen und beim Prüfentscheid berücksichtigt werden, um das Risiko einer falschen Annahme eines Prüfobjekts (β-Fehler) zu reduzieren! Abschließend muss kontinuierlich überwacht werden, ob sich die Messunsicherheit des Prüfprozesses verändert und damit der Eignungsnachweis weiterhin Gültigkeit besitzt.

Im Gegensatz dazu muss für die Spaltmaßprüfung kein experimenteller Eignungsnachweis durchgeführt werden. Hier reicht eine Abschätzung der Messunsicherheit auf Basis des MPE-Werts des Prüfmittels (MPE: Maximum Permissible Error oder Fehlergrenze).

Neue, praxisrelevante Lösungen

Ein wichtiges Ziel des neuen VDA 5 ist die Aufnahme von Lösungen für praxisrelevante Herausforderungen beim Eignungsnachweis. Dazu gehören Fragen wie:

  • Wann darf ein Eignungsnachweis übertragen werden?
  • Welche Handlungsmöglichkeiten gibt es, wenn der Eignungskennwert unterschritten wird?
  • Wie gelingt ein Eignungsnachweis, wenn nur kleine Versuchsumfänge realisiert werden können?
  • Wie oft muss ein Eignungsnachweis wiederholt werden?

Exemplarisch werden im Folgenden Lösungsansätze aus dem VDA 5 beschrieben.

Umgang mit nicht erreichter Eignung (VDA5, 4.7.5 und 7.4)

Im neuen VDA 5 gibt es zwei Abschnitte zum Umgang mit nicht erreichter Mess- und Prüfprozesseignung. Die Reihenfolge der Handlungsoptionen wurde bewusst gewählt:

  1. Die Optimierung des Messsystems und des Messprozesses sollte immer die erste Handlungsoption sein. Da versucht wird, die Eignungsprüfung doch noch zu bestehen, ist keine Einbindung des Kunden erforderlich.
  2. Risikoanalyse mit bedingter Freigabe: Ab dem zweiten Schritt ist die Einbindung des Kunden unabdingbar. Maßnahmen sind die Akzeptanz des zu hohen Eignungskennwerts oder die Erweiterung der Merkmals-Toleranzen. In beiden Fällen müssen ergänzende Risikobetrachtungen durchgeführt werden.
  3. Ergänzend zum zweiten Schritt können Maßnahmen zur Steigerung der Prozessfähigkeit des Fertigungsprozesses umgesetzt werden. Durch eine bessere Zentrierung und eine reduzierte Streuung folgt ein reduziertes Risiko einer fehlerhaften Annahme.

Eignungskennwert bei einseitigen Spezifikationsgrenzen (VDA5, 7.1.3)

Es gibt viele Merkmale mit einseitiger Spezifikationsgrenze wie der der cw-Wert eines Fahrzeugs oder die Tiefe von Kratzern und Beulen. Hinzu kommt, dass einige dieser Merkmale keine negativen Werte annehmen können. Im VDA 5 werden drei Fälle unterschieden:

Einseitig begrenzte Merkmale

  1. mit einer prozessrelevanten technisch/physikalischen Grenze, die dem Zielwert entspricht, wie zu Beispiel der maximale Wasseranteil in der Bremsflüssigkeit
  2. mit definiertem Arbeitspunkt wie die Objekttemperatur einer Komponente im Verbrennungsmotor
  3. ohne definierten Arbeitspunkt und ohne prozessrelevanter technisch/physikalischen Grenze wie die Zugfestigkeit

 

Eignungsnachweis bei kleinen Versuchsumfängen (VDA5, 8.3)

Ein weiteres, bekanntes Problem aus der Praxis ist der Eignungsnachweis bei kleinen Versuchsumfängen. Oft kommt es vor, dass keine 30 Messungen durchgeführt werden können, weil es sich z. B. um eine zerstörende Prüfung handelt. In diesem Fall ist es zulässig, weniger als 30 Messungen durchzuführen, wenn der k-Faktor der Normalverteilung durch das Quantil der Student-t-Verteilung ersetzt wird.
In der Praxis bedeutet diese Anpassung, dass anstelle des Erweiterungsfaktors k (in der Regel k=2 für einen Vertrauensbereich von 95 %) ein höherer Wert gewählt werden muss. Bei m=15 Messungen ergibt sich ein Faktor von 2,2. Bei m=5 ein Faktor von 2,87.

Beurteilung der fortlaufenden Eignung (VDA5, 10)

Die Gültigkeit des Eignungsnachweises muss in Abhängigkeit von der Relevanz des Merkmals und der Stabilität der Randbedingungen fortlaufend geprüft werde. Im VDA 5 werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen: Durch die regelmäßige Kalibrierung (1) wird sichergestellt, dass die Veränderung des Messmittels über die Zeit gering ist. In den meisten Fällen wird die Kalibrierung des Messmittels allerdings nur die hinreichende Bedingung eines fortlaufenden Eignungsnachweises sein. Um weitere Einflussgrößen berücksichtigen zu können, müssen Eignungsnachweis regelmäßig teilweise (2) oder vollständig (3) wiederholt werden. Aufgrund der Effektivität und Relevanz von Stabilitätskarten (4) wird deren Anwendung im Abschnitt 10.3 des VDA 5 im Detail beschrieben.

Zusammenfassung

Mit dem neuen VDA Band 5 ist es gelungen, Antworten auf viele Herausforderungen in der praktischen Anwendung zu geben. Durch die Erweiterung des Anwendungsbereichs und die Einführung der risikogerechten Absicherung der Konformität ist ein Leitfaden entstanden, die Produkt- und Prozessqualität zu garantieren und Ressourcen in der Qualitätssicherung zielgerichtet einzusetzen.
Mit der Veröffentlichung des VDA 5 als Rotband wird dessen Anwendung für viele Zulieferer in der Automobilindustrie zu Pflicht und Chance. Einige Vorgaben im neuen VDA Band 5 sind expliziter formuliert. Gleichzeitig besteht die Chance, das Zusammenspiel aus Prüfplanung, Prüfmittelmanagement und Eignungsnachweis besser zu verstehen und damit die Qualitätssicherung weiterzuentwickeln. Nicht zuletzt bietet der VDA 5 die Möglichkeit, die Anforderungen nach ISO 14253-1, JCGM 106 und ISO/IEC Guide 98-4 zur Berücksichtigung der Messunsicherheit bei Konformitätsprüfung zu erfüllen. Damit ist der Anwender auch im Falle einer Produkthaftung im wahrsten Sinne des Wortes immer auf der sicheren Seite.

(*Quellennachweis Tabellen und Grafiken: Jatzkowski und Conrad nach VDA Band 5)

 

Normen und Richtlinien zum Thema

Der Artikel basiert auf Vorgaben folgender Normen und Richtlinien:

  • VDA Band 5 – Verband der Automobilindustrie, Qualitätsmanagement in der Automobilindustrie – Mess- und Prüfprozesse – Eignung, Planung und Management, Berlin: VDA- Verband der Automobilindustrie, 2021.
  • VDI/VDE 2600-1: Prüfprozessmanagement – Identifizierung, Klassifizierung und Eignungsnachweis von Prüfprozessen, 2013.
  • ISO 14253-1: Geometrical Product Specifications (GPS) – Inspection by measurement of workpieces and measuring equipment – Part 1: Decision rules for verifying conformity or nun-conformity with specifications, 2017.
  • DIN EN ISO/IEC 17025: Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien, 2018.
  • IATF 16949: Anforderungen an Qualitätsmanagementsysteme für die Serien- und Ersatzteilproduktion in der Automobilindustrie, 2016.
  • ISO 22514-7: Statistische Verfahren im Prozessmanagement – Fähigkeit und Leistung – Teil 7: Fähigkeit von Messprozessen, 2021
  • JCGM 106 Evaluation of measurement data – The role of measurement uncertainty in conformity assessment, 2012
  • ISO/IEC Guide 98-4 Uncertainty of Measurement – Part 4: Role of measurement uncertainty in conformity assessment, 2012

Der Arbeitskreis 5 des VDA

Der neue VDA Band 5 wurde im Arbeitskreis 5 des VDA erarbeitet. Beteiligt waren folgende Unternehmen (alphabetische Reihenfolge):

  • AUDI AG
  • BMW AG
  • Continental AG
  • Daimler AG
  • Ford Motor Company
  • Hexagon MI/ Q-DAS GmbH
  • Ingenieurbüro Ofen
  • Schaeffler AG
  • Volkswagen
  • Webasto SE
  • ZF Friedrichshafen AG

Vorsitzender des Arbeitskreises 5 ist Herr Marcus Hoffmann (CARIAD SE, ehemals AUDI AG)

 

Dr.-Ing. Philipp Jatzkowski

  • ZUR PERSON

    Herr Dr.-Ing. Philipp Jatzkowski ist Segmentleiter Systeme und Prozesse der TÜV Rheinland Consulting GmbH. Herr Jatzkowski beschäftigt sich seit über 15 Jahren mit dem Thema Prüfmittelmanagement und Eignungsnachweis von Prüfprozessen. Seit seiner Promotion im Bereich Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement berät er Unternehmen aus der Automobilindustrie, Luftfahrt, der Medizintechnik und des Maschinenbaus zum Prüfprozessmanagement. Die entsprechende VDI/VDE Richtlinie 2600, Blatt 1 hat Herr Jatzkowski als Obmann des VDI Fachausschusses 1.21 wesentlich mitgestaltet und die VDA 5 Arbeitsgruppe mit seiner Erfahrung unterstützt.

Dipl.-Ing. Stephan Conrad

  • ZUR PERSON

    Herr Dipl.-Ing. Stephan Conrad ist Teamleiter des Bereichs Training & Consulting bei der Q-DAS GmbH, Weinheim, part of Hexagon. Herr Conrad beschäftigt sich seit über 25 Jahren mit den Anforderungen und Vorgehensweisen zur Qualifikation von Maschinen und Prozessen, SPC und Prozessoptimierung sowie Messsystemanalysen und Eignungsnachweis von Mess- und Prüfprozessen. Mit seiner langjährigen Expertise unterstützt und berät er Unternehmen aus der Automobilindustrie, der Medizintechnik und des Maschinenbaus bei der Prozess- und Richtliniengestaltung, sowie deren methodischen Umsetzung. Herr Conrad ist Mitglied im AK 5 des VDA, Experte beim DIN NQSZ, und Vorsitzender des ISO/TC 69/SC 4 „Applications of statistical methods in product and process management“. Darüber hinaus unterstützt er Arbeitskreise des VDI und VDMA bei der Entwicklung von Richtlinien zu statistischen Methoden des Qualitätsmanagements.

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