Der Erste Artikelprüfprozess (FAI, von englisch First Article Inspection) ist ein standardisiertes Verfahren zur Überprüfung der ersten produzierten Teile einer neuen oder veränderten Fertigungslinie. Anders als eine einfache Qualitätskontrolle am Ende der Produktion geht es bei der FAI nicht darum, ob ein Teil zufällig korrekt hergestellt wurde – sondern darum, ob die gesamte Fertigungsprozesskette in der Lage ist, alle spezifizierten Anforderungen dauerhaft zu erfüllen.
Konkret werden bei der FAI alle Merkmale eines Teils überprüft, die für seine Funktion, Passgenauigkeit oder Normkonformität relevant sind. Dazu gehören:
Ein zentrales Element der FAI ist die so genannte aufgeblasene Zeichnung (von englisch ballooned drawing). Dabei handelt es sich um die technische Zeichnung des Teils, bei der alle zu prüfenden Merkmale mit aufsteigenden Zahlen (sogenannten Ballons) markiert werden. Jede Zahl verweist auf einen Eintrag in der FAI-Dokumentation, der das zu prüfende Merkmal, seine Sollwerte, Toleranzen und gemessenen Istwerte enthält.
Die FAI dient als Grundlage für die Freigabe einer Fertigungsprozesskette und hat direkte Auswirkungen auf Funktion, Montage und Kosten des Endprodukts.
Jedes Teil hat spezifische Merkmale, die für seine Funktionsfähigkeit erforderlich sind. Beispielsweise muss ein Zahnrad eine exakte Zahnform und -abmessung haben, um sich reibungslos mit einem anderen Zahnrad zu verbinden und die gewünschte Drehzahl und Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Wenn diese Merkmale bei der FAI nicht korrekt überprüft werden, kann es zu Fehlfunktionen des Endprodukts kommen – von geringfügigen Beeinträchtigungen bis hin zu Ausfällen oder Sicherheitsrisiken.
Viele Teile müssen mit anderen Teilen zu einer Baugruppe verbunden werden. Passgenaue Maß- und Lagetoleranzen sind dafür unerlässlich. Beispielsweise muss ein Bolzen genau den Durchmesser einer Bohrung haben, um sich leicht einführen zu lassen, ohne Spiel zu haben. Wenn die FAI diese Passung nicht korrekt überprüft, kann es zu Montageproblemen kommen: Teile lassen sich nicht verbinden, müssen nachbearbeitet werden oder haben nach der Montage Spiel, das die Lebensdauer der Baugruppe reduziert.
Die FAI vermeidet teure Fehler in der Serienproduktion. Wenn eine Fertigungsprozesskette ohne FAI freigegeben wird, können große Mengen an fehlerhaften Teilen produziert werden, die verschrottet oder nachbearbeitet werden müssen. Die Kosten für die Korrektur von Fehlern in der Serienproduktion sind in der Regel um ein Vielfaches höher als die Kosten für die Durchführung einer FAI. Darüber hinaus kann die FAI dazu beitragen, die Prozesssicherheit zu verbessern und damit die Ausschussrate in der Serienproduktion zu senken.
Die Durchführung einer FAI erfolgt in mehreren Schritten, die sich auf die Fertigungshalle beziehen.
Zuerst wird die technische Zeichnung des Teils überprüft, um alle zu prüfenden Merkmale zu identifizieren. Diese Merkmale werden dann mit Ballons markiert. Die Auswahl der zu prüfenden Merkmale richtet sich nach der Spezifikation des Kunden, geltenden Normen (z. B. AS9102 für die Luft- und Raumfahrt, ISO 10303 für allgemeine Fertigung) und den Anforderungen der internen Qualitätsmanagementsysteme.
Das erste Teil wird unter Serienbedingungen hergestellt. Das bedeutet, dass alle Maschinen, Werkzeuge, Einstellungen und Prozessparameter verwendet werden, die auch für die anschließende Serienproduktion vorgesehen sind. Beispielsweise wird bei der Herstellung eines Teils auf einem vertikalen Bearbeitungszentrum GA-DV750 die Positioniergenauigkeit von 0,003 mm und die Wiederholgenauigkeit von 0,0024 mm berücksichtigt.
Die Messung der Merkmale erfolgt mit geeigneten Messgeräten. Die Wahl des Messgeräts hängt von dem zu prüfenden Merkmal und der erforderlichen Genauigkeit ab. Gängige Messgeräte sind:
Die Genauigkeit der Messung hängt sowohl von dem Messgerät als auch von der Fertigungsmaschine ab. Beispielsweise kann ein Teil, das auf einem GA-UHD500 (5-Achsen-Bearbeitungszentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,006 mm) hergestellt wird, mit einem hochgenauen KMG gemessen werden, das eine Genauigkeit von bis zu 0,001 mm hat. Bei Teilen, die auf einem GA-FMB3020D (5-Achsen-Portalbearbeitungszentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,035 mm in X-Richtung) hergestellt werden, ist eine Messgenauigkeit von 0,01 mm ausreichend.
Alle Messergebnisse werden in der FAI-Dokumentation festgehalten. Dazu gehören die Sollwerte, Toleranzen und gemessenen Istwerte jedes Merkmals. Die Dokumentation wird dann von der Qualitätsabteilung und gegebenenfalls vom Kunden überprüft.
Wenn alle Merkmale innerhalb der Toleranzen liegen und die Dokumentation vollständig ist, wird die Fertigungsprozesskette für die Serienproduktion freigegeben.
Die Genauigkeit der FAI-Ergebnisse kann durch verschiedene Fehlerquellen beeinträchtigt werden.
Messfehler können durch ungeeignete Messgeräte, falsche Bedienung der Messgeräte oder Umwelteinflüsse verursacht werden. Beispielsweise kann die Temperatur der Messumgebung die Genauigkeit von Messgeräten beeinflussen: Bei einer Temperaturänderung von 1 °C dehnt sich ein Stahlteil um ca. 0,01 mm pro Meter Länge aus.
Wenn das erste Teil nicht unter Serienbedingungen hergestellt wird, sind die Messergebnisse nicht repräsentativ für die Serienproduktion. Beispielsweise kann ein Teil mit einem speziell eingestellten Werkzeug hergestellt werden, das für die Serienproduktion nicht verfügbar ist.
Wenn wichtige Merkmale bei der Vorbereitung der aufgeblasenen Zeichnung nicht identifiziert werden, können diese bei der FAI nicht überprüft werden. Dies kann zu Fehlern in der Serienproduktion führen.
Fehler bei der Dokumentation der Messergebnisse können dazu führen, dass die FAI-Ergebnisse falsch interpretiert werden. Beispielsweise kann ein gemessener Istwert falsch eingetragen werden.
Die FAI ist ein wichtiges Qualitätsverfahren, aber sie hat auch Grenzen, die oft unterschätzt werden.
Die FAI überprüft nur das erste hergestellte Teil. Sie kann nicht garantieren, dass alle Teile der anschließenden Serienproduktion innerhalb der Toleranzen liegen. Die Prozesssicherheit hängt von vielen Faktoren ab, wie der Stabilität der Maschinen, der Verschleißfestigkeit der Werkzeuge und der Konsistenz der Materialien. Beispielsweise kann ein Werkzeug im Laufe der Serienproduktion abnutzen, sodass die Maßgenauigkeit der hergestellten Teile abnimmt.
Es gibt Merkmale, die sich nicht oder nur schwer bei der FAI überprüfen lassen. Beispielsweise kann die Langzeitstabilität eines Teils (z. B. seine Beständigkeit gegen Ermüdung) nicht bei der FAI überprüft werden.
Wenn die Spezifikation des Teils unvollständig oder fehlerhaft ist, kann die FAI keine korrekten Ergebnisse liefern. Beispielsweise kann eine Toleranz zu groß oder zu klein gewählt werden, sodass die FAI entweder zu viele Teile als fehlerhaft einstuft oder zu viele fehlerhafte Teile als korrekt einstuft.
Viele Unternehmen vertrauen zu sehr auf die FAI und vernachlässigen die laufende Qualitätskontrolle in der Serienproduktion. Dies kann dazu führen, dass Fehler in der Serienproduktion erst spät erkannt werden, wenn bereits große Mengen an fehlerhaften Teilen produziert wurden.
| Methode der Merkmalsprüfung | Genauigkeit | Aufwand | Typischer Einsatzbereich |
|---|---|---|---|
| Messschieber/Mikrometer | 0,01 bis 0,1 mm | Niedrig | Einfache Längenmessungen bei Teilen mit weiten Toleranzen |
| Messuhr/Höhenmessgerät | 0,001 bis 0,01 mm | Mittel | Form- und Lagetoleranzen bei Teilen mit mittleren Toleranzen |
| Koordinatenmessgerät (KMG) | 0,001 bis 0,01 mm | Hoch | Komplexe Messungen von mehreren Merkmalen bei Teilen mit engen Toleranzen |
| Spezielle Messgeräte (Härte, Rauheit) | Abhängig vom Merkmal | Mittel bis Hoch | Material- und Oberflächenmerkmale |
Für welche Branchen ist die FAI vorgeschrieben? Die FAI ist in vielen Branchen vorgeschrieben, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt (gemäß AS9102), der Automobilindustrie (gemäß IATF 16949) und der Medizintechnik. Auch in anderen Branchen wird die FAI häufig als Qualitätsstandard angewendet.
Wie oft muss eine FAI wiederholt werden? Eine FAI muss wiederholt werden, wenn sich die Fertigungsprozesskette ändert. Dazu gehören Änderungen an der Maschine, dem Werkzeug, dem Material, der Zeichnung oder den Prozessparametern. Auch nach einer längeren Produktionsunterbrechung kann eine erneute FAI erforderlich sein.
Kann eine FAI auch für bereits in Serie produzierte Teile durchgeführt werden? Ja, eine FAI kann auch für bereits in Serie produzierte Teile durchgeführt werden, wenn beispielsweise eine neue Fertigungslinie eingerichtet wird oder ein neuer Lieferant beauftragt wird. In diesem Fall wird die FAI als Erstmusterprüfung für den neuen Prozess oder Lieferanten durchgeführt.
Welche Rolle spielt die Maschinengenauigkeit bei der FAI? Die Maschinengenauigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der FAI, da sie die maximal erreichbare Genauigkeit der hergestellten Teile bestimmt. Beispielsweise kann ein Teil, das auf einem GA-DV750 mit einer Positioniergenauigkeit von 0,003 mm hergestellt wird, enger toleriert werden als ein Teil, das auf einem GA-FMB3020D mit einer Positioniergenauigkeit von 0,035 mm hergestellt wird. Die Maschinengenauigkeit muss bei der Festlegung der Toleranzen und der Auswahl der Messgeräte berücksichtigt werden.
Was passiert, wenn ein Merkmal bei der FAI außerhalb der Toleranz liegt? Wenn ein Merkmal außerhalb der Toleranz liegt, muss die Ursache des Fehlers ermittelt und behoben werden. Dies kann eine Anpassung der Maschineneinstellungen, des Werkzeugs oder des Prozessparameters erfordern. Nach der Korrektur wird ein neues erstes Teil hergestellt und erneut gemessen. Der Prozess wird wiederholt, bis alle Merkmale innerhalb der Toleranzen liegen.
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