PPAP: Das Produktionsteil-Freigabeverfahren erklärt

Das Kundenportal erhält ohne Vorwarnung eine Nachricht: „PPAP erforderlich.“ Für einen Lieferanten ohne vorherige Erfahrung mit der Erstellung solcher Einreichungen können diese zwei Wörter wochenlange hektische Betriebsamkeit auslösen. Für einen Lieferanten, der das Produktionsteil-Freigabeverfahren (PPAP) als natürliches Ergebnis sorgfältiger Planung zur Sicherstellung der Qualität betrachtet, ist es ein Kontrollpunkt und keine Krise.

PPAP ist ein standardisiertes Rahmenwerk. Es dient der Bewertung, ob der Fertigungsprozess eines Lieferanten durchgängig Teile produzieren kann, die alle technischen Konstruktionsspezifikationen und Qualitätsanforderungen des Kunden erfüllen. PPAP wird von der Automotive Industry Action Group (AIAG) vorgegeben und heute weit über den Automobilsektor hinaus angewendet. Dokumentarische und physische Nachweise werden durch PPAP in der Fertigung, wodurch sichergestellt wird, dass die Kundenanforderungen verstanden wurden, dass das Produkt diese Anforderungen erfüllt und dass der Prozess diese Leistung bei voller Produktionsrate aufrechterhalten kann.

Ein umfassendes Verständnis der praktischen Auswirkungen von PPAP und seiner Anforderungen an ein Qualitätsmanagementsystem ist entscheidend, um die Wahrnehmung von PPAP von einer Compliance-Pflicht zu einem Hebel für ein verbessertes Lieferantenqualitätsmanagement und für industrielle Kostensenkungen zu verändern.

Was ist PPAP und warum ist es in der Fertigung wichtig?

PPAP ist der formale Mechanismus, durch den ein Hersteller die Gewissheit erlangt, dass ein Lieferant bereit ist, konforme Teile in Serie zu liefern. Bevor ein neues Teil in Produktionsmengen ausgeliefert wird, muss der Lieferant drei Dinge nachweisen: dass die technische Konstruktionsdokumentation und alle Spezifikationen vollständig verstanden wurden; dass der Fertigungsprozess, betrieben mit der angebotenen Produktionsrate und nicht auf einer Werkbank unter Idealbedingungen, konforme Ergebnisse liefert; und dass das vorhandene Qualitätsmanagementsystem diese Leistung aufrechterhält und verhindert, dass nicht konforme Teile den Kunden erreichen.

PPAP ist eines der sechs von der AIAG definierten zentralen Qualitätsinstrumente, neben Fortgeschrittene Produktqualitätsplanung (APQP), Kontrollplan, Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA), Messsystemanalyse (MSA) und Statistische Prozesslenkung (SPC). Es ist eine verbindliche Anforderung gemäß IATF 16949, dem automobilspezifischen Qualitätsmanagementsystem-Standard, und wurde in der Luft- und Raumfahrt- sowie Verteidigungsindustrie über die AS9145 übernommen, wo es zusammen mit den Anforderungen der Erstmusterprüfung (FAI) in das APQP-Rahmenwerk integriert ist.

Eine PPAP-Einreichung ist immer dann erforderlich, wenn ein neues Teil in die Produktion geht, eine Konstruktion über eine technische Änderungsmitteilung geändert wird, Werkzeuge ersetzt oder hinzugefügt werden, sich ein Lieferant oder eine Materialquelle ändert oder die Produktion an einen neuen Standort verlagert wird. Entscheidend ist, dass der Kunde jederzeit im Produktlebenszyklus eine PPAP-Einreichung anfordern kann, was bedeutet, dass das Qualitätssystem eines Lieferanten die gesamte Dokumentation stets aktuell und verfügbar halten muss.

Die 18 PPAP-Elemente

Ein vollständiges PPAP-Paket enthält 18 Elemente, die in der Tabelle unten in drei Funktionsgruppen gegliedert sind. Nicht jedes Element wird in jedem Fall eingereicht; was eingereicht und was beim Lieferanten zurückbehalten wird, hängt von der Einreichungsstufe ab, doch der Lieferant ist dafür verantwortlich, alle Elemente zu entwickeln und zu pflegen.

Tabelle 1 – Die 18 PPAP-Elemente nach Kategorie

Einige Elemente haben ein überproportionales Gewicht. In der PFMEA wird das Risiko analysiert: Jede potenzielle Fehlerart im Fertigungsprozess wird nach Schweregrad, Auftretenswahrscheinlichkeit und Entdeckungswahrscheinlichkeit bewertet, woraus sich eine Risikoprioritätszahl ergibt, die den Kontrollplan bestimmt. Der Kontrollplan überträgt diese Risikoanalyse dann in tägliche betriebliche Regeln auf dem Shopfloor: was gemessen wird, wie, in welcher Häufigkeit und welcher Reaktionsplan gilt, wenn eine Messung außerhalb der Spezifikation liegt. Genau hier werden Standardarbeit und Prinzipien des täglichen Managements zur Qualitätssicherung.

Die Messsystemanalyse (MSA), durchgeführt über eine Gage R&R-Studie, verifiziert, dass die Messmittel selbst nur eine akzeptabel geringe Streuung verursachen. Eine MSA mit einem Gage R&R über 30% ist nicht akzeptabel. Daten aus einem unzuverlässigen Messmittel entwerten jedes Maßergebnis im gesamten Paket. Die Ersten Prozessstudien belegen die Prozessfähigkeit durch eine Cpk-Analyse, wobei für besondere Merkmale in der Regel ein Cpk von 1,67 oder höher erforderlich ist. Und die PSW ist das formale Zusammenfassungsdokument, in dem der Lieferant die Konformität erklärt und die Freigabe zum Beginn des Versands beantragt.

Das Prozessablaufdiagramm und die PFMEA müssen sowohl untereinander als auch mit dem Kontrollplan übereinstimmen. Qualitätsingenieure des Kunden prüfen alle drei Dokumente nebeneinander; Widersprüche zwischen ihnen zählen zu den häufigsten Gründen für eine Ablehnung der PPAP.

PPAP-Vorlagestufen: die richtige auswählen

PPAP definiert fünf Vorlagestufen, die festlegen, wie viel Dokumentation ein Lieferant dem Kunden vorlegen und wie viel er intern zurückbehalten muss. Der Kunde legt die erforderliche Stufe fest; die Lieferanten wählen sie nicht selbst aus. Die folgende Tabelle fasst jede Stufe und ihre typische Anwendung zusammen.

Tabelle 2 – PPAP-Vorlagestufen und typische Anwendungen

Eine PPAP-Einreichung der Stufe 3 umfasst das PSW, physische Musterteile sowie das vollständige Paket an ergänzenden Daten: DFMEA, Prozessablaufdiagramm, PFMEA, Kontrollplan, MSA, Maßergebnisse, Material- und Leistungsprüfprotokolle sowie erste Prozesseuntersuchungen. Für ein neues Teil mit etabliertem Werkzeug und bekanntem Fertigungsprozess dauert die Erstellung einer PPAP der Stufe 3 in der Regel zwei bis vier Wochen länger, wenn neue Werkzeuge oder eine neue Prozessentwicklung erforderlich sind.

Stufe 5 ist sicherheitskritischen oder hochkomplexen Teilen vorbehalten, bei denen der Kunde das vollständige Datenpaket vor Ort beim Lieferanten prüft, anstatt eine Ferneinreichung zu akzeptieren. Es ist die anspruchsvollste Stufe und funktioniert in der Praxis wie ein Lieferantenaudit in Kombination mit der PPAP-Validierung.

PPAP und APQP: warum die Verbindung zur Planung entscheidend ist

Die wichtigste Erkenntnis zum Lieferantenqualitätsmanagement lautet: PPAP ist kein Prozess. Es ist das Ergebnis eines Prozesses. Dieser Prozess ist APQP, eine strukturierte, phasenweise gegliederte Methode, die von der Produktkonzeption bis zur Produktionsvalidierung reicht und sicherstellt, dass Konstruktionsabsicht, Fertigungsfähigkeit und Qualitätskontrollen aufeinander abgestimmt sind, bevor auch nur ein einziges Produktionsteil ausgeliefert wird.

PPAP liefert den Nachweis, dass die APQP erfolgreich durchgeführt wurde. Eine abgelehnte PPAP-Einreichung ist fast immer ein Symptom vorgelagerter APQP-Schwächen, die dadurch sichtbar werden, und kein Dokumentationsproblem. Unternehmen, die PPAP als eigenständiges Compliance-Ereignis behandeln und Dokumente erst am Ende eines Entwicklungsprogramms zusammenstellen, statt sie im Verlauf des Planungsprozesses zu entwickeln, setzen sich systematisch dem Risiko kostspieliger Fehler in einer späten Phase aus.

Dieses Muster wiederholt sich mit vorhersagbarer Konsequenz in Qualität und Produktivität von Fertigungsbetrieben mit diskreter Produktion: eine PFMEA, die als Formular abgehakt statt als Entscheidungswerkzeug genutzt wurde; ein Kontrollplan, der Kontrollen aufführt, die auf der Linie tatsächlich nicht angewendet werden; eine MSA, die an Labormessmitteln statt an den von den Mitarbeitenden täglich genutzten Produktionsinstrumenten durchgeführt wurde; eine Fähigkeitsstudie, die unter kontrollierten Testbedingungen statt bei der angebotenen Produktionsrate durchgeführt wurde. In jedem dieser Fälle übertraf die Reife der Dokumentation die Reife des Prozesses. Der Ordner wirkte vollständig, während der Prozess es nicht war.

Built-in Quality, das Prinzip, Konformität in den Prozess einzubeziehen, statt sie erst nachträglich in das Produkt hineinzuprüfen, ist das, was die APQP durchsetzt und die PPAP validiert. Value Stream Mapping, angewendet auf die Einführung neuer Produkte, macht den Fluss der Risikoentscheidungen sichtbar: von den Kundenanforderungen über die Konstruktionsvalidierung, die Prozessgestaltung, die PFMEA, den Kontrollplan bis zur Fähigkeitsbestätigung. Ist diese Kette intakt, entsteht das PPAP-Paket von selbst aus lebenden Dokumenten, statt unter Zeitdruck erstellt werden zu müssen.

Initiativen zur Verbesserung von Fertigungsprozessen, die PPAP auf dieser Ebene angehen und es als Übung in Qualitätsarchitektur statt als reine Einreichungsübung behandeln, erzielen durchgängig kürzere Freigabezeiten und weniger Nacheinreichungen.

PPAP über die Automobilindustrie hinweg: Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und diskrete Fertigung

Obwohl PPAP seinen Ursprung im Automobilbereich hat und von der Automotive Industry Action Group (AIAG) zusammen mit Ford, General Motors und Chrysler entwickelt wurde, hat sich die Methode auf andere Branchen ausgeweitet, weil das zugrunde liegende Problem, das sie löst, universell ist: Wie gewinnt ein Kunde die Gewissheit, dass ein Lieferant über einen gesamten Produktionslauf hinweg unter realen Betriebsbedingungen durchgängig konforme Teile liefern kann?

In der Luft- und Raumfahrt- sowie Verteidigungsindustrie formalisiert AS9145, veröffentlicht 2016 von der International Aerospace Quality Group (IAQG), die Anwendung von APQP und PPAP auf Lieferketten in der Luftfahrt, Raumfahrt und Verteidigung. AS9145 ist mit AS9102, dem FAI-Standard, verknüpft, doch beide sind eigenständig: Die FAI ist in der Luft- und Raumfahrt ein Bestandteil einer PPAP-Einreichung, kein Ersatz dafür. Betriebe der diskreten und der Prozessfertigung in der Luft- und Raumfahrt stehen vor einer echten Anpassungsherausforderung: Statistische Werkzeuge wie SPC, Gage R&R und Prozessfähigkeitsstudien wurden für die kontinuierliche Großserienproduktion entwickelt. Sie sinnvoll auf eine Losgröße von drei komplexen bearbeiteten Bauteilen anzuwenden, erfordert Urteilsvermögen darüber, was die Daten aussagen können und was nicht. AS9145 trägt dem Rechnung; Lieferanten und Original Equipment Manufacturer (OEMs), die damit arbeiten, müssen sicherstellen, dass die Werkzeuge so angewendet werden, dass sie die tatsächliche Produktionsrealität widerspiegeln.

Branchenübergreifend sind jene Unternehmen am erfolgreichsten bei der Anwendung von PPAP, die dieses Verfahren in ihre Lieferantenentwicklungsprogramme integriert haben, nicht als Hindernis, das es zu überwinden gilt, sondern als strukturierten Dialog zwischen Kunde und Lieferant darüber, ob die Voraussetzungen für eine konsistente Qualität tatsächlich gegeben sind.

PPAP als Hebel für kontinuierliche Verbesserung

PPAP-Dokumentation, die den tatsächlichen Fertigungsprozess widerspiegelt und nicht eine idealisierte Version, schafft eine Qualitätsbasis. Der Kontrollplan definiert den Standard. Der Gage R&R schafft Messvertrauen. Die Cpk-Ergebnisse zeigen, wo die Prozessfähigkeit stark und wo sie grenzwertig ist. Dies ist das Fundament, auf dem Programme zur kontinuierlichen Verbesserung in der Fertigung entwickeln können.

In der Praxis behandeln jene Unternehmen, die den größten Nutzen aus PPAP ziehen, den Kontrollplan so, wie leistungsstarke Betriebsstandardarbeit behandeln: als lebendes Dokument, das bei Prozessänderungen aktualisiert, bei Fehlern überprüft und zur Einarbeitung neuer Mitarbeitenden herangezogen wird. Die PFMEA wird zu einem Risikoregister, das sich mit wachsender Produktionserfahrung weiterentwickelt. Die bei der PPAP-Freigabe festgelegte Ausgangsleistung wird zum Startpunkt des KPI-Baums für nachfolgende Verbesserungszyklen.

Wenn Entscheidungen zum Produktionsfluss, zur Linien- und zur Layoutgestaltung unter Berücksichtigung der PPAP-Anforderungen getroffen werden und dabei sichergestellt wird, dass Messpunkte, Prüfstationen und Kontrollmechanismen für die Mitarbeitenden bei Produktionsrate physisch zugänglich und praktikabel sind, entsteht ein Qualitätssystem, das sowohl konform als auch funktional ist. Wird die Produktionslinie zuerst gestaltet und die PPAP-Dokumentation erst nachträglich darum entwickelt, ist dies die Grundursache vieler MSA- und Fähigkeitsfehler, die zu Nacheinreichungen führen.

Um dies zu erreichen, ist Kompetenz an zwei Fronten erforderlich: dem Shopfloor und der Lieferkette. Das Kaizen Institute unterstützt Unternehmen durch seine Beratung zur Automobilindustire, die Herstellern dabei unterstützen, robuste Produktionssysteme zu entwickeln, in denen Prozessdisziplin, Qualitätsmanagement und PPAP-Anforderungen strukturell aufeinander abgestimmt sind. Ergänzend dazu stärken unsere Dienstleistungen im Bereich Qualitätsmanagement, die Qualitätssysteme im gesamten Unternehmen, während unsere Beratung im Bereich Beschaffung und Einkauf die Qualifizierung und Leistung von Lieferanten als gesteuerte Fähigkeit statt als reaktiven Prozess entwickelt.

Noch Fragen zu PPAP?

Was bedeutet die Abkürzung PPAP?

PPAP steht für Production Part Approval Process (Produktionsteil-Freigabeverfahren). Es handelt sich um ein standardisiertes Rahmenwerk, das von der Automotive Industry Action Group (AIAG) vorgegeben wird, um nachzuweisen, dass der Fertigungsprozess eines Lieferanten durchgängig Teile produzieren kann, die alle technischen Konstruktionsspezifikationen und Qualitätsanforderungen des Kunden erfüllen.

Was ist der Unterschied zwischen PPAP und APQP?

Advanced Product Quality Planning (APQP) ist der vorgelagerte Planungsprozess, eine strukturierte, phasenweise gegliederte Methode, die vom Produktkonzept bis zur Produktionsvalidierung reicht. PPAP ist das Ergebnis der APQP: das Paket aus Dokumenten, Daten und physischen Teilen, das belegt, dass die Planung erfolgreich durchgeführt wurde. Eine gescheiterte PPAP-Einreichung ist fast immer ein Zeichen für einen unvollständigen APQP-Prozess.

Was ist eine PSW?

Die PSW ist das abschließende Dokument in einem PPAP-Paket. Vom Lieferanten unterzeichnet, erklärt sie, dass alle 18 Elemente vollständig sind, dass die Teile alle technischen Konstruktionsanforderungen erfüllen, und beantragt formell die Freigabe des Kunden zum Beginn des Versands von Produktionsmengen. Sie ist das offizielle Tor zur Produktionsfreigabe.