ISO GPS Warum Sie Geometrische Produktspezifikationen richtig anwenden sollten

Geometrische Produktspezifikationen (GPS) – das größte regelbasierte Normensystem der ISO – sind in vielen Unternehmen noch immer unbekannt oder unzureichend implementiert – mit weitreichenden Folgen.

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Steigende Qualitätsanforderungen, eine zunehmende Arbeitsteilung sowie die Notwendigkeit, die Produktkosten zu senken, verlangen heute vollständige und eindeutige Produktspezifikationen mit allen relevanten Informationen, um eine kostengünstige Produktion, eine eindeutige Verifikation und eine sichere Funktion zu gewährleisten.

Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Technische Produktspezifikation (z.B. Konstruktionszeichnung oder CAD-Datensatz). Sie ist in der industriellen Fertigung einerseits ein zentrales Dokument, ohne deren Hilfe eine funktionsgerechte und wirtschaftliche Fertigung sowie Prüfung nicht möglich wäre und andererseits das wichtigste Kommunikationsmedium zwischen Konstruktion bzw. Entwicklung, Fertigung, Qualitätssicherung, Einkauf, Vertrieb und Kunde – weltweit.

Die Erzeugung vollständiger und eindeutiger Produktspezifikationen ist jedoch nur auf Basis eines eindeutigen und verbindlichen Regelwerks möglich. Dieses Regelwerk – das Normensystem der Geometrischen Produktspezifikationen (kurz: ISO-GPS) – besteht derzeit aus 146 veröffentlichten und 24 in Vorbereitung befindlichen Standards. Dem Normensystem liegt ein Operatorkonzept zugrunde, das unter anderem eine (komplexe) „geometrische Sprache“ zur Beschreibung (Spezifikation) und Prüfung (Verifikation) der Abweichung der realen Geometrie industrieller Produkte von ihrer idealen (theoretisch exakten) Geometrie beinhaltet.

Mehr als die Hälfte der Konstruktionszeichnungen sind unvollständig oder falsch

Das Problem: In der Praxis ist auch heute noch weitgehend unbekannt, dass sich mit der Veröffentlichung der ISO-GPS-Standards nahezu die gesamte normative Basis, sowohl für die Interpretation technischer Produktspezifikationen als auch für die Verifikation der gefertigten Produkte, seit mehr als einem Jahrzehnt in einem vollständigen Umbruch befinden und neue, komplexe ISO-GPS-Standards und somit auch neue Regeln hinzugekommen sind und künftig hinzukommen werden.

Während diese neuen Standards auf die heutigen Möglichkeiten des CAD, eine moderne Fertigungs- und digitale Messtechnik ausgerichtet sind, befindet sich die überwiegende Mehrzahl der technischen Produktdokumentationen, insbesondere im Hinblick auf das „Toleranzmanagement“, bestenfalls auf dem normativen Stand der 1980-er-Jahre.

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Alleine im Hinblick auf eine funktions-, fertigungs-, prüf- und kostengerechte Tolerierung von Maß, Form, Lage und Oberfläche sind weit mehr als die Hälfte aller Konstruktionszeichnungen unvollständig, mehrdeutig, sinnwidrig oder sogar falsch. Die den meisten Konstruktionszeichnungen derzeit zugrunde liegende Tolerierung lässt es darüber hinaus zu, dass funktionsunfähige Produkte erzeugt werden können. Vielen Unternehmen, die das Normensystem noch nicht implementiert haben, ist dabei nicht bewusst, dass ihre Mitarbeiter die Inhalte und die Regeln der verbindlichen Standards, die sie täglich in den Entwicklungsabteilungen, der Produktion und der Qualitätssicherung direkt oder indirekt anwenden, nicht oder nur unzureichend kennen.

Folgen der falschen Produktspezifikationen

Diese Tatsache ist vielfach im Bewusstsein aller am Prozess der Produktentstehung Beteiligten noch immer nicht ausreichend verankert.

Die unausweichlichen Folgen mehrdeutiger oder falscher Produktspezifikationen sind hinlänglich bekannt:

• Überhöhte Fertigungs- und Prüfkosten durch unnötig enge Toleranzen („Angsttoleranzen“) oder eine fehlende bzw. nicht funktionsorientierte Tolerierung. Somit unwirtschaftliche Fertigung, teure Prüfung und letztlich Wettbewerbsnachteile.

• Konstruktionsabsicht ist unbekannt, damit keine Optimierungsmöglichkeiten für Fertigungs- und Prüfprozesse.

• Fehlerhaft produzierte, schwer oder nicht montierbare oder funktionsunfähige Produkte, aufgrund einer unbrauchbaren oder sinnwidrigen dimensionellen und insbesondere geometrischen Tolerierung bzw. das Fehlen geometrischer Toleranzen, dort wo funktionell zwingend erforderlich.

• Unnötige Kommunikation sowie zeit- und kostenintensiver Abstimmungsbedarf zwischen Konstruktion bzw. Entwicklung, Fertigung, Qualitätssicherung, Zulieferer und Kunde.

• Nicht zielführende Reklamationen, aussichtslose Rechtstreitigkeiten und letztlich eine risikoreiche Produkthaftung.

Falsche Produktspezifikationen können zum Streitfall werden

Weitgehend unbekannt ist jedoch auch die Tatsache, dass Produktspezifikationen bei externer Fertigung rechtsverbindliche Vertragsdokumente darstellen. Unvollständige oder mehrdeutige Angaben oder die Unkenntnis relevanter „Default-Regeln“ (Vereinbarungen, die durch Verwendung der standardisierten Symbolik oder Nennung der entsprechenden Normen verbindlich sind) können im Streitfall komplexe und risikoreiche Produkthaftungsfragen aufwerfen. Zudem besteht im Reklamationsfall seitens der Kunden oder gegenüber dem Lieferanten kaum eine Möglichkeit für eine lückenlose und widerspruchsfreie Beweisführung.

Mangelhafte Produktspezifikationen müssen jedoch nicht zwangsläufig zu den beschriebenen Problemen führen. Bei umfangreicher Eigenfertigung oder langjährigen Geschäftsbeziehungen mit denselben Zulieferbetrieben oder Kunden ist das Wissen um die jeweiligen funktionellen Anforderungen in der Regel allen Beteiligten bekannt, die Fertigungsprozesse sind meist optimiert und die Fertigungsverfahren häufig präziser als die Toleranzanforderungen, sodass Zeichnungsmängel lange Zeit unbemerkt bleiben.

Diese Sicherheit ist jedoch trügerisch: Bereits ein Lieferantenwechsel, neues Personal in Konstruktion, Entwicklung oder Qualitätssicherung oder eine Veränderung der Fertigungsprozesse bergen ein unkalkulierbares Risiko mit den bereits beschriebenen Folgen.

Der Aufwand für die betriebliche Implementierung des ISO-GPS-Normensystems wird regelmäßig unterschätzt. Die Einführung stellt erfahrungsgemäß ein mehrjähriges, zeit- und kostenintensives Projekt dar, das einer guten Vorbereitung und konsequenten Umsetzung bedarf. Es erfordert von allen Mitarbeitern sowohl in den Konstruktions-/Entwicklungsabteilungen als auch in der Fertigung und der Qualitätssicherung/Messtechnik meist ein nicht unerhebliches Umdenken.

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Die Einführung der ISO GPS ist eine Notwendigkeit

Durch die stetige Weiterentwicklung der ISO-GPS-Normen sollten sich die Unternehmen mit der Einführung nicht mehr allzu viel Zeit lassen, um den Anschluss an die globalen Entwicklungen nicht zu verlieren. Die Notwendigkeit für die betriebliche Implementierung ist nicht mehr verhandelbar, ansonsten kann in letzter Konsequenz der Verlust der Wettbewerbsfähigkeit drohen. Eine erfolgreiche Implementierung der ISO-GPS-Standards hat für die Unternehmen jedoch auch vielfältige Vorteile:

• Verringerung der Anzahl der zu prüfenden Merkmale und damit Verminderung der Prüfkosten.

• Verminderung der Fertigungs- sowie der Prüfkosten durch Vermeidung von „Angsttoleranzen“.

• Verminderung der internen und externen Kommunikation und Koordination, insbesondere bei globaler Zusammenarbeit.

• Verminderung der Produkthaftungsrisiken gegenüber Kunden und Zulieferbetrieben.

• Durchgängige Nutzung der digitalen Informationen und damit Senkung der Entwicklungskosten und der Entwicklungszeiten.

• Herstellung der Konformität zu einschlägigen Qualitätsmanagementsystemen (z. B. ISO 9001).

• Möglichkeit zur Implementierung des „digitalen Zwillings“ („Industrie 4.0“).

• Erhöhung der Produktqualität durch Rückführung relevanter Prüfergebnisse in die Konstruktion/Entwicklung sowie in die Produktion.

• Langfristige Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens.

* Prof. Dr.-Ing. Volker Läpple ist Leiter des Steinbeis-Beratungszentrums Konstruktion, Werkstoffe, Normung, Schorndorf.

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