Beispiele für Poka Yoke in der Fertigung für effektive Fehlervermeidung

Auch wenn wir sie oft kaum wahrnehmen, gibt es im Alltag zahlreiche Vorrichtungen, die uns vor unseren eigenen Fehlern schützen. In Ihrem Auto ertönt beispielsweise ein Kollisionswarner, der Sie davor warnt, dass Sie gleich auf das vordere Fahrzeug auffahren, und der automatisch die Bremsen betätigt, falls Sie nicht rechtzeitig langsamer werden. Eine Heckenschere schaltet sich ab, wenn sich Material im Messer verklemmt, um einen Rückschlag zu verhindern. Ein Überlaufschutz sorgt dafür, dass Ihr Haus nicht versehentlich unter Wasser steht, wenn Sie den Badewannenwasserhahn laufen lassen. Diese Systeme tragen dazu bei, dass menschliche Fehler weniger schwerwiegende Folgen haben, indem sie darauf abzielen, Fehler zu reduzieren und die Qualität in alltäglichen Systemen sicherzustellen.

Dies sind Beispiele für das, was man als Poka Yoke in der Fertigung bezeichnet, um fehlerhafte Produkte zu verhindern. Mit anderen Worten: Poka Yokes integrieren Schutzmechanismen in Prozesse oder Produkte, um Defekte oder Sicherheitsvorfälle zu verhindern. Um zu sehen, wie Sie Poka Yoke in Ihrem Werk anwenden können, beleuchtet dieser Artikel folgende Punkte:

• Die Grundprinzipien von Poka Yoke und Beispiele
• Verschiedene Arten von Poka-Yoke-Systemen
• Tipps zur Implementierung von Poka Yoke

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Was ist Poka Yoke in der Fertigung?

Poka Yoke ist ein japanischer Begriff, der übersetzt „Fehlervermeidung“ bedeutet. Poka Yoke in der Fertigung bezeichnet einen Mechanismus im Prozess zur Vermeidung von Irrtümern und Fehlern. Das Konzept von Poka Yoke wurde in den 1960er Jahren von Shigeo Shingo als Teil des Toyota-Produktionssystems eingeführt.

Im Kern geht es dabei um Prozessverbesserung: Es hilft Herstellern, Fehler zu erkennen, bevor sie auftreten, und Fehler an der Quelle zu eliminieren. So wird der Fehler korrigiert, bevor der Prozess fortgesetzt wird, um einen korrekten Ablauf sicherzustellen.

Error-Proofing vs. Mistake-Proofing

Bei The Luminous Group betrachten wir Poka Yoke in der Fertigung als in zwei unterschiedliche Kategorien unterteilt: Error-Proofing (Fehlervermeidung) und Mistake-Proofing (Fehlerabsicherung), die beide zur kontinuierlichen Verbesserung beitragen.

Wenn Sie einen Prozess durch Error-Proofing absichern, ist er im Wesentlichen so konzipiert, dass es unmöglich ist, mit einem Defekt fortzufahren. Ein Beispiel aus dem Bereich der Sicherheit ist die Verwendung von Zweihandbedienungen zur Maschinenaktivierung bei sehr schnellen Arbeitsvorgängen, wodurch sichergestellt wird, dass sich die Bediener nicht in der Ausrüstung verfangen können.

Wenn Sie einen Prozess durch Mistake-Proofing absichern, bedeutet dies, dass der Bediener den Fehler nicht an die nächste Station weitergeben kann. Stellen Sie sich zum Beispiel einen Prozess vor, bei dem Bediener Teile unter eine Bildverarbeitungskamera (Machine Vision) legen müssen, die Defekte in der Fertigung erkennt, bevor das Teil zur nächsten Station weitergeleitet wird – wodurch Fehler entschärft werden, bevor sie auftreten.

Error-Proofing ist wirksamer als Mistake-Proofing, da es von Natur aus auf Prävention statt auf Erkennung oder Schadensbegrenzung ausgerichtet ist. Im Folgenden gehen wir auf verschiedene Arten von Poka Yokes ein, die sowohl auf Error-Proofing (Prävention) als auch auf Mistake-Proofing (Erkennung) abzielen.

Prinzipien des Error-Proofing bei Poka Yoke

Poka Yokes zur Fehlervermeidung in der Fertigung nutzen eines von vier Prinzipien:

• Eliminierung: Bei der Eliminierung besteht das Ziel darin, Fehler zu beseitigen, indem der entsprechende Schritt oder das Teil komplett entfernt wird. Die Versionsverfolgung in vielen Softwareprogrammen schließt beispielsweise die Möglichkeit aus, eine von vielen Personen genutzte Vorlage zu verlieren, falls jemand Änderungen daran vornimmt und das Original überschreibt. Dies veranschaulicht eine Art Poka Yoke in digitalen Arbeitsabläufen.
• Prävention: Ein Beispiel für Prävention wäre ein rundes Teil, das verkehrt herum oder richtig herum eingelegt werden kann. Das Produkt ist so konstruiert, dass die Ausrichtung keine Rolle spielt, was bedeutet, dass ein Bediener es buchstäblich nicht falsch einlegen kann.
• Ersatz: Der Ersatz konzentriert sich auf die Neugestaltung von Produkten, sodass Bediener kein Teil vergessen oder falsch ausrichten können. Wenn Sie beispielsweise ein zweiteiliges Stanzteil durch einen einteiligen Guss ersetzen, kann der Bediener niemals ein Teil vergessen oder es falsch ausrichten. Genau das strebt Tesla im Wesentlichen mit seinem Gigacasting-System an, bei dem das gesamte Rahmensystem eines Fahrzeugs als ein einziges Stück gegossen wird, anstatt einen geschweißten Rahmen zu verwenden.
• Erleichterung: Bei der Erleichterung geht es darum, den Menschen die Arbeit einfacher, schneller und sicherer zu machen. Ein Beispiel hierfür wäre das Ersetzen eines Tors, das geöffnet und geschlossen werden muss, durch einen Lichtvorhang.

Beispiele für Poka Yoke zur Fehlervermeidung

Fehlerverhindernde Poka-Yoke-Systeme wurden speziell entwickelt, um Fehler zu stoppen, bevor sie im Fertigungsprozess zu Defekten führen.

• Steckverbinder, die nur in der korrekten Ausrichtung passen
• Sensoren, die Maschinen stoppen, wenn Teile fehlen
• Barcode-Verifikationssysteme, die korrekte Komponenten bestätigen
• Verriegelungssysteme, die einen unsicheren Maschinenbetrieb verhindern
• Vorrichtungen, die nur eine korrekte Teileplatzierung ermöglichen
• Farbcodierte Teile und Werkzeuge zur Vermeidung von Montagefehlern
• Automatische Warnmeldungen, wenn Prozessschritte übersprungen werden
• Anwesenheitssensoren, die unvollständige Baugruppen erkennen
• Software-Validierungsfelder, die eine falsche Dateneingabe verhindern
• Drehmomentgesteuerte Werkzeuge, die ein zu festes oder zu lasses Anziehen verhindern

Einige Systeme verfügen sogar über einen Summer oder einen Alarm, um Bediener sofort zu warnen, wenn etwas nicht stimmt, und so die Produktion umgehend zu stoppen.

Diese praxisnahen Beispiele für Poka-Yoke-Methoden helfen Herstellern dabei, effektive Fehler-Puffer-Systeme zu implementieren, die Defekte reduzieren und die Genauigkeit des Bedieners verbessern.

Prinzipien zur Fehlersicherung mit Poka Yoke

Fehlersichernde Poka-Yoke-Systeme konzentrieren sich auf zwei Schlüsselprinzipien: Erkennung und Minderung.

Aus Sicht der Erkennung sollten fehlersichernde Poka-Yoke-Vorrichtungen oder -Schritte es leicht machen, festzustellen, ob ein Schritt korrekt ausgeführt wurde oder nicht.

Stellen Sie sich zum Beispiel einen Prozess vor, bei dem ein schwarzer Gummistopfen auf ein schwarzes Teil gesetzt wird, wodurch es schwer zu erkennen ist, ob der Gummistopfen montiert wurde. Durch das Ersetzen mit einem weißen Stopfen wird sofort offensichtlich, wenn sich der Gummistopfen nicht auf dem Teil befindet.

Bei der Minderung hingegen geht es darum, die Auswirkungen potenzieller Defekte zu verringern.

Betrachten Sie beispielsweise einen Arbeitsplatz mit robotergestützter Verschraubung mehrerer Schrauben. Ein Poka Yoke könnte hier ein Bilderkennungssystem sein, das prüft, ob alle Schrauben vorhanden sind, und die Position fehlender Schrauben hervorhebt, damit der nächste Bediener sie ergänzen kann.

Beispiele für Poka Yoke zur Fehlersicherung

• Vision-Systeme, die fehlende Schrauben oder Komponenten erkennen
• Farbkontrastierende Teile, die Montagefehler leichter erkennbar machen
• Anzeigelampen, die Bediener auf unvollständige Prozessschritte aufmerksam machen
• Gewichtssensoren, die fehlende Artikel in der Verpackung erkennen
• Automatisierte Inspektionskameras, die Oberflächenfehler identifizieren
• Maschinenalarme, die aktiviert werden, wenn Montagebedingungen außerhalb der Toleranz liegen
• Zählwerke, die die korrekte Anzahl von Befestigungselementen oder Komponenten überprüfen
• Fehlermeldungen in Softwaresystemen, wenn Pflichtfelder unvollständig sind
• Sensoren, die bestätigen, dass Etiketten, Siegel oder Verschlüsse korrekt angebracht wurden
• Prüfvorrichtungen, die falsch montierte Teile schnell identifizieren

Diese Techniken stellen sicher, dass Fehler frühzeitig erkannt werden, und tragen dazu bei, die Abhängigkeit von Inspektionen am Ende der Fertigungslinie zu verringern.

Poka-Yoke-Vorrichtungen und -Methoden

Poka-Yoke-Vorrichtungen lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: steuerungsbasierte Vorrichtungen zur Fehlervermeidung oder -prävention sowie warnbasierte Vorrichtungen zur Fehlererkennung.

Steuerungsbasierte Vorrichtungen erkennen das Problem und stoppen den Prozess sofort. Warnbasierte Vorrichtungen signalisieren das Problem dem Bediener, ohne den Prozess zwingend anzuhalten.

Sowohl steuerungsbasierte als auch warnbasierte Vorrichtungen können drei verschiedene Methoden zur Fehlervermeidung oder Fehlererkennung anwenden, die Teil einer umfassenden Poka-Yoke-Methode sind:

1. Berührungsmethode: Die Berührungsmethode erkennt Nichtkonformitäten mithilfe von Mechanismen, die einen direkten Kontakt mit anderen Teilen erfordern, indem sie eine falsche Positionierung anhand der physischen Eigenschaften von Teilen identifiziert, die nur auf eine Weise passen. Stellen Sie sich zum Beispiel ein rundes Teil vor, das auf 12:00 Uhr ausgerichtet sein muss. Durch das Anbringen einer kleinen Nut am runden Teil und einer Passfeder an der korrekten Position des Teils, das es berührt, wird sichergestellt, dass das Teil nicht falsch ausgerichtet werden kann.
2. Fester-Wert-Methode: Methoden mit festen Werten beinhalten häufig Messgeräte wie Waagen oder Zählwerke, um Nichtkonformitäten im Herstellungsprozess zu verhindern oder zu erkennen.
3. Bewegungsschrittmethode: Bewegungsschrittmethoden konzentrieren sich darauf sicherzustellen, dass Bediener die richtigen Schritte in der korrekten Reihenfolge in einem Fertigungssystem ausführen. Beispielsweise kann eine Vorrichtung die Anzahl der ausgeführten Bewegungen zählen, sodass ein Teil so lange eingespannt bleibt, bis der Bediener beim Eindrehen der Schrauben sechsmal das Drehmoment erreicht hat.

Diese Poka-Yoke-Techniken sind oft einfach und kostengünstig, wodurch sie in realen Umgebungen äußerst effektiv sind.

Poka Yoke implementieren – beginnend beim Design

Je früher Sie Poka Yoke implementieren, desto wertvoller ist es für Ihren Betrieb, und es reduziert menschliche Fehler erheblich. Das liegt daran, dass der Aufwand und die Kosten für die Behebung des Problems umso geringer sind, je weniger Wert dem Teil bei der Erkennung des Fehlers bereits hinzugefügt wurde.

Hersteller sollten Poka Yokes bereits in der Designphase in Betracht ziehen, in der Fehler an der Quelle vermieden werden können. Insbesondere sollten sie damit beginnen, wenn sie eine Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) oder eine Prozess-FMEA (PFMEA) durchführen. Hier können Poka Yokes als Präventions- und Erkennungskontrollen für verschiedene Fehlerarten eingesetzt werden, um bekannte Ursachen von Defekten oder Problemen zu verhindern.

Wenn beispielsweise die falsche Ausrichtung eines Teils ein Problem darstellt, könnte Ihre Präventionskontrolle darin bestehen, ein Ausrichtungsmerkmal am Teil hinzuzufügen, damit die Bediener genau wissen, wie sie es einlegen müssen.

Setzen Sie Poka Yokes vor Ihre Engpassschritte

Es gibt eine weitere wichtige Theorie, die dabei hilft zu bestimmen, wo Poka Yoke implementiert werden sollte, und die sich auf Engpässe in Ihrem Prozess bezieht.

Die Idee dahinter ist, dass ein Poka Yoke bei einem bestehenden Engpass in Ihrem Prozess eher vor dem Engpass als danach eingesetzt werden sollte. Dies stellt sicher, dass Sie im Prozessschritt des Engpasses ausschließlich gute Arbeit leisten und dort keine produktive Kapazität für fehlerhafte Teile verschwenden.

Stellen Sie sich beispielsweise ein Werk mit einer Metallstanzpresse vor, die 360 Teile pro Stunde produzieren kann. Der nächste nachgelagerte Prozessschritt, das Schweißen, kann im Produktionsprozess jedoch nur 100 Teile pro Stunde herstellen. Idealerweise würde Ihr Poka-Yoke an der Stanzpresse platziert, bevor Teile zum Schweißen gelangen, da Sie ohnehin kaum genügend geschweißte Teile produzieren können.

Die Rolle der Verifizierung bei Poka Yoke

Wie stellen Sie in einer schlanken Fertigungsumgebung nach der Planung und Konzeption eines Poka-Yoke-Systems und dem erfolgreichen Betrieb am ersten Tag sicher, dass es am zweiten Tag immer noch funktioniert?

Eine gängige Strategie hierfür ist die Verwendung eines sogenannten Red Rabbit, bei dem Sie ein bekanntes fehlerhaftes Teil durch die Maschine laufen lassen, um zu sehen, ob das Poka-Yoke den Fehler erkennt. Die Integration von Red-Rabbit-Tests in Prüfungen in der Fertigung, wie etwa Layered Process Audits, kann dazu beitragen, die kontinuierliche Funktion von Poka-Yoke-Systemen zu verifizieren.

Beispielsweise könnte eine Frage im Rahmen eines Layered Process Audits zur Verifizierung eines Poka Yoke wie folgt lauten:

Demonstrieren Sie die Verwendung des Red Rabbit und verifizieren Sie im Rahmen des Qualitätskontrollverfahrens, dass die Maschine das Teil ausschleust.

Hier verifizieren Sie nicht nur, dass das Poka-Yoke-System wie erwartet funktioniert, sondern auch, dass der Bediener weiß, wie der Red Rabbit zu verwenden ist.

Digitalisierung von Poka Yoke

Poka-Yoke-Systeme wurden parallel zur Verbreitung von IoT-Sensoren in der Fertigung zunehmend digitalisiert. Beispiele hierfür sind:

• Maschinensensoren, die erkennen, wenn ein Teil die Spezifikationen nicht erfüllt
• Pick-by-Light-Systeme, die sicherstellen, dass der Bediener die richtigen Teile in der richtigen Reihenfolge auswählt
• Lichtgitter, die den Prozess anhalten, wenn sich eine Person bei laufender Anlage in einem Gefahrenbereich befindet

Obwohl die Technologie zweifellos neue Wege für Poka Yoke eröffnet hat, ist ein Konzept, das wir Herstellern ans Herz legen, „Kreativität vor Kapital“. Denn Fakt ist: Jeder kann viel Geld für Poka-Yoke-Systeme ausgeben, aber das Verständnis der Vorteile von Poka Yoke in der Fertigung ist von entscheidender Bedeutung. Die Frage lautet also: Können Sie kreativ sein und kostengünstige Lösungen finden, die ebenso effektiv sind?

Ein kürzlich betreuter Kunde hatte geplant, eine große Summe Geld auszugeben, um mehrere Kameras in einer Maschine zu installieren und anzubringen, um einen spezifischen Qualitätsfehler zu erkennen. Bei genauerer Untersuchung stellten wir fest, dass mindestens drei der internen Kameras durch einfache Sensoren an einer entsprechenden Position an der Außenseite des Teils ersetzt werden konnten.

Poka Yoke ist eine wichtige Strategie zur Vermeidung, Erkennung und Minderung von Fehlern und dient als zentraler Schutz vor Fertigungsfehlern und Versehen. Der Schlüssel liegt darin, sie so früh wie möglich im Prozess zu implementieren und Poka-Yoke-Techniken zu nutzen, um Verschwendung im nachgelagerten Prozess zu verhindern. Anstatt sich auf komplexe Technologie zu verlassen, die leicht ausfallen kann, sollten Hersteller Poka-Yoke-Systeme priorisieren, die physisch, langlebig und zuverlässig sind und durch eine kontinuierliche Verifizierung ihrer Funktionsfähigkeit unterstützt werden.