Qualitätsmanagement-Systemen im Embedded-Markt Durch Qualität zu sicheren und zuverlässigen Produkten

Unser tägliches Geschäft ist beeinflusst durch die Beschleunigung technologischer Entwicklungen, eine fortschreitende Produktivitätssteigerung und wachsende Qualitätsansprüche. Wir alle kennen diese beinahe stereotype Aussage. Was aber bedeutet Qualität von Produkten und Dienst­leistungen für ein Unternehmen und wozu benötigt es ein – oder gar mehrere – Qualitätsmanagementsysteme? Wer definiert Qualität und worauf bezieht sie sich?

Ein Anwender selektiert die für ein Projekt in Frage kommenden Produkte zuerst anhand der Produktbeschreibung. Je spezifischer die Anforderungen werden, desto kleiner ist die Trefferquote. Wenn die Auswahl entsprechend eingegrenzt wurde – wie kann dann sichergestellt werden, dass die Qualität stimmt, und was bedeutet Qualität eigentlich?

Zuerst einmal soll das Produkt all das leisten, was im Datenblatt versprochen wird. Weitere Qualitätsmerkmale hängen von den Zielmärkten ab. Zuverlässigkeit bzw. Ausfallsicherheit sind wichtig für Zulieferer von  Zügen, Flugzeugen, Schiffen oder Nutzfahrzeugen. Ein Lieferant von Computerkomponenten sollte in der Lage sein, nachzuweisen, dass er über die notwendige Kompetenz verfügt, eine entsprechende Computerbaugruppe oder ein System sowohl zu entwickeln als auch zu fertigen und zu testen. Hierzu gehören beispielsweise eine vollautomatische Produktionsanlage mit schonenden Lötverfahren und möglichst Traceability vom Wareneingang der Komponenten bis zum Warenausgang des kompletten Systems. Auch Testverfahren, mit denen dokumentiert wird, dass die bei der Entwicklung definierten Werte für die Vibrationsresistenz tatsächlich eingehalten werden, sind wichtig. Der Lieferant muss zusätzlich definierte Prozesse nachweisen können, wenn die Komponenten langzeitverfügbar sein müssen. Spezielle Kompetenz seitens des Systemlieferanten ist auch erforderlich, wenn es um eine sicherheitskritische Anwendung geht. Marktspezifisches Wissen von Normen wie die EN 50155 für Züge, e1 für Automotive oder DO-254, DO-178B für Flugzeuge kommen dann ins Spiel.

Qualitätsnormen für spezifische Branchen

In diesem Sinne kann man Qualität als die Summe aller Prozesse bezeichnen, die zu einem hochwertigen Produkt führen. Wichtig ist, dass die Prozesse definiert und dokumentiert sind, immer gleich ablaufen und Maßnahmen für Abweichungen getroffen sind. Genau dieser Gedanke wird im Qualitätsmanagement aufgegriffen. Erst ein gut definiertes und aktiv gelebtes Qualitätsmanagementsystem garantiert die Qualität eines Produkts hinsichtlich aller geforderten Eigenschaften. Markt­unabhängiges Basissystem ist die ISO 9001. Unterschiede in den Prozessen sind den verschiedenen Anforderungen der einzelnen Märkte geschuldet und führen zu den unterschiedlichen Qualitätsmanagementsystemen. Dies sind, aufbauend auf der ISO 9001:

  • ISO 13485 für Medizintechnik
  • ISO/TS 16949 für Automotive
  • EN/AS 9100 für Luft- und Raumfahrt 
  • IRIS für Schienenfahrzeuge

Entsprechend der Platzierung der Produkte für bestimmte Märkte sollten diese Standards zusätzlich zur ISO 9001 eingeführt werden – wie im Fall von MEN beispielsweise die IRIS und die EN 9100.

IRIS (International Railway Industry Standard)

Das Regelwerk IRIS wurde in Zusammenarbeit mit den führenden Bahnsystemherstellern (Bombardier, Siemens, Alstom, Ansaldo Breda) und der ­UNIFE (Verband der europäischen Eisenbahnindustrie) initiiert, um eine hohe Qualität in der gesamten Lieferkette der Bahnindustrie sicherzustellen. Zu den Besonderheiten dieses Regelwerks zählt eine sehr detaillierte Dokumentation. So werden in der Rev. 02 der IRIS 16 dokumentierte Verfahren und 25 Prozesse gefordert. Im Vergleich dazu fordert die ISO 9001 nur sechs dokumentierte Verfahren.

Ein nach IRIS geforderter Prozess ist beispielsweise das Abkündigungs-Management (Obsolescence Management). Langzeitverfügbarkeit besitzt im Bahnmarkt eine enorme Wichtigkeit, wenn man bedenkt, dass die Fahrzeuge vor Inbetriebnahme aufwendige Abnahmeprozeduren durchlaufen müssen und jahrzehntelang im Einsatz sind. In den letzten Jahren kommt im Steuerungsbereich der Trend zum Einsatz marktüblicher Rechnerkomponenten mit Standardbetriebssystemen – etwa auf Basis von Intel-Architektur unter Windows – erschwerend hinzu. Hier sind Bauteileabkündigungen im 3-Monats-Rhythmus an der Tagesordnung – wenn überhaupt ordentlich abgekündigt wird. Sorgfältige Auswahl und Planung sind notwendig, um eine garantierte Verfügbarkeit von wenigstens zehn Jahren sicherzustellen. Das Abkündigungs-Management der IRIS stellt daher die Sicherstellung der festgelegten und vereinbarten Lebensdauer des Produktes wie auch die Verfügbarkeit der gelieferten Produkte und Ersatzteile in den Vordergrund.

IRIS-Verfahren

Eines der wichtigsten nach IRIS geforderten Verfahren stellt das RAMS dar. Die Abkürzung RAMS steht für Reliability (Zuverlässigkeit), Availability (Verfügbarkeit), Maintainability (Wartungsfreundlichkeit) und Safety (Sicherheit). RAMS ist nach der Definition der DIN EN 50126 eine Methodik, die mithelfen soll, Fehler schon in der Planungsphase von Projekten zu verhindern. RAMS kann beispielsweise angewendet werden bei der Entwicklung und Einführung von neuen Produkten (Bild 1). Das RAMS-Management stellt sicher, dass Systeme definiert, Risikoanalysen durchgeführt, Gefährdungsraten ermittelt, detaillierte Prüfungen gemacht und Sicherheitsnachweise erstellt werden.

  • Reliability (Zuverlässigkeit) ist die auf ein Produkt – beispielsweise ein Computersystem – bezogene Fähigkeit, eine geforderte Funktion unter gegebenen Bedingungen für ein gegebenes Zeitintervall zu erfüllen („Funktionssicherheit“). Die Reliability gibt an, wie verlässlich eine dem Produkt zugewiesene Funktion in diesem Zeitintervall erfüllt wird.
  • Availability (Verfügbarkeit) ist die Fähigkeit (des Computersystems), während eines gegebenen Zeitintervalls in einem Zustand zu sein, welcher die geforderte Funktion unter Berücksichtigung aller erforderlichen Hilfsmittel erfüllen kann.
  • Maintainability (Wartungsfreundlichkeit) ist die Kombination aller technischen, administrativen und organisatorischen Maßnahmen zur Erhaltung des funktionsfähigen Zustandes oder der Rückführung in diesen. Maintenance beinhaltet Wartung, Inspektion und Reparatur. 
  • Safety (Sicherheit) bezeichnet denjenigen Zustand, der frei von unvertretbaren Risiken ist und als frei von Gefahren angesehen wird.

RAMS-Management muss frühzeitig in den Entwicklungsprozess eingebunden werden. Mittels eines angepassten V-Modells etwa kann man hier eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit erreichen, da Verifikation und Validierung auf jeder Design-Ebene wiederholt werden (Bild 2). Dies gilt für Standardbaugruppen ebenso wie für Komplettsysteme oder kundenspezifische Lösungen. Während der linke Arm des „V“ die einzelnen Schritte des Entwicklungsprozesses abbildet, spiegelt der rechte Arm den Integrations- und Validierungsprozess wider.