Parameter-Diagramm (P-Diagramm)

Das Parameter-Diagramm oder P-Diagramm erfasst und visualisiert Einflüsse auf das betrachtete System aus verschiedenen Perspektiven, um Stör- bzw. Rauschgrößen zu identifizieren und zu analysieren. Im Rahmen übergeordneter Qualitätsmethoden unterstützt das P-Diagramm die Anwendenden dabei, die Einflüsse der Rauschgrößen auf die Funktionen des Systems zu hinterfragen. Betrachtet werden dabei sowohl negative Einflüsse auf die ideale Funktion als auch unerwünschtes Verhalten des Systems, das die Rauschgrößen verursachen. Zweck des P-Diagramms ist es, Produkte und Prozesse robuster gegen äußere Störungen zu machen und so die Zuverlässigkeit ihrer Funktionen zu erhöhen.

Methode Parameter-Diagramm (P-Diagramm)

Parameter-Diagramm (P-Diagramm)

Das Parameter-Diagramm oder P-Diagramm erfasst und visualisiert Einflüsse auf das betrachtete System aus verschiedenen Perspektiven, um Stör- bzw. Rauschgrößen zu identifizieren und zu analysieren. Im Rahmen übergeordneter Qualitätsmethoden unterstützt das P-Diagramm die Anwendenden dabei, die Einflüsse der Rauschgrößen auf die Funktionen des Systems zu hinterfragen. Betrachtet werden dabei sowohl negative Einflüsse auf die ideale Funktion als auch unerwünschtes Verhalten des Systems, das die Rauschgrößen verursachen. Zweck des P-Diagramms ist es, Produkte und Prozesse robuster gegen äußere Störungen zu machen und so die Zuverlässigkeit ihrer Funktionen zu erhöhen.

Methode Parameter-Diagramm (P-Diagramm)
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Einsatzmöglichkeiten

  • Darstellung von Einflüssen auf ein System sowie Informationen und Interaktionen innerhalb eines Systems
  • Systematische Analyse von Fehlverhalten einer Systemeinheit
  • Aufbereiten der Zusammenhänge innerhalb eines Systems nach den unterschiedlichen Arten von Einflussgrößen für eine anschließende Analyse

Das P-Diagramm wird meist als Ergänzung oder Teil einer übergeordneten Qualitätsmethode verwendet.

Ergebnisse

  • Übersichtliche Darstellung von Eingangsgrößen, Steuerungsgrößen, Rauschfaktoren, System, erwünschtem Output und Fehlfunktionen
  • Wichtiger Input für weiterführende Analysen (z.B. Struktur- und Funktions- und Fehleranalysen), Schnittstellendiagramme, FMEA und Produktlenkungsplan zur Überprüfung von Robustheit der Komponenten oder der Zuverlässigkeit des gesamten Systems

Vorteile

Das systematische Vorgehen reduziert den Aufwand für die Ursachenidentifikation, sodass sich die Mitarbeitenden auf Problembehebung und Optimierung konzentrieren können.
Das P-Diagramm schafft durch die Aufbereitung und Darstellungsweise Transparenz über den Bezugsrahmen eines betrachteten Systems sowie über die Einfluss-, Signal- und Störgrößen.
Die systematische Betrachtung von Qualitätsaspekten und deren Beeinflussung durch Störgrößen gewährleistet, dass nach Möglichkeit alle relevanten Bereiche für die weitere Analyse identifiziert werden. Diese können entsprechend ihres Einflusses bei der weiteren Optimierung berücksichtigt werden.
Die fokussierte Problemformulierung unterstützt eine systematischere und strukturiertere Untersuchung der Einflussfaktoren im Anschluss.

Durchführung: Schritt für Schritt

Das Parameter-Diagramm oder kurz P-Diagramm ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Einflüsse auf ein System visualisiert (Bild 1). Meist geschieht dies, indem das P-Diagramm zusätzlich oder parallel zu Methoden aus dem Qualitätsmanagement eingesetzt wird, wie z.B. Design of Experiments (DoE) oder den Shainin-Methoden. Das P-Diagramm liefert u.a. wertvollen Input für Robustheitstests im Rahmen einer Process Failure Mode and Effect Analysis (PFMEA, Prozess-FMEA). Die Aufnahme der Daten für das P-Diagramm sollte deshalb nicht als isolierte Methode betrachtet werden, sondern sollte begleitend unter Beachtung von Risiko- und Kosten/Nutzen-Aspekten in den Entwicklungs- und Problemlösungsprozess integriert werden.

Das P-Diagramm unterstützt die Analyse der Einflüsse auf Systeme. Diese Einflüsse werden aus verschiedenen Betrachtungswinkeln über den Lebenszyklus des Systems hinterfragt, um abweichende Qualität, d.h. Fehlverhalten, frühzeitig zu erkennen oder sogar zu antizipieren. Systeme können dabei einerseits Maschinen, Baugruppen und einzelne Bauteile oder andererseits Prozesse sein:

  • Nach der Konstruktion einer Maschine, einer Baugruppe oder eines Bauteils werden in der Regel umfangreiche Überlegungen angestellt, um die erwartete Funktion sicherzustellen. Doch auch bei sachgemäßem Einsatz einer Maschine können widrige Umstände zu ihrem teilweisen oder vollständigen Ausfall führen.
  • In gleicher Weise werden Prozesse (z.B. Produktionsprozesse, Verwaltungsabläufe) definiert, etabliert und dokumentiert, um gewünschte Ergebnisse zu bewirken. Auch bei Prozessen können nicht berücksichtigte Störungen zur Verringerung ihrer Leistung oder zu fehlerhaften Ergebnissen führen.

Beispiel: Die Waschmaschine gibt quietschende Geräusche von sich

Zum besseren Verständnis verwende ich in den folgenden Darstellungen ein einfaches Beispiel aus der Alltagserfahrung: Eine Waschmaschine fängt nach zwei Betriebsjahren an, quietschende Geräusche von sich zu geben. Wir wollen diese unerwünschte Ausgangsgröße beseitigen. Allerdings kann es dafür viele Ursachen geben. Mit Hilfe eines Parameter-Diagramms visualisieren wir unsere Analysen und Überlegungen.

Die Blöcke des Parameter-Diagramms

Der Grundaufbau des P-Diagramms ist stets derselbe, je nach Zusammenhang seiner Anwendung können die einzelnen Blöcke unter verschiedenen Perspektiven betrachtet werden. Die sechs Blöcke sind (Bild 1):

  • Im Zentrum steht das betrachtete System
  • Links davon sind die Eingangsgrößen. Dies können sowohl Materialflüsse (z.B. Wasserzulauf einer Waschmaschine) als auch Eingangssignale sein (z.B. gemessene Temperatur des Wassers in der Trommel).
  • Rechts vom System werden die von den Konstrukteuren des Systems beabsichtigten Ausgangsgrößen aufgelistet. Auch dies können materielle Dinge (z.B. die Trommel der Waschmaschine dreht sich in korrekt temperiertem Wasser) oder Informationen sein (z.B. die Anzeige der restlichen Waschzeit).
  • Unter dem System ist der Block mit den Steuerungsgrößen. Diese sind von den Anwendenden oder einem anderen System kontrollierte Faktoren, die das Systemverhalten aktiv steuern. Beispiele dafür sind Benutzereingaben oder Eingriffe externer Sicherheitssysteme.
  • Von oben wirken auf das System die sog. Rauschfaktoren. Diese sind störende Größen, die unkontrollierten Einfluss auf das System ausüben. Die Identifikation und Priorisierung der Rauschfaktoren ist zentraler Inhalt des P-Diagramms.
  • Rechts unten werden die unerwünschten Ausgangsgrößen bzw. Fehler des Systems (z.B. die Quietschgeräusche) aufgelistet – getrennt von den angestrebten Funktionen. Die Zusammenschau von Rauschgrößen und Fehlern dient dazu, Zusammenhänge zu erkennen, Ursachen zu priorisieren und Maßnahmen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Stabilität des Systems anschließend abzuleiten.
Das Parameter-Diagramm oder P-Diagramm – schematischer Aufbau
Bild 1: Das Parameter-Diagramm oder P-Diagramm – schematischer Aufbau

Schritt 1: Grenzen Sie den Betrachtungsumfang ab!

Um mit dem P-Diagramm zielgerichtet Elemente des Systems auf Stör- und Einflussfaktoren hin zu untersuchen, muss der Bezugsrahmen, d.h. die betrachteten Elemente und Funktionen, im Vorfeld definiert werden. Hierzu bieten sich verschiedene Möglichkeiten oder Methoden an.

Abgrenzung eines materiellen Systems

Wenn es sich um eine Maschine, eine Baugruppe oder ein Bauteil handelt, ist das sog. Boundary Diagramm eine intuitive Visualisierungshilfe bei der Entscheidung, welche Elemente zum betrachteten System gehören (Bild 2, rechts). Das Boundary Diagramm ist ein Blockdiagramm, das Systeme, ihre Elemente und deren Schnittstellen abbildet.

In meinen Workshops benutze ich für die einfache Erstellung des Boundary Diagramms sehr gerne die Metapher des Bilderrahmens (Bild 2, links), um mit dem Team die einzelnen Elemente (Systemelemente, Baugruppen, Module) für den Betrachtungsrahmen zu priorisieren. Was am Ende des Auswahlprozesses innerhalb des Bilderrahmens liegt, wird weiter detailliert betrachtet. Elemente außerhalb des Rahmens oder auf dem Rahmen werden nach Analyse der priorisierten Elemente und mit den damit erarbeiteten Erkenntnissen ggfs. zu einem späteren Zeitpunkt betrachtet. Dies hilft bei der Fokussierung und dient dazu, sich nicht in weniger zielführenden Lösungspfaden zu verrennen.

Schematische Darstellung priorisierter Elemente in Ihrer Wirkweise aufeinander in Anlehnung an das Boundary Diagramm. Die Elemente beziehen sich beispielhaft auf eine Waschmaschine.
Bild 2: Schematische Darstellung priorisierter Elemente in Ihrer Wirkweise aufeinander in Anlehnung an das Boundary Diagramm. Die Elemente beziehen sich beispielhaft auf eine Waschmaschine.

Gerade bei der Suche nach Fehlerursachen lässt sich das Boundary Diagramm sehr gut mit dem Ishikawa-Diagramm kombinieren (Bild 3). Beispielsweise könnten sich die Teammitglieder bei der Untersuchung der Waschmaschine in der Zusammenschau von Boundary- und Ishikawa-Diagramm verständigt haben, die Antriebseinheit mit Riemenscheiben und Keilriemen detaillierter mit dem P-Diagramm zu analysieren.

Schematische Skizze Waschmaschine mit priorisierten Teilen für die Betrachtung im P-Diagramm
Bild 3: Schematische Skizze Waschmaschine mit priorisierten Teilen für die Betrachtung im P-Diagramm

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die gesammelten Elemente des Boundary Diagramms in eine Art Funktionsdiagramm (siehe Bild 6) zu übertragen oder, falls dieses bereits vorhanden ist, mit ihm abzugleichen. Dadurch arbeiten die Beteiligten in der Analyse die Zusammenhänge nochmal heraus und visualisieren sie. Meiner Erfahrung nach hilft dies, das Vokabular im Team abzugleichen sowie sicher zu stellen, dass alle unter den Begrifflichkeiten dasselbe verstehen.

Abgrenzung eines Prozesses

Bei der Betrachtung eines Prozesses kann es hilfreich sein, diesen in einzelne Prozessschritte zu unterteilen. Die SIPOC-Analyse kann Sie in der Ausgangssituation dabei unterstützen, sich auf die relevanten Prozessschritte zu fokussieren. Eine Priorisierung auf einzelne Prozesse erfolgt hierbei durch die Festlegung der kritischen Prozessschritte mit seinen Inputs, Outputs und involvierten Einheiten.

SIPOC-Analyse der Prozessschritte
Bild 4: SIPOC-Analyse der Prozessschritte

Möglicherweise entdeckt das Team dabei Lücken in den Spalten der SIPOC-Analyse (Bild 4). Diese weisen auf bisher nicht erkannte, mögliche Ursachen für ungewollte Variation oder mangelnde Bewertbarkeit der Teilprozesse hin. Sie können diese Lücken im Team mit einem Dot Voting priorisieren und dann z.B. mit einem Ishikawa-Diagramm weiter analysieren.

Beispiel Waschmaschine

Evtl. treten die Geräusche nur während bestimmter Abschnitte eines Waschprogramms auf. Die SIPOC-Analyse kann dann dazu verwendet werden, die möglichen Ursachen einzugrenzen

Durch SIPOC-Analyse und Ishikawa-Diagramm haben die Teammitglieder erneut die Möglichkeit, sich über Vokabular und Bedeutung des Prozesses klar zu werden. Mit diesem gemeinsam erarbeiteten Prozessverständnis fällt es dann auch leichter, gemeinsam die Einflussgrößen, Signale, Faktoren und Störgrößen zu priorisieren.