Hilfsmittel Poka-Yoke

Um die Produktionsmittel kontinuierlich auszulasten und fortlaufend zu verbessern, entstanden in den 1960er Jahren solche Methoden wie Kaizen, Just-in-Time, Kanban und Poka-Yoke. Der Erfinder Shigeo Shingo nannte es zunächst baka yoke, was soviel wie „narrensicher“ bedeutet. Später wurde daraus der japanische Ausdruck poka-yoke.

Worum geht es? Es geht um die Vermeidung und Verminderung unbeabsichtigter menschlicher Fehlhandlungen im manuellen Betrieb, beispielsweise in der Montage, der Instandhaltung oder beim Umrüsten von Arbeitsmitteln. Dabei sollen solche Fehler systematisch vermieden werden wie

• Informations- und Kommunikationsfehler

Das erreicht man, indem man dem Werker einfache Vorrichtungen oder andere Hilfen zur Verfügung stellt, die so durchdacht sind, dass Fehler nicht eintreten können. Als Leitidee ist Poka-Yoke auch für die Konstruktion von Arbeitsmitteln und die Kontrolle von Montageschritten verwendbar. Jeder wichtige Montagevorgang soll in Echtzeit geprüft und Fehler signalisiert oder ausgeschlossen werden.

Systemeinteilung

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Man kann Poka-Yoke-Systeme in einstellbare und regelnde Systeme einteilen. Ein einstellbares System ist zum Beispiel die in Bild 1 skizzierte mechanische Eingabekontrolle. Die Werkstücke werden manuell in ein Gleitkanalmagazin eingegeben, um eine Maschine zu beschicken. Durch Schwerkraftwirkung gelangen die Teile dann bis zum Eingabehandling der Arbeitsmaschine. Werden die Teile seitenverkehrt eingeschoben, kann großer Schaden an der Arbeitsmaschine entstehen. Deshalb passiert das Werkstück eine Schablone, die der Negativ-Umrisskontur des Werkstücks entspricht. Aus praktischen Gründen hat man diese Schablone als Walze hergestellt. Sie lässt sich übrigens auch leicht austauschen, wenn auf ein anderes Werkstück umgestellt wird.

Dieses einfache Prinzip ist auch anwendbar, wenn das Werkstück nur Innenmerkmale aufweist, zum Beispiel nichtdurchgehende Nuten in der Oberfläche.

Das Bild 2 zeigt dazu ein Beispiel. Ein Hebel tastet beim Einschieben des Werkstücks nach der Nut im Teil. In Richtiglage taucht der Hebel ein, und das Teil kann diese Kontaktstelle passieren und vollends durchgeschoben werden. Gelangt das Teil in Rückenlage in den Kanal, dann kann der Tasthebel nicht eintauchen und das Teil verklemmt sich. Es muss zurückgenommen werden. Auch diese Lösung arbeitet rein mechanisch und ohne jede Sensorik. Damit sind beide Kontrolleure zwar sehr preiswert, aber völlig unflexibel. Flexibilität ist nur erreichbar, wenn man die aktiven mechanischen Teile durch Sensoren ersetzt. Die Signale müssen dann ausgewertet und Sperrmechanismen aktiviert werden.

Montagehilfen

Werden Werkstückträger mit Montagebasisteilen beladen, kann es bei Teilen mit symmetrischer Außenform ebenfalls zu Belegungsfehlern kommen. Mit Aussparungen, Stiften oder Abweisern kann man das verhindern. Es werden asymmetrische Merkmale zusätzlich geschaffen. Bild 3 zeigt hierzu ein einfaches Beispiel. Auch eine Kombination mit Warnsignalen wäre eine gute Lösung oder Ergänzung. Oft gelingt es, ohnehin vorhandene Objektmerkmale wie Vertiefungen oder Löcher dafür auszunutzen.

Bild 4 zeigt ausschnittsweise eine Handmontagevorrichtung. Die Aufgabe besteht darin, einen Hebelarm in ein Basisteil einzusetzen. Er wird auf eine Achse aufgesteckt. In der ursprünglichen Ausführung konnte man den abgewinkelten Hebelarm nach rechts oder links auskragend einbauen. Diese Freiheit muss man durch ein Kontaktelement einschränken. Gewählt wurde ein feststehender Arm, der den Platz für den Falscheinbau versperrt und der an die Montagevorrichtung angebaut wurde.

Sensorische Montageverfolgung

Man stelle sich folgende Situation vor: An einem Handmontageplatz entnimmt der Werker die Montageteile aus Materialkästen beziehungsweise Griffschalen, die oft mehretagig aufgebaut sind. Bei verwechselbaren Teilen ist schnell ein Fehler passiert. Die Montagereihenfolge ist in der Regel vorgegeben und kann nicht verändert werden. Für kritische Montageschritte ist wichtig: Wurde in die richtigen Materialkästen gegriffen, hat man die Reihenfolge eingehalten oder wurden Teile vergessen. Wie kann man das überwachen? Eine Möglichkeit besteht darin, die Materialkästen mit zum Beispiel optoelektronischen Sensoren auszustatten.

Man kann sich auch infrarotempfindliche Sensoren vorstellen, die die Hand des Werkers wahrnehmen. Jeder Griff nach einem Montageteil erzeugt jedenfalls ein Signal und das wird registriert. Man kann dann annehmen, dass ein Bauteil entnommen wurde. Wie das Bild 5 zeigt, werden die Signale von einem (leicht veränderbaren) Sensorinterface übernommen und zur Auswertung an eine problemangepasste Hardware weitergereicht. Geeignete Software, die zum Beispiel PC-lauffähig ist, ermöglicht dann die Auswertung und Visualisierung der beobachteten Vorgänge. Bei sicherheitskritischen Produkten oder Baugruppen, zum Beispiel aus der Fahrzeugindustrie, ist dann auch der aktenkundige Nachweis einer Überwachung sehr wichtig. Stefan Hesse