Per Messdaten-Manager Trends früh erkennen

Mess- und Prüfdaten aus der Qualitätskontrolle sind wertvolles Material für jeden Fertigungsverantwortlichen. Gemessene Ströme und Spannungen geben unmittelbar Aufschluss über das Verhalten elektrischer und elektronischer Bauteile wie Kondensatoren, Spulen oder Widerstände oder verweisen auf das Verhalten anderer Komponenten. Wie die Stromaufnahme eines Elektromotors, die beispielsweise Hinweise geben kann auf den Zustand seiner Lager. Oder die Zeit, die eine Heizung zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur benötigt, kann als Indikator für ihre Funktionsfähigkeit herangezogen werden.

Blick in die Zukunft

Die Prüfer ziehen über das Messen und Aufzeichnen physikalischer Größen Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit des Testobjekts. Interessant ist es dabei, rechtzeitig Veränderungen zu erkennen. Gemeint ist das langsame Wegdriften von Messwerten, zunächst noch so gering, dass der Prüfling den Test besteht. Die Extrapolation solcher Trends aber erlaubt Hinweise auf ungünstige Entwicklungen. Das betrifft übrigens auch die Testeinrichtung selbst: Die allmähliche Drift eines wichtigen Parameters kann auf einen Material- oder Fertigungsfehler hinweisen, oder in der Prüfeinrichtung laufen ungewollte Veränderungen, die die Testergebnisse nachteilig beeinflussen.

Nun fallen im Testbetrieb große Datenmengen an. Viele Anwender rücken der Datenflut mit selbst erstellten Excel-Charts auf den Leib. Derartige Auswertungen laufen nicht parallel zu den Messungen, sondern bieten nur eine rückwärtsgewandte Sicht. Der Messtechnikspezialist MCD Elektronik entwickelte daher ein Softwaretool, den MCD Datenmanager. Zunächst als Zusatzmodul für den hauseigenen MCD Testmanager CE gedacht, stellt das Produkt heute ein leistungsstarkes Werkzeug für jeden Testingenieur und seine Kollegen aus der Fertigung dar.

Bild 1: Systemarchitektur des MCD Datenmanager erlaubt eine Analyse in Echtzeit.MCD Elektronik

Den Anwender im Fokus

Der Datenmanager (Bild 1) kann mit dem Testmanager zusammenarbeiten. Zahlreiche Schnittstellen erlauben aber auch die Verbindung zu anderen Testumgebungen. Das Programm analysiert die Messwerte und generiert Statistiken und Berichte. Durch eine schnelle Echtzeitdatenbank steht die Auswertung der Messdaten nach kurzer Bearbeitungszeit zur Verfügung. Die Auswertung erfolgt entweder benutzergesteuert oder automatisiert. Umfangreiche Filterfunktionen erlauben verschiedene Sichten auf das Datenmaterial. Ein SQL-Interface erlaubt darüber hinaus den direkten Zugriff auf das Datenmaterial und ermöglicht so nicht standardisierte, anwenderspezifische Abfragen und Auswertungen. Zu den wichtigsten statistischen Auswertungen des MCD Datenmanagers gehören:

• Statistik der Testergebnisse und der Testdauer
• Fehlerstatistik (Häufigkeit/Verteilung)
• Statistik der Messwerte (Verteilung/Varianz)
• Analyse der Maschinen und Prozessfähigkeit (gemäß den Kundenalgorithmen)

Das integrierte Reportmodul unterstützt Anwender bei der Gestaltung eigener Auswertungen, die sie in Projektfiles speichern und bei Bedarf wieder laden können. Für die meisten Unternehmen ist es wichtig, das Erscheinungsbild der Berichte beliebig an hauseigene Vorgaben inklusive Firmenlogo anpassen zu können. Auch der Export in übergeordnete Managementsysteme ist möglich, etwa in Form von Word, Excel, PDF, Text, XML, HTML und anderen Formaten. Umgekehrt lässt sich der Datenmanager auch von Fremdsoftware fernsteuern. Eine integrierte Scriptengine ermöglicht automatisiertes Erstellen und Speichern aller Auswertungen und Reports. Außerdem stehen die Daten als Web-Reports an beliebigen Online-Arbeitsplätzen zur Verfügung.

Bild 2: In der grafischen Darstellung der „Top Errors“ fallen Ausreißer sofort auf.MCD Elektronik

Unterschiedliche Situationen verlangen nach speziellen Sichten auf die Daten. Dazu bietet der Datenmanager eine Reihe von Filtern, darunter die Seriennummer des Prüflings, den Testmodus, die Dauer des Tests oder ein bestimmtes Zeitfenster. Die Ergebnisse stehen in Listenform bereit oder als unterschiedlich parametrierbare Grafiken, zum Beispiel in der Top-Errors-Ansicht in Bild 2.

Probleme frühzeitig erkennen

Neben der Verfügbarkeit aktueller Messdaten bietet die Trendanalyse in der Mehrzahl der Fälle einen sicheren Blick in die Zukunft. Dazu errechnet der Datenmanager eine Trendkennzahl über statistische Algorithmen. Eine solche Kennzahl zeigt die Entwicklung des Fertigungs- oder Prüfprozesses. Auf diese Weise fällt eine Veränderung des Prüflings frühzeitig auf.

Bild 3: Analyse driftender Messwert lässt den Qualitätsmanager einen Blick in die Zukunft werfen.MCD Elektronik

Oft liegt das Problem aber auch in der Prüfanordnung selber, wie das Beispiel der Produktion von Klappenstellern zeigt. Hier kam es bei einem Automobilzulieferer zu vermehrten Ausfällen. Die Ursache für die Probleme waren per Excel nicht erkennbar. Erst der MCD Datenmanager zeigt mit seiner grafische Darstellung einen verschobenen Mittelwert der Winkelmessung. Die Ursache für diesen Fehler lag nicht bei den Prüflingen sondern in der mechanischen Verstellung der Prüflingsaufnahme.

Ursachenforschung

Christian Schmidt, bei MCD für das Softwareproduktmanagement verantwortlich, erläutert: „Die Trendanalyse macht ein frühzeitiges Reagieren durch Korrekturen am Fertigungsprozess oder an der Prüfeinrichtung vor einem Ausfall des Prüflings möglich. Maschinenstillstände oder hohe Ausfallraten können somit noch vor deren Auftreten vermieden werden.“

Bild 4: In der Trendanzeige fallen driftende Messwert sehr schnell auf.MCD Elektronik

Für die Trendanalyse der aufgezeichneten Messwerte erfolgt zunächst eine statistische Bewertung und Filterung der einzelnen Messungen. Die Software analysiert für die Trendberechnung nur Geräte, welche als Pass geprüft wurden, damit tatsächliche Fehler (defekte Einrichtungen) den relevanten Trendverlauf nicht verfälschen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Trendanalyse auf einstellbare Bereiche festzulegen und unterschiedliche Bereiche zu vergleichen:

• Komplette Produktion
• Unterscheidung einzelner Anlagen
• Unterscheidung unterschiedlicher Gerätetypen
• Unterscheidung unterschiedlicher Zeiträume
• Unterscheidung verschiedener Aufträge
• Unterscheidung verschiedener Chargen des Produktionsmaterials

Die Trendanalyse selbst erfolgt durch eine gewichtete Approximation der erfassten Messwerte. Hierbei spielen der Zeitpunkt der Messung, die Abweichung vom Soll- oder Mittelwert und die Streuung der einzelnen Messwerte die ausschlagegebende Rolle. Der verwendete Algorithmus erkennt dann, ob und wenn ja wann, eine laufende Produktion die eingestellten Grenzwerte durchbricht.

Nutzen für den täglichen Testbetrieb

Gute Erfahrungen gab es bei der optischen Taumelkreisprüfung von Kontaktstiften. Bei diesem Projekt wird geprüft, ob die Kontaktstifte eines Prüflings verbogen sind. Hierzu wird der Abstand der Kontaktstiftspitze zu einem Referenzpunkt mittels Bildverarbeitung vermessen und der Wert in der Datenbank gespeichert.

Bild 5: Die Prüfeinrichtung entscheidet über „Pass“ oder „Fail“. Der MCD Datenmanager sorgt mit für die Verlässlichkeit der ermittelten Daten.MCD Elektronik

Mit Hilfe der statistischen Auswertung (Normalverteilung) konnte die Messwertverteilung und somit die erreichte Genauigkeit analysiert werden. Die Trendanalyse hingegen war hilfreich bei der Ermittlung und Überprüfung der Stabilität der Werte. Das frühzeitige Erkennen über weglaufende Werte war bei der Inbetriebnahme ein wichtiges Kriterium, um die Stabilität der mechanischen Kontaktierung des Prüflings zu gewährleisten.

Neben der reinen Trendanalyse spielt auch der statistische Vergleich von Messgrößen eine mitunter entscheidende Rolle bei der Optimierung einer Fertigungslinie. Hierzu bietet der Datenmanager die Möglichkeit, Messwerte zu vergleichen, automatisch die Grenzwerte für einen Messpunkt zu optimieren und die dadurch entstehenden Ergebnisse über die gesamte Fertigung zu simulieren. So konnte bei der Produktion von Audioverstärken durch Optimierung einiger Toleranzen mit dem Datenmanager im Inlinebereich (also vor der Endmontage) die Ausfallrate am EOL (End-of-Line) um 20 % gesenkt werden.

(lei)