SPC in Excel: Können Sie Excel weiterhin für die statistische Prozesskontrolle nutzen?

Excel ist eines der am häufigsten verwendeten Werkzeuge in der Fertigungsqualität. Es ist vertraut, flexibel, kostengünstig und in der Lage, viele der für die statistische Prozesskontrolle (SPC) erforderlichen Berechnungen durchzuführen. Mit Excel können Sie Regelkarten erstellen, den Cpk-Wert berechnen, Schwankungen analysieren und Berichte erstellen. Warum sollte ein Hersteller also spezielle SPC-Software benötigen? Die Antwort lautet nicht, dass SPC nicht mit Excel durchgeführt werden kann. Das ist durchaus möglich.

Die eigentliche Frage lautet: Kann Excel ein zuverlässiges, skalierbares und in Echtzeit arbeitendes SPC-System bereitstellen, wenn Ihr Produktionsbetrieb wächst?

Bei einer geringen Anzahl von Prozessen und Messungen mag Excel durchaus ausreichend sein. Wenn Hersteller jedoch weitere Maschinen, Bediener, Merkmale, Messgeräte, Produktionsstandorte und Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit hinzufügen, kann die Verwaltung der statistischen Prozesskontrolle (SPC) mithilfe von Tabellenkalkulationen zunehmend schwieriger werden.

In diesem Artikel wird erläutert, in welchen Bereichen Excel gut funktioniert, ab wann es zu Problemen kommt und wann eine spezielle SPC-Software die bessere Wahl ist.

Ist es möglich, SPC in Excel durchzuführen?

Ja. Mit Excel oder Excel Add-ons lassen sich viele grundlegende SPC-Aufgaben durchführen, darunter:

Zum Erlernen von SPC, zur Analyse eines kleinen Datensatzes oder zur Untersuchung eines bestimmten Prozesses kann Excel ein hervorragendes Werkzeug sein. Probleme treten jedoch auf, wenn Excel nicht mehr nur als Analysewerkzeug dient, sondern zum primären SPC-System in der Produktion wird. Dies stellt ganz andere Anforderungen. Ein SPC-System in der Produktion muss weit mehr leisten als nur statistische Werte zu berechnen.

Sie muss Daten zuverlässig erfassen, Informationen schnell bereitstellen, die Mitarbeiter bei Prozessänderungen benachrichtigen, die Rückverfolgbarkeit gewährleisten, Benutzer verwalten, historische Informationen aufbewahren und eine Anbindung an die in der Fertigung eingesetzten Systeme und Anlagen herstellen. Genau hier kann eine spezielle SPC-Software einen erheblichen Vorteil bieten.

Excel im Vergleich zu spezieller SPC-Software

Am einfachsten lässt sich der Unterschied verstehen, wenn man vergleicht, wozu die jeweiligen Funktionen vorgesehen sind.

Konkrete Compliance-Funktionen sollten stets gemeinsam mit dem Softwareanbieter im Hinblick auf die Anforderungen Ihrer Branche überprüft werden. Wichtig ist, dass Excel und SPC-Software nicht unbedingt konkurrierende statistische Werkzeuge sind. Es handelt sich vielmehr um unterschiedliche Ansätze zur Verwaltung von Fertigungsdaten und -prozessen.

In welchen Bereichen eignet sich Excel gut für die statistische Prozesskontrolle (SPC)?

Bevor wir auf die Einschränkungen eingehen, ist es wichtig zu erkennen, in welchen Fällen der Einsatz von Excel sinnvoll ist.

1. SPC erlernen

Wenn Ihr Team sich mit Kontrollkarten, Prozessfähigkeit und Streuung vertraut macht, ist Excel eine nützliche Umgebung für Experimente. Ingenieure können Daten eingeben, Annahmen ändern, Diagramme erstellen und beobachten, wie sich das statistische Verhalten verändert.

2. Analyse im kleinen Maßstab

Wenn Sie über einen kleinen Datensatz aus einem einzelnen Prozess verfügen, bietet Excel Ihnen alles, was Sie für eine Analyse benötigen. So benötigt beispielsweise ein Ingenieur, der die Leistungsfähigkeit eines Bearbeitungsprozesses untersucht, möglicherweise keine spezielle SPC-Plattform, um den Cpk-Wert aus einigen hundert Messungen zu berechnen.

3. Einmalige Untersuchungen

Excel kann auch für vorübergehende Analysen nützlich sein. Möglicherweise möchten Sie Folgendes untersuchen: ein Qualitätsproblem, eine Prozessänderung, ein Problem mit einem Lieferanten, eine bestimmte Produktionscharge oder historische Messdaten. Excel bietet für diese Art von Arbeit enorme Flexibilität.

4. Prototypenentwicklung

Bevor ein formeller SPC-Workflow eingeführt wird, können Teams Excel nutzen, um zu ermitteln, welche Daten sie benötigen und welche Merkmale wichtig sind. Mit anderen Worten: Excel kann ein hervorragender Ausgangspunkt sein. Die Herausforderung besteht darin, zu erkennen, wann man darüber hinausgewachsen ist.

Ab wann ist Excel für die statistische Prozesskontrolle (SPC) nicht mehr zweckmäßig?

Es gibt keine allgemeingültige Anzahl von Messungen oder Geräten, ab der Excel plötzlich nicht mehr funktioniert. Der Übergang erfolgt in der Regel dann, wenn die Abläufe rund um die Tabellenkalkulation komplexer werden als die Tabellenkalkulation selbst.

Hier sind einige häufige Warnzeichen.

1. Die Bediener geben große Datenmengen manuell ein

Stellen Sie sich vor, ein Mitarbeiter misst ein Bauteil mit einem digitalen Messgerät. Der Messwert wird auf dem Messgerät angezeigt. Der Mitarbeiter geht dann wie folgt vor: Er liest den Messwert ab > öffnet Excel > sucht die richtige Tabelle > sucht die richtige Zeile > gibt den Wert ein > speichert die Datei > setzt die Produktion fort.

Dies verursacht unnötigen Arbeitsaufwand. Zudem entstehen dadurch Risiken für Tippfehler, falsche Dateien, fehlende Messwerte, verzögerte Dateneingaben, fehlerhafte Zeitstempel sowie die Eingabe von Daten unter dem falschen Merkmal.

Ein spezielles SPC-System kann die Übertragung von Messwerten aus unterstützten Geräten und Systemen automatisieren und so die manuelle Dateneingabe reduzieren. Das Ziel ist einfach: Die Messwerte sollen mit möglichst geringem manuellem Aufwand aus dem Prozess in das SPC-System übertragen werden.

2. Sie benötigen SPC in Echtzeit

Einer der größten Unterschiede zwischen einer auf Tabellenkalkulationen basierenden SPC und einem speziellen SPC-System ist die Zeitspanne zwischen der Messung und der Ergreifung von Maßnahmen. Betrachten Sie zwei Szenarien.

Szenario A: SPC-Tabelle

Um 10:00 Uhr wird ein Prozess gemessen. Der Bediener erfasst die Daten. Am Ende der Schicht überprüft jemand die Tabelle und stellt fest, dass sich beim Prozess eine Tendenz abzeichnet. Bis zu diesem Zeitpunkt sind möglicherweise bereits Hunderte oder Tausende von Teilen hergestellt worden.

Szenario B: Echtzeit-SPC

Ein Messwert wird automatisch in das SPC-System eingegeben. Das System wertet den Messwert anhand der konfigurierten statistischen Regeln aus. Ein Abweichungszustand wird erkannt. Der zuständige Bediener oder Qualitätsingenieur erhält eine Warnmeldung. Der Prozess kann umgehend untersucht werden. Der Unterschied ist nicht nur technischer Natur. Er kann sich direkt auf die Menge der hergestellten Produkte auswirken, bevor ein Problem entdeckt wird.

3. Sie verfügen über mehrere Bediener, Maschinen oder Produktionslinien

Eine Tabelle lässt sich noch bewältigen. Zehn Tabellen sind schon schwieriger. Hundert Tabellen können zu einem ernsthaften Problem beim Informationsmanagement werden. Wenn Unternehmen wachsen, entstehen oft Dateien wie: Line1_SPC.xlsx, Line1_SPC_Final.xlsx, Line1_SPC_Final2.xlsx, Line1_SPC_New.xlsx, Line2_SPC.xlsx, Machine17_SPC.xlsx usw. usw.

Letztendlich muss sich das Unternehmen einer überraschend schwierigen Frage stellen: In welcher Datei sind die offiziellen Daten gespeichert? Eine zentralisierte SPC-Datenbank beseitigt einen Großteil dieses Problems, indem sie einen gemeinsamen Speicherort für Mess- und Prozessdaten bereitstellt.

4. Sie benötigen eine zuverlässige Rückverfolgbarkeit

In der modernen Fertigung reicht es oft nicht aus, nur den Messwert zu kennen. Möglicherweise müssen Sie wissen: Was wurde gemessen? Wann und von wem wurde gemessen? Auf welcher Maschine? Für welches Produkt? Für welchen Fertigungsauftrag? Für welche Charge und welche Materialcharge? Usw. usw.  

Dies lässt sich nur schwer einheitlich handhaben, wenn Informationen über Tabellenkalkulationen, Papierunterlagen, Netzwerkordner und andere Systeme verteilt sind. Eine spezielle SPC-Plattform kann diese Beziehungen in die Datenstruktur integrieren, anstatt sich darauf zu verlassen, dass die Nutzer sie manuell pflegen.

5. Sie benötigen statistische Warnmeldungen

Eine Kontrollkarte ist nützlich. Eine Kontrollkarte, die automatisch ein statistisches Signal erkennt und dem Benutzer mitteilt, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, ist noch wesentlich nützlicher. Je nach der verwendeten Methodik kann ein SPC-System unter anderem folgende Zustände überwachen:

Anstatt zu erwarten, dass jemand Hunderte von Diagrammen manuell überprüft, kann das System die Aufmerksamkeit auf Prozesse lenken, die einer Untersuchung bedürfen.

6. Das Bedienpersonal benötigt klare Anweisungen für den Fall eines Notfalls

Bei SPC geht es nicht nur darum, ein Problem zu erkennen. Es geht darum, auf das Problem zu reagieren. Angenommen, ein Prozess löst einen Zustand außerhalb der Toleranzgrenzen aus. Ein Bediener muss dann möglicherweise:

1. Den Prozess anhalten oder anpassen
2. Überprüfen Sie die Maschine
3. Aktuelle Teile prüfen
4. Ermitteln Sie eine mögliche Ursache
5. Zeichnen Sie den Vorgang auf
6. Qualität melden
7. Setzen Sie die Produktion nur fort, wenn dies angemessen ist

Eine Tabellenkalkulation kann zwar Anweisungen enthalten, bietet jedoch von Natur aus keinen kontrollierten Arbeitsablauf für diesen Prozess. Spezielle SPC-Software kann statistische Signale mit vordefinierten Ursachen- und Maßnahmencodes, Anweisungen, Benachrichtigungen und Aufzeichnungen verknüpfen. Dadurch wird SPC von einer reinen Diagrammerstellung zu einem operativen Prozess.

7. Ihr Qualitätsteam verbringt zu viel Zeit mit der Verwaltung von Tabellenkalkulationen

Fragen Sie Ihre Qualitätsingenieure, wie viel Zeit sie damit verbringen, Dateien zu sammeln, Daten zu bereinigen, Tabellenkalkulationen zusammenzuführen, Formeln zu korrigieren, Diagramme zu aktualisieren, fehlende Messwerte zu überprüfen, Berichte zu erstellen, Vorlagen zu pflegen und nach historischen Daten zu suchen

Wenn ein erheblicher Teil der Zeit, die für das Qualitätsmanagement vorgesehen ist , für die Verwaltung von SPC-Daten aufgewendet wird , anstatt zur Verbesserung der Prozesse beizutragen, ist dies ein wichtiges Signal. Das Ziel von SPC sollte darin bestehen, Ihrem Team bei der Verbesserung der Fertigung zu helfen, und nicht darin, einen weiteren Verwaltungsaufwand zu verursachen.

8. Sie benötigen historische Daten über mehrere Jahre hinweg

Hersteller müssen häufig das Prozessverhalten über lange Zeiträume hinweg untersuchen. Möglicherweise möchten Sie Folgendes vergleichen:

Die Speicherung dieser Informationen in Tausenden einzelner Excel-Dateien erschwert die historische Analyse zunehmend. Eine zentralisierte Datenbank bietet eine wesentlich solidere Grundlage für langfristige historische Analysen. Zudem erleichtert sie die einheitliche Anwendung von Filter- und Auswertungsfunktionen im gesamten Unternehmen.

9. Sie benötigen eine Anbindung an andere Fertigungssysteme

Moderne Fabriken arbeiten selten mit nur einem System. Möglicherweise verfügen Sie bereits über ERP-, MES- und QMS-Systeme, Maschinenüberwachung, SPSen, Datenarchivierungssysteme, CMM-Systeme, Bildverarbeitungssysteme, Laborsysteme und/oder IoT-Plattformen.

Wenn SPC in Excel isoliert ist, müssen Anwender Informationen möglicherweise manuell zwischen den Systemen übertragen. Dies verursacht zusätzlichen Arbeitsaufwand und erhöht das Risiko von Dateninkonsistenzen. Spezielle SPC-Software kann Integrationsfunktionen bereitstellen, die den Austausch von Fertigungs- und Qualitätsdaten zwischen den Systemen ermöglichen.

Dies kann besonders nützlich sein, wenn Informationen zu Produkten, Maschinen, Bedienern, Chargen oder Fertigungsaufträgen automatisch mit Messwerten verknüpft werden müssen.

10. Sie unterliegen Prüfungs- oder Compliance-Anforderungen

Dies ist insbesondere in der regulierten Fertigung von großer Bedeutung. Je nach Ihrer Branche und Ihren Anforderungen benötigen Sie möglicherweise folgende Funktionen:

Excel lässt sich mit verschiedenen Sicherheits- und Kontrollmechanismen konfigurieren, doch die Einrichtung und Pflege einer vollständigen, validierten Qualitätsdatenumgebung rund um Tabellenkalkulationen kann erheblich komplexer sein. Falls Ihr Unternehmen bestimmten regulatorischen Anforderungen unterliegt, sollten Sie diese Anforderungen gemeinsam mit Ihren Qualitäts-, Regulierungs- und IT-Teams sorgfältig prüfen. Die Frage lautet nicht einfach: „Kann Excel SPC berechnen?“

Die Frage lautet:„Kann unser vollständig auf Excel basierender Prozess die Datenintegrität, Rückverfolgbarkeit, Sicherheit und Kontrolle gewährleisten, die unser Unternehmen benötigt?“

11. Sie leiten mehrere Werke

Ein Tabellenkalkulationsansatz, der in einem Werk funktioniert, lässt sich unter Umständen nur schwer auf mehrere Standorte standardisieren. Stellen Sie sich vor, Sie müssten Folgendes verwalten:

an 5, 10 oder 50 Produktionsstandorten.

Eine zentralisierte SPC-Plattform kann eine einheitliche Architektur bereitstellen und es den einzelnen Werken dennoch ermöglichen, ihre eigenen Prozesse zu verwalten. Dies ist insbesondere für Unternehmen von großem Wert, die bestrebt sind, ihre Qualitätspraktiken weltweit zu standardisieren.

Die versteckten Kosten von SPC in Excel

Die größten Kosten bei einem Excel-basierten SPC entstehen nicht unbedingt durch die Excel-Lizenz. Vielmehr sind es die manuellen Arbeitsschritte rund um Excel. Betrachten Sie alle Tätigkeiten, die zur Pflege eines tabellenkalkulationsbasierten SPC-Systems erforderlich sind: Datenerfassung > Dateneingabe > Dateiverwaltung > Datenbereinigung > Diagrammerstellung > Überprüfung > Problemerkennung > Benachrichtigung > Untersuchung > Korrekturmaßnahmen > Berichterstellung

Jeder manuelle Schritt birgt potenzielle Kosten und Risiken. Spezielle SPC-Software wurde entwickelt, um so viele dieser Schritte wie möglich zu automatisieren.

Excel-SPC im Vergleich zu automatisiertem SPC

Der Unterschied lässt sich anhand der folgenden Arbeitsabläufe einfach zusammenfassen:

Der zweite Arbeitsablauf verkürzt die Zeitspanne zwischen einer Prozessänderung und der Reaktion des Unternehmens. Und genau das ist einer der Hauptgründe, warum Hersteller SPC überhaupt erst einführen.

7 Anzeichen dafür, dass Ihnen Excel für die statistische Prozesskontrolle möglicherweise nicht mehr ausreicht

Möglicherweise sind Sie bereit, spezielle SPC-Software in Betracht zu ziehen, wenn Ihnen einige der folgenden Aussagen bekannt vorkommen:

Sollten Ihnen mehrere dieser Probleme bekannt vorkommen, geht es möglicherweise nicht mehr darum, ob Excel SPC durchführen kann. Die Frage lautet vielmehr, ob Excel die effizienteste Methode zur Durchführung von SPC ist.

Wann sollten Sie weiterhin Excel verwenden?

Nicht jedes Unternehmen benötigt eine spezielle SPC-Software. Excel kann unter folgenden Umständen die richtige Wahl bleiben: Wenn Sie sich gerade mit SPC vertraut machen, wenn Sie nur über eine geringe Anzahl von Messwerten verfügen, gelegentlich Analysen durchführen, einmalige Untersuchungen vornehmen, Ihre Prozesse keine Echtzeitüberwachung erfordern, Ihre Integrationsanforderungen begrenzt sind und/oder Ihre Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit relativ einfach sind.

Es gibt keinen Grund, ein Werkzeug allein deshalb zu ersetzen, weil es ein spezialisierteres Werkzeug gibt. Ein wirtschaftlicher Anreiz ergibt sich erst dann, wenn die Einschränkungen des derzeitigen Prozesses höhere Kosten verursachen als die für dessen Verbesserung erforderlichen Investitionen.

Wann sollten Sie den Einsatz einer speziellen SPC-Software in Betracht ziehen?

Eine spezielle SPC-Software ist besonders dann von großem Nutzen, wenn Sie mehrere der folgenden Anforderungen erfüllen müssen:

An diesem Punkt verlangen Sie von Excel nicht mehr, statistische Berechnungen durchzuführen. Sie erwarten vielmehr, dass es als Qualitätsmanagementsystem für die Fertigung fungiert. Genau hier unterscheiden sich spezielle SPC-Softwareprogramme grundlegend in ihrer Architektur und ihrem Zweck.

So wechseln Sie von Excel zur SPC-Software

Excel zu ersetzen muss nicht bedeuten, dass alles auf einmal ersetzt werden muss. Eine erfolgreiche SPC-Implementierung kann im kleinen Rahmen beginnen.

Schritt 1: Ermittlung der qualitätsentscheidenden Merkmale

Beginnen Sie mit den Prozessen und Merkmalen, bei denen eine verbesserte Steuerung den größten Nutzen bringen kann.

Schritt 2: Erfassen Sie Ihren aktuellen Arbeitsablauf

Dokumentieren Sie, wie die Messwerte derzeit von der Maschine in die Tabellenkalkulation und schließlich an das Qualitätsteam weitergeleitet werden.

Schritt 3: Manuelle Schritte ermitteln

Halten Sie Ausschau nach Möglichkeiten, die manuelle Dateneingabe, Dateiübertragungen und die Zusammenführung von Tabellenkalkulationen sowie die manuelle Erstellung von Diagrammen, Berichten und Benachrichtigungen zu vermeiden.

Schritt 4: Wählen Sie einen Pilotprozess aus

Beginnen Sie mit einem überschaubaren Produktionsbereich, anstatt zu versuchen, das gesamte Unternehmen auf einmal zu digitalisieren.

Schritt 5: Messquellen anschließen

Automatisieren Sie, soweit dies praktikabel ist, den Datenfluss von Messgeräten, Maschinen, Koordinatenmessgeräten, SPSen oder anderen Systemen.

Schritt 6: Konfigurieren Sie statistische Regeln und Reaktionspläne

Stellen Sie sicher, dass das System nicht nur Probleme erkennt, sondern den Betroffenen auch dabei hilft, angemessen darauf zu reagieren.

Schritt 7: Messen Sie die Ergebnisse

Verfolgen Sie Verbesserungen wie beispielsweise weniger manuelle Arbeit, eine schnellere Reaktion auf Prozessprobleme, weniger Ausschuss, weniger Nacharbeit, eine verbesserte Prozessfähigkeit, eine verbesserte Rückverfolgbarkeit und eine schnellere Berichterstellung. Erweitern Sie anschließend die Umsetzung auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse.

Worauf Sie bei SPC-Software achten sollten

Wenn Sie zu dem Schluss gekommen sind, dass Excel nicht mehr die richtige Grundlage für Ihren SPC-Prozess ist, lautet die nächste Frage: Worauf sollten Sie bei einer SPC-Software achten?

Wir haben einen ausführlicheren Leitfaden erstellt, der die 28 Anforderungen behandelt, die Hersteller bei der Auswahl einer SPC-Software berücksichtigen sollten.

Zusammenfassend lässt sich sagen

Der Unterschied wird deutlich, wenn Ihre Anforderungen steigen. Wenn Sie Daten automatisch erfassen, Prozesse in Echtzeit überwachen, statistische Signale erkennen, Bediener benachrichtigen, die Rückverfolgbarkeit gewährleisten, Fertigungssysteme integrieren und die statistische Prozesskontrolle (SPC) über mehrere Prozesse oder Werke hinweg verwalten müssen, bietet eine speziell entwickelte SPC-Plattform Funktionen, die sich mit Tabellenkalkulationsprogrammen nur schwer zuverlässig nachbilden lassen.

Das Ziel besteht nicht darin, Excel einfach nur deshalb abzuschaffen, weil es Excel ist. Das Ziel ist es, unnötige manuelle Arbeit zu vermeiden und eine schnellere, zuverlässigere Verbindung zwischen Messung, Analyse, Maßnahmen und Verbesserung herzustellen. Für viele Hersteller ist Excel ein hervorragender Ausgangspunkt. Wenn SPC jedoch zu einem entscheidenden Bestandteil Ihres Produktionsprozesses wird, ist es möglicherweise an der Zeit, von SPC in Excel auf eine automatisierte SPC-Software umzusteigen.

Sind Sie bereit zu erfahren, wie automatisierte SPC in Ihrer Fertigungsumgebung aussehen könnte?

Eine praxisorientierte Bewertung beginnt mit Ihrem derzeitigen Prozess. Ermitteln Sie, an welchen Stellen Daten manuell erfasst werden, wo Verzögerungen auftreten und wo Qualitätsteams Zeit damit verbringen, Informationen zu verwalten, anstatt Prozesse zu verbessern.

Vergleichen Sie anschließend Ihren derzeitigen Arbeitsablauf mit den Automatisierungsmöglichkeiten eines modernen SPC-Systems. Erfahren Sie mehr über die Funktionen der Datalyzer-SPC-Software und fordern Sie eine Demo an.