Der Spritzguss ist ein komplexer und unverzichtbarer Herstellungsprozess, der für die Produktion präziser Teile in großen Mengen entscheidend ist. Ob Kunststoff oder Metall, jede Phase – Konstruktion, Vorproduktion und Fertigung – stellt einzigartige Herausforderungen dar, die erhebliche Auswirkungen auf das Geschäftsergebnis eines Unternehmens haben können.
Um zu untersuchen, wie diese Probleme wirksam angegangen werden können, haben wir mit Björn und Andreas gesprochen, zwei erfahrenen Statistikern in der Spritzgussindustrie. Sie geben uns Einblick in die dringendsten Probleme und diskutieren, wie Unternehmen mit solchen modernen Werkzeugen wie den Lösungen von Minitab diese Herausforderungen nicht nur meistern, sondern auch ihre Prozesse optimieren können, um die Qualität und Kosteneffizienz zu verbessern.
Die Lösungen von Minitab sind so konzipiert, dass sie vielseitig sind und daher für jede Branche von unschätzbarem Wert sind, wo Entscheidungen anhand von Daten entscheidend sind. Daher wollen wir untersuchen, wie sie von Fachleuten eingesetzt werden.
| Björn Noreik ist zertifizierter Minitab-Trainer und Lean Six Sigma Master Black Belt mit über 25 Jahren Erfahrung bei der Optimierung von Fertigungsprozessen und -produkten in verschiedenen Branchen, darunter Automobilbau, Elektronik, Pharma und Kunststoff. Als Fachmann für statistische Hilfsmittel und Ansätze für maschinelles Lernen unterstützt Björn Projektteams dabei, Qualität und Effizienz durch solche Methodiken wie die Versuchsplanung (DoE) zu verbessern. Außerdem ist er Vorstandsmitglied des European Six Sigma Club Deutschland (ESSC-D) und Mitglied in der Jury für den German Six Sigma Award. | |
| Andreas Thümmel ist Professor für angewandte Mathematik in Darmstadt. Als erfahrener Berater bietet er seinen Kunden außerdem Schulungen, Workshops und Mitarbeit an Projekten an. Dafür gründete er 2009 eine Firma, die solche Leistungen auf dem Markt anbietet. Seine Erfahrung basiert auf der Analyse und Optimierung komplexer Wirtschafts- und Industriedaten in verschiedenen Branchen. Dazu gehören die Materialwissenschaft, die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Automobilindustrie, Elektronik, die Pharmaindustrie, Biowissenschaften und die Kunststoffindustrie. Sein Schwerpunkt liegt auf Forschung, Entwicklung und Support auf der Grundlage statistischer und datenwissenschaftlicher Ansätze, um die damit verbundenen Entwicklungen und Prozesse für seine Partner und Kunden zu verbessern. |
Spritzguss ist ein Herstellungsprozess*, bei dem Teile in großen Mengen produziert werden können. Das funktioniert so, dass der geschmolzene Werkstoff in eine Form gespritzt wird. Sie wird üblicherweise als Verfahren für die Massenproduktion zur Herstellung Tausender identischer Artikel verwendet. Werkstoffe für den Spritzguss sind u.a. Metalle, Glas, Elastomere und Verbundwerkstoffe. Am häufigsten wird das Verfahren allerdings bei thermoplastischen und duroplastischen Polymeren eingesetzt. (*Quelle)
Björn:
Ja, das ist eine gute Beschreibung. Obwohl der Kunststoff- und Metallspritzguss einige grundlegende Prinzipien gemeinsam haben, weisen sie auch erhebliche Unterschiede auf.
Beim Kunststoffspritzguss werden thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe bei hoher Temperatur in die Form gespritzt, abgekühlt und so in die gewünschte Form gebracht. Bei diesem Verfahren erhält das Teil direkt seine endgültige Form.
Anders beim Metallspritzguss. Hier wird häufig Metallpulver mit einem Bindemittel gemischt, um ein „Vormaterial“ herzustellen, das dann in die Form gespritzt wird. Nach dem Formen wird das Bindemittel entfernt und das verbleibende Teil gesintert, um die endgültige Form zu erzielen.
Zusammengefasst sind sich die Grundprinzipien beim Metall- und Kunststoffspritzguss zwar ähnlich, unterscheiden sich jedoch erheblich in den verwendeten Werkstoffen, Temperaturen, der Komplexität des Verfahrens und in den Kosten. Der Kunststoffspritzguss wird in der Regel für die Produktion großer Stückzahlen bei niedrigen Kosten gewählt. Der Metallspritzguss wird dagegen für die Produktion komplexer Teile mit hoher Präzision eingesetzt.
Andreas:
Das ist eine gute Definition und entspricht dem, was wir in der Branche sehen. Der Spritzgussprozess ist in der Tat komplex und variiert erheblich je nach dem verwendeten Werkstoff. Diese Komplexität erfordert ein flexibles Hilfsmittel wie Minitab für die Analyse.
Minitab ist vielseitig und nicht auf eine Art von Werkstoff oder Verfahren beschränkt. Es eignet sich für die Durchführung industriemathematischer Studien. Dazu gehören statistische und Regressionsanalysen. Daher eignet es sich für verschiedene Spritzgussprozesse.
Andreas:
In der Vorproduktion stehen die Hersteller häufig vor Problemen bei den Kundenvorgaben. Schnelle, zuverlässige Werkzeuge wie Minitab sind entscheidend für die Durchführung von Versuchsplänen (DoE) und Regressionsanalysen in einem engen Zeitrahmen. Während der Fertigung ist die statistische Prozesskontrolle (SPC) der Schlüssel zur Überwachung der Prozessqualität und um sicherzustellen, dass die Vorgaben eingehalten werden. Eine Überwachung in Echtzeit ist unerlässlich, insbesondere bei Verfahrensänderungen. In der Planungsphase werden numerische Simulationen mit unterschiedlichen Werkzeugen eingesetzt. Die Verbindung von Konstruktion und statistischer Analyse kann allerdings knifflig sein, insbesondere bei der Definition technischer Funktionen.
Björn:
Ich stimme Andreas zu, was den Zeit- und Kostendruck angeht. Die Konstruktionsphase ist entscheidend, denn Fehler in der Formkonstruktion können später nur mit hohen Kosten behoben werden. Sich während der Vorproduktion Zeit für die Simulation zu nehmen und die Werkzeugeinstellungen zu optimieren, z. B. Hohlräume und Kühlkanäle, kann Probleme in der Massenproduktion vermeiden helfen. Numerische Simulationswerkzeuge verfügen in der Regel über begrenzte DoE-Funktionen. Dagegen bietet Minitab robuste Methoden für den Umgang mit komplexen Variablen.
Durch den frühzeitigen Einsatz moderner DoE-Verfahren können die Hersteller den Vorproduktionsaufwand senken und die Zeit bis zur Markteinführung verkürzen. So können sich die Ingenieure stärker darauf konzentrieren, neue Produkte zu entwickeln. Minitab Workspace unterstützt dabei, den Übergang vom Design zur Produktion zu vereinfachen, indem es optimale Einstellungen effizient identifiziert.
Andreas:
Das Hauptrisiko wäre ein erhebliches Geschäftsrisiko, z. B. der Verlust eines Kunden. Das kann verheerend sein. Unternehmen müssen ein Gleichgewicht zwischen bestmöglicher Qualität und einem effektiven Kostenmanagement finden. Man muss einen Kompromiss finden zwischen Investitionen in Tests und der Entwicklung, um eine hohe Qualität zu erzielen die Kosten in einem realistischen Rahmen zu halten, da die Kunden auch preissensibel sind. Risiken möglichst auszuschließen ist entscheidend, muss aber ohne übermäßige Kosten erfolgen. Hier können statistische Methoden nach Branchenstandard, z. B. die in Minitab angebotenen, dabei helfen, wirksam mit Risiken umzugehen und sie zu analysieren. Führungskräfte müssen sich dieser Risiken bewusst sein und wissen, wie sie sie kontrollieren können.
Wenn während der Produktion Probleme auftreten, muss der Hersteller diese erkennen und beheben, bevor sie beim Kunden landen. Hier kommen die statistische Prozesskontrolle (SPC) und parallele Untersuchungen ins Spiel, die häufig während des Herstellungsprozesses erfolgen. Darüber hinaus können Methoden wie Six Sigma oder Design for Six Sigma (DFSS) eingesetzt werden, um Risiken weiter zu reduzieren. Minitab ist von unschätzbarem Wert dabei, Unternehmen dabei zu unterstützen, finanzielle Risiken und Risiken für ihren Ruf zu verstehen und möglichst zu meiden.
Björn:
Ein großes Risiko liegt im Druck durch die Zeit bis zur Markteinführung. Unternehmen beginnen die Produktion häufig mit einer Ausschussrate von 10 bis 15 Prozent, was wiederum zu hohen Kosten führen kann. In dieser frühen Prozessphase wird zunächst Stabilität angestrebt. Die Optimierung folgt später. Ist das Verfahren anfangs stabil, wird die Produktion fortgesetzt, und Anpassungen werden währenddessen vorgenommen. Es ist aber kein Geheimnis: „Je höher die Anfangsqualität, desto besser die finanzielle Situation des Unternehmens und sein Ruf."
Schnelle Optimierungen führen zu stärkeren Kundenbeziehungen, so dass der Kunde wiederkommt. Mit den Werkzeugen von Minitab, insbesondere bei DFSS, können die Hersteller eine hohe Anfangsqualität erzielen und so sowohl die betrieblichen Risiken als auch die langfristigen Kosten reduzieren. Es ist wichtig, dem Kunden klar zu machen, dass Abstriche bei der Qualität im Interesse eines günstigeren Preises später zu erheblich höheren Kosten führen können.
Letztendlich geht es um ein Geschäftsszenario: Eine bessere Qualität kann teurer sein, jedoch können dadurch kostspielige Risiken erheblich reduziert werden. Im Idealfall sollten Unternehmen sich mit ihren Kunden abstimmen und gemeinsam eine für beide Seiten akzeptable Balance zwischen Qualität und langfristigen Kosten finden.
Unternehmen in der Spritzgussindustrie mit ihren komplexen Prozessen und hohen Einsätzen müssen Qualität und Kosten sorgfältig gegeneinander abwägen und dabei den Zeitdruck bis zur Markteinführung aushalten. Wie Bjorn und Andreas betont haben, kann es zu erheblichen finanziellen und betrieblichen Risiken führen, wenn diese Probleme nicht angegangen werden.
Mit den richtigen Werkzeugen, z. B. der umfassenden Lösungssuite von Minitab, können Unternehmen jedoch die kritischen statistischen Analysen vornehmen, die dazu erforderlich sind, Verfahren zu optimieren, Kosten zu senken und die Produktqualität zu verbessern. Diese Vorteile gehen über das reine Spritzgießen hinaus, da die vielseitigen Lösungen von Minitab für alle Branchen konzipiert wurden. Auf dieser Grundlage können Unternehmen fundierte Entscheidungen treffen und auf einem Markt wettbewerbsfähig bleiben, der sich ständig weiterentwickelt.
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