Ein ARTS-Experte unterstützt das Quality Management bei Airbus in Hamburg. Sein Ziel: die Entwicklung einer allgemeingültigen Vorgehensweise für die Einführung statistischer Prozesskontrolle und -optimierung (SPC) in der Strukturmontage des A330 Sektion 16, Bauplatz 601 dient dabei als Pilotprojekt.

Herausforderungen einer dezentralen Flugzeugfertigung

Im Gegensatz zu seinem Hauptkonkurrenten Boeing, der sich für eine zentrale Fertigung in seinem Stammwerk im US-amerikanischen Everett im Bundesstaat Washington entschieden hat, setzt Airbus auf einen dezentralen Fertigungsansatz, bei dem die einzelnen Sektionen an verschiedenen Standorten produziert und montiert werden. In diesem Fertigungssystem legt Airbus an jedem seiner Standorte einen Produktionsschwerpunkt fest: So ist das Hamburger Werk für die Fertigung des Rumpfes und der Kabine zuständig. Dies umfasst alle Bereiche von der Entwicklung bis zur Produktion aller Verkehrsflugzeuge von Airbus. Im norddeutschen Werk Stade werden beispielsweise Seitenleitwerke und CFK-Bauteile hergestellt, im englischen Filton bei Bristol die Tragflächen und in Bremen die Flügelausrüstung. Die Endmontage des A330 beispielsweise findet in Toulouse, Frankreich, statt.

Damit die Endmontage ohne Zusatzaufwand durchgeführt werden kann, muss sichergestellt werden, dass die einzelnen Sektionen innerhalb der geltenden Toleranzen zusammengeführt werden und dabei hohe Qualitäts- und Reproduzierbarkeitsstandards erreicht werden. Geringfügige Abweichungen können an den Rumpfstößen, also an den Stellen, an denen die Sektionen miteinander verbunden werden, auftreten. Beim Zusammenführen der Sektionen an den Trennstellen können leichte Abweichungen auftreten. Die Trennstellen, das sind die Stellen, an denen Sektionen miteinander verbunden werden, unterscheiden sich minimal, oft nur wenige Millimeter. Dennoch variiert der Durchmesser der Rumpfsektion für Airbus zu stark und das Montieren der Sektionen wird durch die leichten geometrischen Abweichungen der Rumpfsektionen erschwert. Höhere Qualitätsrichtlinien von Airbus setzten eine Reduzierung der Toleranzgrenze voraus.

Insbesondere bei den Rumpfverbindungen sind aufgrund ihrer Größe und Komplexität eine Reihe von Korrekturen erforderlich. Die statistische Prozesskontrolle (SPC) stellt eine Möglichkeit dar, den gesamten Prozess der Strukturmontage zu optimieren.

Prozessoptimierung durch Statistik

Airbus setzt bei seinen Flugzeugen A350 und A380 bereits das Verfahren der statistischen Prozesskontrolle (SPC) ein. SPC ist eine international etablierte Qualitätsmanagement-Methode, die von Walter A. Shewhart zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts entwickelt und beschrieben wurde.

Ziel ist es, mit Hilfe statistischer Methoden einen streng kontrollierten Prozess zu etablieren, die Leistung zu verbessern und letztlich Prozessabweichungen zu reduzieren und Verschwendung zu vermeiden. Wenn man die Phasen des Prozesses kennt, ist es möglich, frühzeitig in den Prozess einzugreifen und entsprechende Lenkungsmaßnahmen zu ergreifen. Die Anwendung dieses Verfahrens und die Einführung des SPC-Systems bei Airbus zielt darauf ab, den Prozess der Fehlersuche und des Problemmanagements einzugrenzen. Durch die Erfassung von Prozess- und Produktdaten im System ist es möglich, sich einen umfassenden Überblick über den relevanten Bereich zu verschaffen, Zusammenhänge zwischen Produkt und Prozess aufzuzeigen und mögliche Schwachstellen zu identifizieren. So können rechtzeitig Maßnahmen zur Behebung dieser Probleme eingeleitet werden.

Zum besseren Verständnis des Unterschieds zwischen Produkt- und Prozessdaten sei an dieser Stelle ein Beispiel aus der Fachliteratur genannt, das auch bei Airbus zu finden ist. Produktdaten sind beispielsweise der Durchmesser eines Bohrlochs. Die Prozessdaten für das Bohrloch sind die Rotationsgeschwindigkeit und der Vorschub, der beim Bohren des Lochs verwendet werden soll.

Die Methode ist auf jede Branche anwendbar. In der Luftfahrt ist sie aktuell noch weniger etabliert. Für die Erhebung von statistischen Daten werden im Allgemeinen große Stückzahlen benötigt. Diese sind in der Luftfahrt, aufgrund der geringen Produktionsraten, nicht üblich. Pro Monat produziert Airbus beispielsweise nur sieben A330.

In the future it is possible that the following may occur: suppliers will deliver a “digital patient record” alongside individual components.
SPC in the structural assembly of the A330, Section 16 at Location 601

SPC in der Strukturmontage des A330, Sektion 16 am Standort 601

Unser ARTS-Experte arbeitet bei Airbus an der Einführung des SPC-Prozesses für die A330-Strukturmontage in Hamburg.

Als Pilotprojekt diente hier die Baustelle 601, wo die Montage der Seitenschalen, des Floorgrids und der Bilge zur unteren Halbsektion 16 erfolgt. Sie hat eine Trennstelle zum Rumpfmittelteil, an dem in einem weiteren Schritt die Flügel montiert werden. Für diese Trennstelle hat Airbus bestimmte Radien und zulässige Abweichungen definiert. Insgesamt werden 30 Parameter festgelegt und während des Montageprozesses auf der Baustelle erfasst. Zur Auswertung der Prozessdaten wird zum Beispiel die Photogrammetrie eingesetzt. Dabei wird der Trennungspunkt jedes Abschnitts gemessen, indem kleine Platten von etwa 10×15 cm an ausgewählten Positionen befestigt werden. Die Plättchen enthalten Reflektorenpunkte, die das Licht während der Messung reflektieren. Die Photogrammetrie der Trennstelle wird in bestimmten Abständen und Winkeln durchgeführt. Die Messpunkte sind an der Außenhaut, an den Laufbahnen und an den Sitzschienen angebracht. Speziell bei der Einführung der SPC-Methode liegt der Fokus auf den Messpunkten auf den Messpunkten der Rollbahnen. Diese weisen im Vergleich zu anderen Punkten ein besonders hohes Toleranzspektrum auf. Die Daten werden mit Hilfe von Messgeräten wie Messschiebern mit Bluetooth, Laserdistanzmessern oder Maßbändern ermittelt und automatisch auf ein Tablet übertragen. Das Tablet stellt somit die Benutzerschnittstelle zum Werker dar. Werden die Daten nach der Messung gespeichert, stehen sie zur Auswertung zur Verfügung. So lassen sich zum Beispiel Zusammenhänge aufzeigen, wie sich kleine Veränderungen der Positionierung während des Montageprozesses auf die Qualität des gefertigten Produkts, in diesem Fall der Trennstelle, auswirken. Neben der Überwachung der Prozessdaten alarmiert das SPC-Verfahren auch über abweichende Produktdaten.

Die Photogrammetrie wird zur Messung von Fugen im Rahmen einer GTI (Ground Test Instruction) eingesetzt. GTIs sind obligatorische Tests, die an jedem einzelnen Flugzeug durchgeführt werden müssen. Andere GTI’s sind zum Beispiel das Belüftungs- oder Hydraulik System.

Zukunftsvision Statistical Process Control (SPC)

Perspektivisch könnte sich folgender Ablauf ergeben: Der Zulieferer liefert neben den einzelnen Bauteilen ebenfalls eine „digitale Patientenakte“. Mit den zuvor aus der Prozessdatenerfassung ermittelten Daten und Zusammenhängen könnten flexibel Sollmaße für den Standort bestimmt werden. Die Mitarbeiter in der Flugzeugmontage wüssten dann genau, welche Zielmaße sie anstreben und was sie im aktuellen Prozessschritt gezielt vermeiden sollten. Die Sollmaße würden also an jedem Montageplatz korrigiert werden, um die bestmögliche Gesamtqualität zu erreichen. Dies entspricht einem moderneren Qualitätsverständnis, bei dem die Messungen nicht mehr innerhalb von Toleranzen schwanken, sondern mit dem Soll übereinstimmen.