Prozessvariablen auf einen Blick

Der Autor: Michael Busch Senior-Consultant, StatSoft (Europe)

Die kontinuierliche Überwachung von Prozessvariablen und Produkteigenschaften kann mit geeigneten Softwarelösungen zum Speichern und Auswerten der während der Produktion gesammelten Daten gelöst werden. Während in der Regel größere Datenmengen in professionellen Datenbankmanagementsystemen effektiv gespeichert und verwaltet werden, erfolgt die Darstellung und Auswertung der in den Daten enthaltenen Informationen oftmals noch manuell, beispielsweise in aufwendig erstellten MS-Excel-Arbeitsmappen, die Grafiken oder integrierte VBA-Makros für Routineauswertungen enthalten. Die Reaktionszeit vom Auftreten eines Problems im Prozess bis hin zu dessen Erkennung und Beurteilung in nachgelagerten MS-Excel-Auswertungen ist relativ lang und erfordert mitunter die Interpretation der Ergebnisse durch einen Mitarbeiter mit Spezialkenntnissen.

Statistica Enterprise ist eine umfassende Softwarelösung, die als Frontend für alle gängigen Datenbanken verwendet werden kann. Durch die Verknüpfung von gemeinsam im System verwalteten Datenbankabfragen und Statistica Visual Basic-Makros werden automatisierte Auswertungen der Prozessvariablen eingerichtet. Zusätzlich können im Makro beliebige Alarm-Ereignisse definiert und überwacht werden, die weit über die Möglichkeiten einer klassischen Regelkarte hinausgehen. Im Ergebnis steht am Ende einer Analyse eine einfache Ja/Nein-Entscheidung, die beispielsweise zu einer automatischen E-Mail-Benachrichtigung an einen Prozessverantwortlichen führt. Mit der Komponente Monitoring & Alerting Server (MAS) können so auch Hunderte von Prozessvariablen mittels zeitgesteuerter und automatisierter Prüfungen der Daten auf einem Server mit leistungsstarker Hardware überwacht werden.

Für die Visualisierung der Überwachung der Prozessvariablen werden in der aktuellen Statistica-Version 10 auch hierarchische Dash- boards unterstützt. Ein Dashboard besteht aus in Zeilen und Spalten angeordneten Schaltflächen. Jede Schaltfläche repräsentiert die Überwachung von Prozessvariablen mit Qualitätsregelkarten, einer beliebigen statistischen Analyse oder wiederum ein untergeordnetes Dashboard. Die Farbe der Schaltfläche ergibt sich aus dem aktuellen Überwachungsstatus, wechselt sie von Grün auf Rot, wird ein aktueller Alarm angezeigt. Eine rote Schaltfläche, die ein untergeordnetes hierarchisches Dash- board repräsentiert, zeigt an, dass dort ebenfalls mindestens eine Schaltfläche rot ist. Durch Anklicken der Schaltfläche gelangt der Benutzer in das untergeordnete Dashboard, auf dem dann mittels Drill-Down, auch in mehreren Hierarchien, die das Problem verursachende Prozessvariable identifiziert werden kann. So lässt sich der Status des gesamten Prozesses mit sehr wenigen Ampeln darstellen, wobei die Reaktionszeit bis zur Bewertung von Alarm-Ereignissen minimiert wird.

Mit Statistica Enterprise hat der verantwortliche Ingenieur aber auch ein effektives Werkzeug zur Ursachenforschung zur Verfügung. Mit den hinterlegten Datenbankabfragen erhält er direkt mit wenigen Mausklicks ebenfalls über das Dashboard einen Zugriff auf relevante Daten, ohne diese aktuell bei den Kollegen aus der IT anfordern zu müssen. Mit dem weitreichenden Angebot von grafischen und statistischen Auswertemethoden in Statistica kann er diese Daten dann direkt interaktiv untersuchen, um die Ursache des Problems zu identifizieren.

Bei der Herstellung von Silizium-Wafern für die Verwendung in Solarmodulen werden Fertigungsparameter als Rohdaten im Minutentakt erfasst und in der Datenbank eines MES gespeichert. Diese Daten werden mit Statistica in Zeitabschnitten oder als statistische Kennzahlen, z. B. Mittelwert und Spannweite, verdichtet und in mehr als 300 Regelkarten mit Eingriffsgrenzen überwacht. Der aktuelle Status der Karten wird in Statistica-Dashboards visualisiert.

Bei Verletzung von Grenzen innerhalb der Regelkarten färbt sich die korrespondierende Schaltfläche im Dashboard rot und es wird automatisch eine E-Mail an den verantwortlichen Ingenieur versendet. Gleichzeitig wird der Statistica-Server für Prozessfähigkeitsanalysen zur Durchführung eines Cpk-Reportings verwendet. Weitere automatisierte Makros dienen als technologische Werkzeuge, mit denen in speziell zusammengestellten Grafiken auffällige Muster im Verhalten der Prozessparameter erkannt werden sollen, um Grenzverletzungen in o. g. Qualitätsregelkarten zu erklären oder, wenn möglich, bereits im Vorfeld zu vermeiden. Die in Statistica verfügbaren multivariaten statistischen Analysen ermöglichen auch die Erkennung von Mustern, die mit herkömmlichen Überwachungssystemen, wie sie als Bestandteil eines MES zur Verfügung stehen, nicht möglich wäre.

Sogenannte API (Active Pharmaceutical Ingredients) sind die Bestandteile eines Arzneimittels, die dessen Wirkung im Wesentlichen hervorrufen. Die Überwachung des Anteils dieser Inhaltsstoffe ist ein zentraler Bestandteil bei der von der FDA geforderten Überwachung der Fertigung von Arzneimitteln. Um möglichst zeitnah auf Störungen in den Prozessen reagieren zu können, werden Qualitätsregelkarten für die Überwachung eingesetzt. Basierend auf Regeln, die in den 50er-Jahren von der Western Electric Company (WECO) für die Einrichtung von Frühwarnsystemen mit Shewart-Qualitätsregelkarten vorgeschlagen worden sind, können mit sogenannten Runs-Tests frühzeitig Trends und von normalverteilten Daten abweichende Muster aufgedeckt werden, bevor die tatsächlichen Wirkstoffgrenzen unter- oder überschritten werden.

Der Monitoring & Alerting Server erstellt in regelmäßigen Abständen Regelkarten für 60 Prozesskontrollparameter inklusive der API und benachrichtigt die Produktionsverantwortlichen bei einer Störung per E-Mail. Parallel werden die erstellten Qualitätsregelkarten im Intranet des Unternehmens veröffentlicht und zu Dokumentationszwecken als JPG-Grafiken exportiert und archiviert.

Online-Info: www.cav.de/0511474