Erstmusterprüfung (FAI) erklärt: Einige wichtige Punkte

Kritische Teile und Komponenten durchlaufen stets eine strenge Qualitätssicherung, um absolute Sicherheit zu gewährleisten. Das FAI-Verfahren ist ein Schlüssel zur CNC-Qualität. Es ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie nahezu vollständig etabliert. Auch andere Branchen haben ihre eigenen Varianten des FAI-Verfahrens entwickelt. Jede Fertigungsanlage sollte in der Lage sein, sichere und beständige Produkte herzustellen, die ihre Funktionalität über ihre gesamte Lebensdauer behalten. FAI gewährleistet dies! Durch die Integration neuester digitaler Lösungen ist das FAI-Verfahren deutlich präziser und kooperativer geworden. Es sind die Vorschläge und die Zustimmung der Kunden, die das FAI-Verfahren für den Lieferanten transparent und verständlich machen. Erfahren Sie mehr darüber!

Was ist Erstmusterprüfung?

Die Erstmusterprüfung stellt sicher, dass der Lieferant die vereinbarten Konstruktionsbedingungen einhält. Sie umfasst Maßprüfungen, Materialspezifikationen, Montage- und Funktionstests. Der Erstmusterprüfbericht ist ein obligatorisches Dokument in einigen kritischen Fertigungsanwendungen wie der Luft- und Raumfahrt, medizinischen Implantaten oder militärischer Ausrüstung.

Was passiert, wenn eine Komponente den FAI-Test nicht besteht?

Wenn eine Komponente die FAI nicht besteht, weist dies darauf hin, dass das Produkt nicht den vereinbarten Spezifikationen entspricht. In diesem Fall kann ein NCR (Non-Conformance Report) erstellt werden. Es wird eine Ursachenanalyse durchgeführt, woraufhin Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Kann der Lieferant dennoch keine FAI vorlegen, deutet dies möglicherweise auf mangelnde Fertigungsfähigkeit des Lieferanten hin. In diesem Fall kann der Lieferant gewechselt werden.

Was ist der Hauptzweck von FAI?

Die Hauptziele der FAI sind:

• Passung: Um zu überprüfen, ob die Komponenten bei der Montage richtig zusammenpassen.
• Form: Zur Überprüfung, ob Maße und Form im Toleranzbereich liegen.
• Funktionsvalidierung: Um zu überprüfen, ob das Produkt seine Funktion erfüllen kann.

Wer führt FAI durch: OEM vs. Lieferanten-QS

In den meisten Fällen führt das QS-Team des Lieferanten den FAI-Prozess durch. Nach erfolgreicher Probeproduktion legt der Lieferant die FAI dem OEM vor. Dieser genehmigt den FAI-Bericht. Bei Anwendungen, bei denen die menschliche Gesundheit und Sicherheit gefährdet sind, kann der OEM die FAI jedoch selbst durchführen oder der FAI des Lieferanten beiwohnen. In beiden Fällen ist der Lieferant für die Fertigung verantwortlich.

Warum und wann ist FAI erforderlich?

Eine Erstmusterprüfung (FAI) ist immer dann erforderlich, wenn ein neues Produkt hergestellt oder ein neuer Prozess eingeführt wird. Auch ein Lieferanten- oder Standortwechsel erfordert eine FAI. Die Erstmusterprüfung (FAI) prüft Produkt und Prozesse umfassend. So kann sichergestellt werden, dass alle Konstruktionsspezifikationen eingehalten werden. Für kritische Komponenten wie Luft- und Raumfahrtteile kann eine FAI zwingend erforderlich sein.

Einführung neuer Teile oder Änderung der Versionsnummer

Die Einführung eines neuen Teils oder die Überarbeitung des Designs eines bestehenden Teils erfordert eine FAI. Sie stellt sicher, dass der Lieferant die neuesten Toleranzen, Materialien und Prüfmethoden kennt. Darüber hinaus validiert die FAI die Produktionstauglichkeit und Funktionssicherheit der neu hinzugefügten Funktionen.

Wechsel des Lieferanten, Prozesses oder Standorts

Bei einem Lieferanten-, Prozess- oder Standortwechsel muss eine neue FAI durchgeführt werden. Die neue FAI gibt Aufschluss darüber, ob der neue Lieferant die Produktspezifikationen erfüllen kann oder nicht. Selbst wenn nur der Herstellungsprozess geändert wird, beispielsweise von Gießen auf Schmieden, muss eine neue FAI durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der neue Prozess akzeptable Ergebnisse liefert. Auch ein Standortwechsel erfordert eine neue FAI, um die Effektivität der Werkzeuge und Maschinen zu überprüfen.

Produktionsausfall über 2 Jahre

Eine Unterbrechung der Produktion eines Produkts von mehr als zwei Jahren kann zum Verlust von Wissen, qualifiziertem Personal, Lieferketten oder Maschinen führen. Daher muss eine neue FAI durchgeführt werden, um zu bestätigen, dass dieselbe Produktionslinie weiterhin in der Lage ist, ein konformes Produkt zu liefern.

Wichtige FAI-Standards und -Formulare (AS9102 und darüber hinaus)

AS9102 ist der am weitesten verbreitete Standard für die Erstmusterprüfung in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Während auch andere Branchen den AS9102-Standard für die Erstmusterprüfung übernehmen, gibt es für andere kritische Branchen branchenspezifische FAI-Standards. Darauf wird später eingegangen.

AS9102 Form 1 – Teilenummer und Rev

Formular 1 dient der Identifizierung und Rückverfolgbarkeit. Es enthält Informationen wie Teilenummer, Name, Revisionsstand, zugehörige Baugruppen oder Unterbaugruppen sowie Spezifikationsreferenzen. So kann es mit früheren FAIs verglichen oder in Zukunft verwendet werden, um die Verknüpfung mit neuen Inspektionen aufrechtzuerhalten.

AS9102 Form 2 – Material-/Prozessdaten

Materialangaben wie Güteklasse, mechanische Prüfdaten oder chemische Daten werden in Form 2 eingetragen. Eventuelle Sonderverfahren wie Wärmebehandlung, Eloxieren, Lackieren usw. werden ebenfalls in Form 2 vermerkt. Die Wärmenummer oder Chargennummer in Form 2 hilft dabei, das Material auf den Hersteller und das Herstellungsdatum zurückzuführen.

AS9102 Form 3 – Dimensionale Ergebnisse

Eine detaillierte Auflistung der geprüften Maße und deren Toleranzen finden Sie in Formular 3. Es zeigt die Ergebnisse „bestanden/nicht bestanden“. Die Namen von Werkzeugen wie Koordinatenmessgeräten, Messschiebern, Schraublehren usw. werden ebenfalls in Formular 3 angezeigt.

ISO 13485, IATF 16949, IEC Q – Sektorvarianten

Diese Normen ähneln der Erstmusterprüfnorm AS9102. Sie werden jedoch nicht in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. ISO 13485 wird in der Fertigung und Montage medizinischer Komponenten implementiert, um die Konformität mit den Standards des Gesundheitswesens sicherzustellen. IATF 16949 wird in der Automobilteilefertigung verwendet. Es verwendet PPAP anstelle von FAI, aber beide sind ähnlich. Die IEC Q wird in der Elektronikfertigung verwendet.

Andere Standards in verschiedenen Branchen

Auch für andere kritische Sektoren gibt es ähnliche Standards wie AS9102. Jede Branche hat ihre eigenen Prüf- und Zulassungsanforderungen. Diese Standards stellen sicher, dass die Produktion den branchenweit definierten Risikostufen und Compliance-Rahmenbedingungen entspricht.

Automotive PPAP – Genehmigungsprozess für Produktionsteile

Die IATF 16949 legt Anforderungen an den PPAP (Production Part Approval Process) fest. Er stellt sicher, dass die Massenproduktion von Automobilteilen den Kundenspezifikationen entspricht. Beispielsweise umfasst der Level-3-PPAP für eine EV-Getriebewelle Prüfungen anhand definierter Qualitätsparameter. Dadurch kann ein Lieferant vom OEM validiert werden. Von diesem Lieferanten kann dann eine konsistente Produktion von EV-Getriebewellen erwartet werden.

Medizinischer IQ/OQ/PQ

Medizinische Komponenten und Baugruppen haben einen erheblichen Einfluss auf die menschliche Gesundheit und Sicherheit. Daher unterliegt ihre Qualitätssicherung strengeren Anforderungen als in anderen Bereichen. Gemäß ISO 13485 verlangt die FAI eine IQ, OQ und PQ. Die Installationsqualifizierung (IQ) stellt sicher, dass alle Komponenten gemäß den Richtlinien des Herstellers installiert werden. Anschließend folgt die OQ (Funktionsqualifizierung), die sicherstellt, dass das System in allen spezifizierten Bereichen funktioniert. Schließlich stellt die PQ (Leistungsqualifizierung) sicher, dass das System realen Bedingungen standhält.

Halbleiter ISIR / VDA 2

Die Halbleiterherstellung ist eine hochkritische Branche. Die Materialzusammensetzung reagiert sehr empfindlich auf stöchiometrische Verhältnisse. Schon wenige ppm können die Funktionalität erheblich beeinträchtigen. Initial Sample Inspection Reports (ISIR) ähneln dem FAI, weisen jedoch einige Abweichungen auf. So gewährleisten sie die gleichbleibende Qualität und Rückverfolgbarkeit der hergestellten Halbleiterchargen.

Was ist der Erstmusterprüfungsprozess? – 8 Schritte

Der FAI-Prozess besteht aus acht grundlegenden Schritten. Diese werden nacheinander durchgeführt. Der vollständige Erstmusterprüfbericht ermöglicht dem OEM oder Kunden einen umfassenden Überblick über die Herstellbarkeit seines Produkts. Die Überprüfung und die unterzeichnete FAIR tragen zudem zur Gewährleistung von Verantwortlichkeit und Transparenz bei.

1. Ballon die Zeichnung

Das Inspektionsteam markiert jede Abmessung, jedes Merkmal, jede Anmerkung und jede Spezifikation auf der Zeichnung mit einer ID. Auf diese Weise wird mit dem FAIR ein Bezug zur technischen Zeichnung hergestellt. Dies geschieht üblicherweise mit Software wie „InspectionXpert“. Es kann aber auch manuell auf dem FAIR durchgeführt werden.

2. Bauen Sie ein Los für den ersten Artikel

Das gewünschte Produkt wird im ersten Probelauf hergestellt. Jeder Fertigungsschritt wird dabei so durchgeführt, wie es auch in der späteren Produktion der Fall wäre. Auch die Werkzeuge, Maschinen, CNC-Programme und geprüften Schweißgeräte bleiben unverändert.

3. Materialzertifikate überprüfen

Die Spezifikationen der beschafften Materialien werden mit den Angaben in den Zeichnungen oder der Stückliste (BOM) verglichen. Häufig wird auch ein vom Lieferanten bereitgestelltes MTC (Werksprüfzertifikat) geprüft. Es enthält Informationen wie Wärmenummer, Chargennummer, chemische und mechanische Eigenschaften sowie weitere Daten zur Oberflächenbehandlung. Diese Daten müssen mit den Angaben in den Zeichnungen übereinstimmen.

4. Führen Sie CMM-Messungen durch

Die Abmessungen des Produkts werden mit dem KMG (Koordinatenmessgerät) überprüft.

5. Optische Mängel prüfen

Untersuchen Sie die Probe sorgfältig visuell. Markieren Sie alle festgestellten Abweichungen von den Spezifikationen. Typische Oberflächenfehler sind Kratzer, Grate, Schweißspuren, Verfärbungen usw. Zu diesem Zweck kann auch eine Lupe verwendet werden.

6. FAIR-Formulare ausfüllen

Es werden alle Informationen zu den jeweiligen Formularen eingetragen. Informationen zu Teilen und Baugruppen finden Sie im Formular 1, Materialangaben im Formular 2 und Angaben zu Abmessungen im Formular 3.

7. Überprüfen und Freigeben

Nachdem alle Prüfungen gemäß dem entsprechenden Erstmusterprüfstandard durchgeführt wurden, wird der vollständige Erstmusterprüfbericht vom Prüfteam oder einem Qualitätssicherungsingenieur geprüft. Dieser vollständige FAIR-Bericht enthält alle Formulare, Anhänge und die Namen der bei der Prüfung verwendeten Werkzeuge.

8. Korrekturmaßnahmen anwenden

Falls das Produkt die Spezifikationen nicht erfüllt, werden ein NCR (Non-Conformance Report) und ein CAR (Corrective Action Report) erstellt.

Welche Werkzeuge und Messgeräte werden während der FAI benötigt?

Die Verwendung der richtigen und relevanten Werkzeuge ist entscheidend für ein präzises FAIR-Ergebnis. Die Wahl der Werkzeuge hängt von der Geometrie, Komplexität, Größe und Toleranz der Teile ab. Sehen wir uns einige der am häufigsten verwendeten Messwerkzeuge an.

KMG mit CAD-Import

CMM ist zwar ein sehr präzises Werkzeug zur Dimensionierung komplexer Teile. Zu große Teile schränken jedoch ihren Nutzen ein. Die Integration des CMM in die CAD-Software erleichtert den Vergleich der gefertigten Teile mit dem tatsächlichen Konstruktionsentwurf. Obwohl CMM deutlich präziser ist als andere Werkzeuge, ist die Analyse etwas langsamer.

Tragbarer 3D-Scanner für große Teile

Für große Teile ist ein tragbarer 3D-Scanner ein schnelles und ausreichend genaues Werkzeug. Er scannt die Oberfläche mit Laserlicht. Selbst komplexe Merkmale lassen sich problemlos messen.

Optischer Komparator und Oberflächenmessgerät

Der optische Komparator ist ein schnelles und einfaches Werkzeug zum Vergleichen von 2D-Merkmalen mit 2D-Zeichnungen. Er ist kostengünstig, seine Genauigkeit ist jedoch geringer als die eines Koordinatenmessgeräts. Er eignet sich gut zum Messen von Merkmalen auf ebenen Flächen, kann jedoch keine komplexen 3D-Merkmale messen.

Digitale Lösungen: 3D-Scanning und FAI-Software

Der Einsatz moderner Software und digitaler Lösungen bei der Erstellung von FAIRs sorgt nicht nur für höhere Genauigkeit, sondern spart auch viel Zeit. Menschliche Fehler werden dadurch nahezu auf Null reduziert. Diese digitalen Lösungen fördern zudem die Teamarbeit und sorgen für eine klare Kommunikation zwischen Lieferanten und OEMs bzw. Kunden.

Automatisches Positionssymbol aus PDF-Zeichnungen

Software zur automatischen Ballonbildung kann jedes einzelne Element aus den PDF-Zeichnungen wesentlich genauer auf die FAIRs abbilden.

Cloud-FAIR-Portale für die Übergabe zwischen Lieferanten und OEMs

Das Cloud FAIR-Portal bietet dem OEM Echtzeitzugriff auf den FAI-Prozess. Es ist transparenter und zugänglicher. Der OEM kann in Echtzeit Vorschläge oder Leistungsmerkmale abgeben.

Häufige Fallstricke bei FAI

Keine Ballon-IDs

Stellen Sie sicher, dass jedes zugeordnete Element vollständig nachverfolgbar ist. Alle beim Balloning übersehenen Elemente sollten bei der Überprüfung sofort eine Ballon-ID zugewiesen bekommen. Automatische Balloning-Tools verhindern diesen Fehler erheblich.

Messgeräte außerhalb des Kalibrierungsbereichs

Nicht kalibrierte Messgeräte beeinträchtigen die Genauigkeit eines FAI-Berichts erheblich. Alle Messwerkzeuge sollten auf ordnungsgemäße Kalibrierung überprüft werden.

FAI vs. PPAP vs. First Piece: Wichtige Unterschiede

Obwohl FAI, PPAP und Erststückprüfung ähnliche Verfahren aufweisen, sind sie für unterschiedliche Branchen konzipiert. Alle drei Verfahren unterliegen unterschiedlichen Standards.

FAI-Levels für die Luft- und Raumfahrt im Vergleich zu PPAP-Levels für die Automobilindustrie

Die FAI für die Luft- und Raumfahrt stellt die vollständige Konformität der hergestellten Luft- und Raumfahrtteile mit den Konstruktionsspezifikationen sicher. Sie beinhaltet keine Prozessvalidierung. Der Schwerpunkt liegt eher auf Abmessungen, Baugruppen, Materialeigenschaften usw. PPAP hingegen legt den Schwerpunkt stärker auf die Prozessvalidierung und die vollständige Produktionsfreigabe.

Erstteilprüfung beim Start der CNC-Linie

Die Erstteilprüfung erfolgt üblicherweise zu Beginn einer neuen Schicht oder bei einem Werkzeugwechsel. Eine formelle Dokumentation ist nicht erforderlich. Sie zeigt lediglich, dass die Maschineneinrichtung korrekt ist.

Wann sollten FAI- und PPAP-Leistungen kombiniert werden?

Für Dual-Use-Teile, die sowohl in der Luft- und Raumfahrt als auch in der Automobilindustrie eingesetzt werden können, müssen möglicherweise sowohl FAI als auch PPAP eingereicht werden. FAI wird für Maßprüfungen verwendet und PPAP für Kontrollpläne und Prozessflussdiagramme.

Fazit

FAI ist ein obligatorisches Qualitätsdokument in einigen kritischen Branchen. Es stellt sicher, dass die tatsächliche Produktion den Konstruktionsspezifikationen entspricht. Es sorgt für Genauigkeit, Transparenz, Klarheit und Verantwortlichkeit im Herstellungsprozess. Mögliche Probleme, die während der Massenproduktion auftreten, werden frühzeitig durch die entwickelten Korrekturmaßnahmen behoben.

Als ob Sie für Ihre neuen Projekte einen geeigneten Lieferanten suchen, TUOFA-Bearbeitung One-Stop-Lösungen sind eine ausgezeichnete Wahl für die Fertigung von Luft- und Raumfahrtteilen. TUOFA Machining kann Erstmusterprüfberichte gemäß AS 9102-Standard erstellen. Die Daten für alle Formulare werden mit modernsten Messwerkzeugen erfasst. Anschließend werden sie von unseren qualifizierten QS-Ingenieuren geprüft und unterzeichnet. Lassen Sie uns gemeinsam an der Weiterentwicklung arbeiten.

Häufig gestellte Fragen

Wie viele Teile werden für eine FAI benötigt?

Normalerweise wird bei der Erstmusterprüfung nur ein Teil geprüft, sofern die Kundenanforderungen nichts anderes vorsehen.

Was löst eine erneute FAI aus?

Die Einführung eines neuen Prozesses, der Standortwechsel, eine Designänderung oder der Ablauf von zwei Jahren in der Produktion lösen eine neue FAI aus.

Können Softtooling-Teile die FAI bestehen?

Ja, Soft-Tooling-Teile (Prototypen) können wie Erstartikel maßlich geprüft werden, sie genügen jedoch nicht den formalen FAI-Anforderungen (z. B. AS9102), da die FAI produktionsrepräsentative Werkzeuge und Prozesse vorschreibt.