Pre-Control-Karte: Wissen, wann man nachstellen muss. Und wann nicht.
Pre-Control (Pre-Control-Regelkarte, auch Ampelkarte genannt) ist eine einfache Methode der Prozessregelung: Die Toleranz wird in grüne, gelbe und rote Zonen geteilt, und zwei aufeinanderfolgende Teile sagen dem Bediener, ob er weiterlaufen lassen, nachstellen oder stoppen soll. Die Methode wurde 1954 bei Rath & Strong entwickelt und von Dorian Shainin verbreitet. In der Fertigung braucht sie keine Statistik – nur ein Messmittel, die Regeln und die Möglichkeit, den Prozess nachzustellen.
Was ist eine Pre-Control-Karte?
Eine Pre-Control-Karte stellt die Toleranz eines Merkmals als drei farbige Zonen dar und trägt jeden Messwert darin ein. Die Zonen stammen aus der Spezifikation, nicht aus dem Prozess; die einzige Rechnung ist, die Toleranz in Viertel zu teilen.
Grüne Zone: weiterlaufen lassen
Die mittlere Hälfte der Toleranz, zentriert auf den Sollwert. Ein fähiger Prozess fertigt fast alle seine Teile in dieser Zone.
Gelbe Zonen: eine Warnung
Die äußeren Viertel der Toleranz, eines auf jeder Seite. Teile hier liegen noch in der Spezifikation, aber der Prozess nähert sich seiner Grenze.
Rote Zonen: stoppen
Alles außerhalb der Spezifikation. Ein einziger roter Messwert stoppt den Prozess: Er fertigt Ausschuss, oder die Einrichtung stimmt nicht.
Einseitige Toleranzen brauchen eine eigene Einteilung – die Viertel oben setzen einen Sollwert in der Mitte der Toleranz voraus. Wie das geht? Mit Experten sprechen
Die Pre-Control-Regeln
Pre-Control arbeitet in zwei Phasen. Zuerst wird die Einrichtung mit fünf aufeinanderfolgenden grünen Teilen freigegeben; dann wird die Produktion in festen Abständen mit Teilepaaren geprüft. Für jedes Muster ist genau eine Maßnahme vorgeschrieben, sodass zwei Bediener bei denselben Teilen dieselbe Entscheidung treffen.
Regeln für die Einrichtung: erst freigeben, dann fertigen
- Fünfmal Grün in FolgeProduktion starten und zu den Regeln für die Produktion wechseln.
- Zweimal Gelb auf derselben SeiteDen Prozess in Richtung Sollwert nachstellen, dann wieder von vorn zählen.
- Zweimal Gelb auf gegenüberliegenden SeitenStoppen und Ursache beheben: Die Streuung ist zu groß für die Toleranz. Nachstellen hilft hier nicht.
- Einmal RotStoppen und den Prozess in Ordnung bringen, bevor er ein weiteres Teil fertigt.
Regeln für die Produktion: zwei Teile je Prüfung
- Erstes Teil grünWeiterlaufen lassen. Das zweite Teil muss gar nicht mehr gemessen werden.
- Erstes gelb, zweites grünWeiterlaufen lassen.
- Zweimal Gelb auf derselben SeiteDen Prozess nachstellen, dann die Einrichtung mit fünfmal Grün neu freigeben.
- Zweimal Gelb auf gegenüberliegenden SeitenStoppen und Ursache beheben: Der Prozess streut zu stark.
- Einmal RotStoppen und Ursache beheben.
Nach jedem Nachstellen und jeder Korrektur gelten wieder die Regeln für die Einrichtung: fünfmal Grün in Folge, bevor die Produktion weiterläuft.
Wie oft wird geprüft?
Zwei Teile in einem festen Intervall. Eine gängige Faustregel legt das Intervall so fest, dass zwischen zwei Nachstellungen etwa sechs Paare geprüft werden: oft genug, um eine Drift zu erkennen, bevor sie eine Toleranzgrenze erreicht, und selten genug, dass das Messen die Produktion nicht behindert. Beginnen Sie mit einem vorsichtig kurzen Intervall und verlängern Sie es, solange die Karte grün bleibt.
Warum Pre-Control nur bei einem fähigen Prozess funktioniert
Die Zonen sind durch die Toleranz festgelegt; wie oft Pre-Control sich meldet, hängt also davon ab, wie viel von der Toleranz der Prozess ausnutzt. Bei einem Prozess, der mit einer Prozessfähigkeit von Cp = 1,0 auf dem Sollwert läuft, sind die meisten Messwerte grün, doch etwa 2 % der Paare signalisieren „Nachstellen“ oder „Stoppen“, obwohl sich nichts geändert hat. Bei Cp = 1,33 verschwinden diese Fehlalarme fast ganz, während eine echte Drift weiterhin innerhalb weniger Paare erkannt wird.
87 %der Messwerte liegen in der grünen Zone, wenn ein Prozess mit Cp = 1,0 auf dem Sollwert läuft
0,2 %der Paare geben bei Cp = 1,33 ein falsches Signal „Nachstellen“ oder „Stoppen“: etwa zwei von tausend
4Paare im Durchschnitt, bis bei Cp = 1,33 eine Drift um ein Viertel der Toleranz erkannt wird
Je weiter der Prozess von den Zonengrenzen entfernt läuft, desto seltener meldet sich Pre-Control – und desto eher schiebt eine echte Verschiebung die Messwerte ins Gelbe. Deshalb passt die Methode zu fähigen Prozessen, die driften, und deshalb führt sie bei einem grenzwertigen Prozess zum Überregeln (Tampering): Nachstellungen, die vom Rauschen ausgelöst werden und Streuung hinzufügen, statt sie zu beseitigen.
Berechnet für eine Normalverteilung; Cp = (USL − LSL) / 6σ. Pre-Control liefert keine Schätzung von Cp oder Cpk: Ermitteln Sie die Prozessfähigkeit zuerst.
Stellen Sie Prozessfähigkeit und Drift ein und sehen Sie, was ein Teilepaar sagt.
Anteil der Messwerte
- Grün
- Gelb
- Rot
Was ein Teilepaar sagt
Weiter
Nachstellen
Stoppen
Wo Pre-Control passt – und wo nicht
Pre-Control findet keine Ursachen und misst keine Prozessfähigkeit. Die Methode setzt bei einem Prozess an, der bereits fähig ist und lediglich driftet, und sagt dem Bediener, wann er nachsteuern muss. In der Red X®-Problemlösung von Shainin kommt sie zum Einsatz, nachdem die Ursache gefunden ist: Sobald die dominante Streuungsursache bekannt und ihre Toleranz festgelegt ist, sichert eine einfache Prozessregelung wie Pre-Control den Erfolg in der Fertigung.
Zuerst das Messmittel prüfen
Die Messung muss die Zonen unterscheiden können. Landen Wiederholmessungen desselben Teils in verschiedenen Zonen, zeigt die Karte das Messmittel, nicht den Prozess.
Die Zonen aus der Toleranz ableiten
Grün ist die mittlere Hälfte, Gelb sind die äußeren Viertel, Rot liegt außerhalb der Grenzen. Eine einseitige Toleranz braucht eine andere Einteilung.
Erst freigeben, dann fertigen
Fünfmal Grün in Folge gibt die Einrichtung frei; danach zwei Teile je Intervall. Schreiben Sie die Maßnahme für jedes Muster auf die Karte, damit niemand sie im Kopf behalten muss.
Auf die Nachstellungen hören
Verlangt die Karte immer wieder nach Nachstellen, ist der Prozess für seine Toleranz nicht fähig genug: Verringern Sie die Streuung – finden Sie das Red X® –, statt häufiger nachzusteuern.
Pre-Control sichert den Erfolg, schafft ihn aber nicht. Zuerst muss die Streuung verringert werden – durch eine Ursachenanalyse, die die dominante Ursache findet und beweist.
Pre-Control und SPC-Regelkarten im Vergleich
Pre-Control und Shewhart-Regelkarten beantworten verschiedene Fragen. Eine Regelkarte fragt, ob der Prozess stabil ist, und arbeitet mit Grenzen, die aus Prozessdaten berechnet werden; Pre-Control fragt, ob die Teile sicher innerhalb der Toleranz liegen, und arbeitet mit Grenzen aus der Spezifikation. Beides hat seinen Platz.
| Methode | Herkunft der Grenzen | Stichprobe | Am besten für |
|---|---|---|---|
| Pre-Control | Toleranz: Zonen bei ¼, ½ und ¼ | Fünf Teile zur Freigabe, dann zwei Teile je Prüfung | Fähige Prozesse, die driften; kurze Serien; Regelung durch den Bediener mit minimaler Schulung |
| X̄/R-Karte | Prozessdaten: ±3σ der Stichprobenmittelwerte | Stichproben von 3–5 Teilen; 20–25 Stichproben zur Festlegung der Grenzen | Stabilitätsverlust erkennen, einen Prozess untersuchen, lange Serien |
| Einzelwertkarte (I-MR) | Prozessdaten: gleitende Spannweite | Ein Teil je Prüfung | Langsame Prozesse und teure Messungen |
| Prüfung mit Grenzlehren | Toleranz | Jedes Teil oder eine Stichprobe | Gute von schlechten Teilen trennen; keine Warnung vor dem ersten Fehler |
Dorian und Peter Shainin argumentierten 1989, dass Pre-Control sofortige Verbesserung bringt, wo Regelkarten nur langsam Erkenntnisse liefern; Kritiker wie Ledolter und Swersey (1997) entgegneten, die Methode sei kein Ersatz für Regelkarten und führe bei schwach fähigen Prozessen zum Überregeln. In einem Punkt sind sich beide Seiten einig: Pre-Control gehört auf fähige Prozesse.
Rechenbeispiel
Eine Pre-Control-Karte in fünf Minuten anlegen
Eine gedrehte Welle hat eine Durchmessertoleranz von 20,00 ± 0,10 mm. Die Toleranz beträgt 0,20 mm, also ist jedes Viertel 0,05 mm breit: grün von 19,95 bis 20,05, gelb von 19,90 bis 19,95 und von 20,05 bis 20,10, rot außerhalb von 19,90–20,10. Der Bediener gibt jede Einrichtung mit fünfmal Grün frei und misst dann alle 30 Minuten zwei Wellen. Messwerte von 20,07 und 20,08, beide in der oberen gelben Zone, bedeuten: in Richtung 20,00 nachstellen und neu freigeben. Messwerte von 19,93 und 20,07, Gelb auf gegenüberliegenden Seiten, bedeuten: stoppen, die Streuung ist zu groß für die Toleranz.
0,05mm breit: jedes Viertel der Toleranz von 0,20 mm
19,95–20,05mm: die grüne Zone, zentriert auf den Sollwert 20,00
Häufige Fragen zur Pre-Control-Karte
Was ist eine Pre-Control-Karte?
Eine Pre-Control-Karte, auch Ampelkarte genannt, ist eine Karte zur Prozessregelung, deren Zonen aus der Toleranz abgeleitet sind: Grün für die mittlere Hälfte, Gelb für die äußeren Viertel, Rot außerhalb der Spezifikation. Der Bediener ordnet zwei aufeinanderfolgende Teile den Zonen zu und entscheidet so, ob der Prozess weiterläuft, nachgestellt oder gestoppt wird.
Wie legt man die Pre-Control-Grenzen fest?
Teilen Sie die Toleranz in Viertel. Die grüne Zone sind die beiden mittleren Viertel, also 50 % der Toleranz, zentriert auf den Sollwert; jede gelbe Zone ist ein äußeres Viertel; die roten Zonen liegen außerhalb der Spezifikationsgrenzen. Prozessdaten sind nicht nötig: Die Grenzen stammen aus der Zeichnung.
Wie lauten die Pre-Control-Regeln?
Einrichtung: Fünf aufeinanderfolgende Teile in der grünen Zone geben die Einrichtung frei; zweimal Gelb auf derselben Seite heißt nachstellen, zweimal Gelb auf gegenüberliegenden Seiten oder einmal Rot heißt stoppen und Ursache beheben. Produktion: In jedem Intervall zwei Teile messen. Ein grünes erstes Teil oder ein gelbes gefolgt von einem grünen heißt weiterlaufen lassen; zweimal Gelb auf derselben Seite heißt nachstellen; Gelb auf gegenüberliegenden Seiten oder einmal Rot heißt stoppen. Nach jedem Nachstellen mit fünfmal Grün neu freigeben.
Wer hat Pre-Control erfunden?
Frank Satterthwaite, Statistiker beim Beratungsunternehmen Rath & Strong, entwickelte die Methode 1954. Sein Kollege Dorian Shainin brachte sie in die Fertigung und warb jahrzehntelang für sie; 1989 argumentierten Dorian und Peter Shainin in Quality Engineering, dass sie X̄/R-Karten bei der sofortigen Qualitätsverbesserung überlegen ist.
Pre-Control oder SPC: Was ist der Unterschied?
Eine Shewhart-Regelkarte vergleicht den Prozess mit sich selbst: Ihre Grenzen werden aus Prozessdaten berechnet, und sie erkennt, wenn der Prozess nicht mehr statistisch beherrscht ist. Pre-Control vergleicht die Teile mit der Toleranz: Die Grenzen stammen aus der Spezifikation, und die Karte sagt dem Bediener, wann er nachstellen soll. Regelkarten eignen sich für Prozessuntersuchungen und lange Serien; Pre-Control eignet sich für fähige Prozesse, kurze Serien und Bediener ohne statistische Ausbildung.
Wann sollte man Pre-Control nicht einsetzen?
Wenn der Prozess nicht fähig ist: In der Praxis füllen sich unterhalb eines Cp von etwa 1,3 die gelben Zonen mit normaler Streuung, und die Regeln lösen Nachstellungen aus, die nur Streuung hinzufügen – das sogenannte Überregeln (Tampering). Außerdem, wenn Sie den Prozess erst verstehen müssen, statt ihn nur nachzusteuern, wenn das Ergebnis kein Messwert ist und bevor die Prozessfähigkeit nachgewiesen ist, denn Pre-Control liefert keine Schätzung von Cp oder Cpk.
Wie oft werden Stichproben genommen?
Zwei aufeinanderfolgende Teile in einem festen Intervall. Eine gängige Faustregel: Wählen Sie das Intervall so, dass zwischen zwei Nachstellungen etwa sechs Paare geprüft werden, und verlängern Sie es, solange die Karte grün bleibt. Verlangt die Karte immer wieder nach Nachstellen, liegt das Problem in der Streuung, nicht im Intervall.
Funktioniert Pre-Control bei einseitigen Toleranzen?
Ja, mit einer anderen Einteilung. Die zweiseitigen Viertel setzen einen Sollwert in der Mitte der Toleranz voraus, den ein einseitiges Merkmal wie Ebenheit oder Rundlauf nicht hat. Die Zonen für eine einseitige Toleranz festzulegen ist eine der Aufgaben, die ein Shainin-Experte gemeinsam mit Ihnen löst: Mit Experten sprechen.
Ist Pre-Control statistisch fundiert?
Die Zonen setzen einen annähernd normalverteilten Prozess voraus, der auf dem Sollwert zentriert ist. Bei einem solchen Prozess mit Cp = 1,0 sind etwa 87 % der Messwerte grün, und etwa 2 % der Paare geben ein falsches Signal; bei Cp = 1,33 sinken die Fehlalarme auf etwa zwei von tausend Paaren. Wissenschaftliche Bewertungen – Ledolter und Swersey (1997) sowie Steiner (1997) – kommen zu dem Schluss, dass die Methode bei fähigen Prozessen und kleinen Losen funktioniert und sonst kein Ersatz für Regelkarten ist.
Wie passt Pre-Control in die Red X®-Problemlösung von Shainin?
Als letzter Schritt, nicht als erster. Die Red X®-Problemlösung findet und beweist die dominante Streuungsursache und legt deren Toleranz fest; eine einfache Prozessregelung wie Pre-Control hält anschließend die beherrschte Einflussgröße und die Zielgröße Green Y® in der Fertigung in der grünen Zone. Braucht ein Prozess weiterhin häufiges Nachstellen, ist die dominante Ursache noch nicht vollständig beherrscht.
Quellen (auf Englisch): F. E. Satterthwaite, „A simple, effective process control method“, Report 54-1, Rath & Strong, 1954; D. Shainin und P. Shainin, „Pre-Control versus X̄ & R charting: continuous or immediate quality improvement?“, Quality Engineering 1(4), 1989; J. Ledolter und A. Swersey, „An evaluation of pre-control“, Journal of Quality Technology 29(2), 1997; S. H. Steiner, „Pre-control and some simple alternatives“, Quality Engineering 10(1), 1997; Quality magazine, „Dorian Shainin’s influence on quality professionals, part IV“, 2018.
Streuung, die Sie nicht im Grünen halten können?
Die Red X®-Experten von Shainin helfen Herstellern, die dominante Streuungsursache zu finden – und den Erfolg in der Fertigung zu sichern.