Untersuchungen von Methoden zur Qualitätssicherung durch Prozeßmodelle bei der Herstellung von Spanplatten

Dieter Greubel
Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut

Zusammenfassung

Physikalische Prozeßmodelle erfordern i.a. einen hohen Aufwand an Materialkennwerten, die zudem bei dem natürlichen Werkstoff Holz und den daraus hergestellten Partikeln sehr variabel sind. Die bisher aufgestellten Modelle sind für den Einsatz in Betrieben nicht geeignet. Wesentlich flexibler und einfacher in der Handhabung sind statistische Prozeßmodelle, welche durch Regressionsanalysen zwischen Prozeßgrößen und Produkteigenschaften hergeleitet werden können. Diese Modelle setzen jedoch ein stetiges Verhalten des betrachteten Prozesses voraus. Durch die gegenwärtig praktizierte Prozeßführung in der Holzwerkstoffindustrie kann man zumindest von einem stückweise stetigen Verhalten des Prozesses ausgehen, so daß auch mit dem unvollständigen Wissen über den Prozeß statistische Modelle sinnvoll sein können, welche mit den verfügbaren Prozeßgrößen arbeiten. Beim Einsatz von statistischen Verfahren wird vielfach vorausgesetzt, daß die Prozeßgrößen normalverteilt oder doch zumindest asymptotisch normalverteilt sind. Neben einer besseren Kontrolle der Prozeßvariablen selbst ergibt sich der Nutzen, daß in dem Zeitraum zwischen den Plattenziehungen zur Güteüberwachung eine Schätzung der wichtigen Platteneigenschaften vorgenommen werden kann um frühzeitig Tendenzen zu erkennen. Der Vorhersagefehler ist ebenso abschätzbar. Kontinuierlich arbeitende Meßgeräte für wichtige Prozeßvariablen wie z.B Span- oder Fasergrößenverteilungen oder Bindemittelverteilungen auf diesen Partikeln sind noch nicht für den industriellen Einsatz verfügbar. Moderne Ansätze mit Bildverarbeitung scheinen prinzipiell geeignet, um geometrische Merkmale der Späne und Fasern oder auch die Verteilung von Bindemittel auf den Partikeln online zu erfassen. Mathematisch/statistische Modelle zur dichten Produktüberwachung und Dokumentation der Prozeßgrößen sind bei Sonderproduktionen notwendig. Der Nachweis der Eigenüberwachung nach DIN-EN 326/2 kann mit einer kontinuierlichen statistischen Prozeßdatenauswertung unterstützt werden. Auch läßt die DIN-Norm ausdrücklich die Überwachung von Qualitätsmerkmalen durch mit diesen korrelierten Größen zu. Ständige Modellanpassungen sind notwendig, da mit unvollständigem Wissen gearbeitet wird. Durch Variationen der Modelle, z.B. durch Variation der Anzahl an einbezogenen Beobachtungen, ist die Sensitivität auf einzelne Beobachtungen abschätzbar. Bei dünnen Platten ist mit einer höheren Varianz der Platteneigenschaften zu rechnen, der unerklärbare Anteil an der Reststreuung ist größer. Dies bedeutet aber auch, daß die Modelle unsicherer sind. Bei einer großen Anzahl der in die Modelle einbezogenen Beobachtungen ist zwar mit einer besseren Vorhersage zu rechnen, jedoch steigt auch die Varianz der Residuen an, was sich in einer Vergrößerung des Vorhersagefehlers auswirkt, und damit auch wiederum in höheren Sicherheitsabständen. Es muß ein Kompromiß gefunden werden zwischen der Anzahl einbezogener Beobachtungen und der Anzahl der verwendeten Prozeßparameter. Durch das Einbeziehen von einer größeren Anzahl an Prozeßvariablen werden auch zufällige Störungen innerhalb der Platteneigenschaften stärker angepaßt. Dies führt zu falschen Bewertungen von Prozeßgrößen. Es konnte gezeigt werden, daß beim Einsatz von Prozeßmodellen sich rechnerisch Einspar- potentiale bis 10 % in den Herstellungskosten ergeben können. Die rechnerisch ermittelten Beträge dürften in der Praxis geringer ausfallen, wobei jedoch auch geringe Einsparungen von 1 bis 2 % bereits Investitionen für Hard- und Software sowie Schulung in größerem Umfang rechtfertigen können. Durch den Einsatz von Prozeßmodellen kann die Qualitätssicherung demnach verbessert und Kosteneinsparungen erzielt werden.

Die Untersuchungen wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) gefördert. Förderkennzeichen 10508 N

Der vollständige Bericht kann bestellt werden bei:
Internationaler Verein für Technische Holzfragen e. V.
Bienroder Weg 54 E
38108 Braunschweig