PROJEKTOWANIE SYSTEMÓW ZARZĄDZANIA JAKOŚCIĄ PROCESÓW WYTWÓRCZYCH

Praca zaliczeniowa:

Ogólne problemy projektowania

O powodzeniu rynkowym wyrobu i efektach ekonomicznych firmy decyduje w znacznym stopniu jakość projektu konstrukcyjnego wyrobu i jakość projektów technologicznych procesów wytwarzania. Duże znaczenie projektu spowodowało powstanie i rozwój nauk o projektowaniu określonych procedur postępowania w celu stopniowego ulepszania projektu i różnorodnych metod wspomagających pracę projektantów oraz umożliwiających przedstawianie różnorodnych wymagań i czynników obiektywnych w postaci umożliwiającej podejmowanie racjonalnych rozwiązań. Tak najczęściej zalecany algorytm opracowywania projektu obejmuje następujące etapy:

• identyfikacja potrzeb klientów i odbiorców;

• formułowanie wymagań i założeń projektowych;

• studia i projekt koncepcyjny uwzględniający możliwości producenta i możliwe do wprowadzenia innowacje;

• projekt wstępny i jego krytyczna analiza;

• projekt techniczny, uwzględniający warunki techniczno-organizacyjne wykonawcy;

• wykonanie prototypu, badanie i korygowanie dokumentacji;

• ostateczna analiza i poprawa dokumentacji i polepszanie jej technologiczności.

Spośród metod projektowych można wyszczególnić następujące ważniejsze:

• DFM (Design for Manufacturing) - projektowanie ukierunkowane na procesy wytwarzania.

• DFA (Design for Assembly) - projektowanie ukierunkowane na montaż zwłaszcza częściowo lub całkowicie zautomatyzowany.

• DFR (Design for Recyckling ) - projektowanie ukierunkowane na maksymalne zapewnienie procesów recyklingu po zakończeniu użytkowania wyrobu.

METODA QFD - metoda identyfikowania wartości dla konsumentów i przekładania ich na cechy produktu przy wprowadzaniu nowych artykułów na rynek.

Takie podejście, oparte na współpracy między działami produkcyjnymi a marketingowymi oraz badań i rozwoju, pozwala na dogłębne zrozumienie potrzeb konsumenta, zanim zostaną wygenerowane rozwiązania inżynieryjne.

Plusem metody jest oszczędność na etapie kosztochłonnego testowania produktu (wyeliminowanie niepotrzebnych prototypów, ograniczenie testowania i sprawdzania rozwiązań w praktyce), dzięki wcześniejszemu dopracowaniu koncepcji produktu.

Kolejna przewaga tej metody to skoncentrowanie się na generowaniu wartości dodanej dla konsumenta.

Ograniczeniem metody QFD może być rozciągnięcie w czasie czasochłonnego etapu projektowania.

Etapy projektowania w metodzie QFD:

1. Generowanie atrybutów produktu pożądanych przez konsumenta ze szczególnym naciskiem na opisy wymagań konsumenckich, które mogą wpłynąć na oczekiwania wobec zespołu inżynierów.

Na tym etapie opisywanie pożądanych cech opis produktu/usługi odbywa się w języku konsumenta np. bezpieczne, naturalne, chrupiące, powinien być możliwie szeroki oraz wyrażony w kategoriach pozytywnych (bez sformułowań typu jaki produkt nie powinien być i bez oceny obecnej wersji produktu).

Zawężeniem opisu jest ocena, czy dana cecha:

• jest niezbędna – często są to wymagania prawne np. w przemyśle farmaceutycznym czy branży alkoholowej, niezależne od design’u;

• jest preferowana i uznana za ważny wyróżnik;

• jest dodatkowym elementem, który warto byłoby zawrzeć

W zawężaniu dwóch ostatnich kategorii często stosuje się rankingowanie (określenie przez konsumenta ważności atrybutu na tle innych wymienionych w skali numerycznej) w ocenie zaproponowanych cech produktu.

Na listę atrybutów nakłada się także już istniejące wyróżniki i przewagi konkurencyjne danego produktu na tle kategorii . Nie powinno być to jednak główne ograniczenie, a bardziej szansa na wzmocnienie istniejących już przewag rynkowych.

2. Przekształcenie atrybutów konsumenta na atrybuty techniczne tak, aby dostosować specyfikację techniczną, technologię i parametry produkcji.

Na tym etapie do pożądanych cech wyrażonych słowami konsumenta zostają przypisane mierzalne wartości np. cecha chrupkie zostaje opisana i wyrażona w skali chrupkości, w analizie tekstury itd.

Wartość dodania poszczególnej cechy jest wyceniona przez obliczenie funkcjonalności i jej wpływu na cenę, opłacalności wykorzystania zasobów, koszt inwestycji w innowacje. Na postrzeganą przez konsumenta listę pożądanych charakterystyk nakładana jest stopa potencjalnego zwrotu z inwestycji i czasu, w którym zostanie ona wygenerowana.

Ponieważ wszystkie te prace koncepcyjne są wykonywane na papierze (w postaci macierzy - funkcjonalność vs koszt techniczny), łatwiej jest podejmować decyzje dotyczące pogłębionych testów pilotażowych czy tworzenia kosztochłonnych prototypów. Niższa jest bariera wycofania się z decyzji o wprowadzeniu nowego produktu.

METODA FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) - znana też pod innymi nazwami: FMECA (Failure Mode and Criticality Analysis) i AMDEC (Analys des Modes de Defaillace et Leurs Effets) - zaczęto stosować w latach 60 w USA przy wyrobach dla astronautyki. Metodą tą weryfikowano projekty różnych elementów statków kosmicznych, by zapewnić bezpieczeństwo uczestnikom wyprawy. Sukces tej metody w NASA, spowodował, że znalazła ona zastosowanie w przemyśle lotniczym i jądrowym. W latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych metoda ta zadomowiła się w Europie i znalazła nowe zastosowania w przemyśle chemicznym, elektronicznym, a także samochodowym gdzie zaobserwowano największą dynamikę zastosowania tej metody. W latach dziewięćdziesiątych została zaadaptowana w ramach normy ISO 9000, a w szczególności w QS 9000 przeznaczonej dla przemysłu samochodowego.
Metoda FMEA polega na analitycznym ustalania związków przyczynowo-skutkowych powstawania potencjalnych wad produktu oraz uwzględnieniu w analizie czynnika krytyczności (ryzyka). Jej celem jest konsekwentne i systematyczne identyfikowanie potencjalnych wad produktu/procesu, a następnie ich eliminowanie lub minimalizowanie ryzyka z nimi związanego.
Dzięki metodzie FMEA możemy ciągle doskonalić nasz produkt/proces poprzez poddawanie go kolejnym analizą i na podstawie uzyskanych wyników wprowadzać nowe poprawki i rozwiązania, skutecznie eliminujące źródła wad oraz dostarczające nam nowe pomysły ulepszające właściwości wyrobu. Można ją wykorzystywać do procesów bardzo złożonych zarówno w produkcji masowej jak i jednostkowej. Analizę możemy przeprowadzić dla całego wyrobu, pojedynczego podzespołu lub elementu konstrukcyjnego wyrobu, a także dla całego procesu technologicznego lub jego dowolnej operacji
Wyróżniamy dwa rodzaje analizy FMEA: produktu i procesu.
FMEA produktu - jest ukierunkowana głównie na optymalizację niezawodności produktu. W wyniku jej przeprowadzenia uzyskujemy informacje o silnych i słabych punktach wyrobu. Oprócz działań prewencyjnych pozwala na określenie działań, które powinny być podjęte gdy produkt opuści nasze przedsiębiorstwo np. w czasie transportu czy też w serwisie.
Analiza może dotyczyć całego produktu lub jego zespołów czy też podzespołów a wyjątkowych sytuacjach jego części. Analiza dotycząca całego produktu jest zajęciem bardzo pracochłonnym, szczególnie gdy poszczególne przyczyny wad różnych części produktu są współzależne. Jest to powód dla którego jest ona najczęściej ograniczona do zespołów i podzespołów danego produktu.
Przeprowadzenie FMEA produktu jest szczególnie zalecane w sytuacjach wprowadzania nowych produktów, części, materiałów, technologii, podczas gdy występuje duże zagrożenie dla człowieka lub otoczenia w przypadku awarii wyrobu (brak wad) oraz w przypadku kiedy nasz produkt podlega eksploatacji w szczególnie trudnych warunkach.
FMEA procesu - jest prowadzona w celu rozpoznania czynników, które mogą prowadzić do ewentualnych zakłóceń procesów wytwarzania.
Przeprowadzenie analizy FMEA przebiega w dwóch zasadniczych etapach. Pierwszy z nich odnosi się do wstępnego przygotowania badania, natomiast drugi polega na przeprowadzeniu właściwej analizy.
Etap I. Przygotowanie badania.
Etap przygotowania badania obejmuje:
- Definicje celu analizy
- Powołanie grupy roboczej
- Zakres i termin badań
- Dekompozycje funkcjonalną
- Zbieranie danych
Etap II . Właściwa analiza.
Właściwa analiza obejmuje następujące etapy:
- Analiza jakościowa wad
- Analiza ilościowa wad (szacowanie czynników ryzyka)
- Opracowanie planu działań zaradczych

METODA E. TAGUCHI - funkcja strat jakościowych

Za jedno z najbardziej istotnych wyzwań, stojących przed przedsiębiorstwami chcącymi sprostać wymogom globalnej konkurencji uważa się potrzebę wykorzystywania efektywnych technologii produkcji umożliwiających eliminację odchyleń poziomu jakości produktu oraz odchyleń w procesach wytwarzania i montażu od wartości pożądanych.

Pomocna w podejmowanych przez przedsiębiorstwa działaniach, traktowanych jako odpowiedź na to wyzwanie, jest metoda opracowana przez dr Genichi Taguchi, znana w literaturze przedmiotu jako Metoda Taguchi. Szczególnie efektywnie metoda ta może być wykorzystana na etapie projektowania parametrów cech produktów i procesów ukierunkowanych na uzyskiwanie maksymalnej odporności na działanie różnego rodzaju zakłóceń (czynniki atmosferyczne, dostępność surowców itd.), zarówno w trakcie wytwarzania produktów, jak i ich użytkowania.

Taguchi przedstawił opracowaną przez siebie metodę jako:

• sposób tworzenia i rozwoju nowych produktów,

• metodę rozwoju zdolności produkcyjnych,

• sposób optymalizacji projektowania,

• sposób optymalizacji niezawodności produktu oparty na wartości wyznaczników jakości,

• sposób optymalizacji planowania produkcji na podstawie informacji charakteryzujących możliwość wystąpienia zakłóceń oraz napływających z otoczenia, w którym określony wyrób będzie wykorzystywany,

• sposób uodpornienia projektowania na zakłócenia napływające ze środowisk zewnętrznych użytkowników produktu,

• metodę budowania bazy danych zawierającej informacje motyczące uzyskanych zadowalających projektów, pozwalającej na tworzenie nowych produktów przy wykorzystaniu wcześniejszych doświadczeń i rozwiązań,

• sposób na uzyskanie elastycznej produkcji o charakterze masowym, zapewniającej realizację indywidualnych oczekiwań klientów oraz optymalizację projektowania i produkcji.

Taguchi zaproponował strategię dla inżynierii jakości, która znajduje zastosowanie w obu wymienionych wcześniej przypadkach. W tym procesie wyróżnia się trzy fazy:

• Etap projektowania systemu;

• Etap projektowanie parametrów (również metryk);

• Etap projektowania tolerancji

Projektowanie systemu należy rozumieć jako tworzenie koncepcji na poziomie ogólnych pojęć. Działanie to cechuje kreatywność i innowacyjność. Do czynności związanych z projektowaniem systemu zaliczamy:

• wybór materiałów i części,

• wybór próbnych wartości parametrów produktu oraz

• wybór wyposażenia produkcyjnego,

• wybór próbnych wartości wskaźników procesu.

Projektowanie parametrów jest kluczowym etapem w metodzie Taguchi, w którym można najskuteczniej spełnić warunek podniesienia jakości bez relatywnego wzrostu kosztów. Etap ten jest częścią procesu projektowania objętego sterowaniem jakością offline i następuje po ustabilizowaniu koncepcji.
Projektowanie parametrów obejmuje testowanie ustalonych uprzednio próbnych nominalnych wartości i na podstawie testowania określenie najlepszych kombinacji poziomów parametrów produktów oraz operatywnych poziomów wskaźników procesu, tak, aby były one najbardziej odporne na zmiany zachodzące w otoczeniu zewnętrznym i na inne czynniki zakłócające. Projektowanie tolerancji stosowane jest w przypadkach, gdy eliminacja odchyleń osiągnięta w trakcie projektowania parametrów jest niezadowalająca. Projektowanie to polega na ustaleniu ścisłych tolerancji dla tych parametrów produktu lub wskaźników procesu, których odchylenia od wartości pożądanych (nominalnych) wywierają duży wpływ na odchylenie końcowe. Te działania wiążą się z nakładami finansowymi na zakup lepszych gatunkowo materiałów, komponentów lub urządzeń. Celem projektowania parametrów jest poszukiwanie takich nominalnych wartości dla czynników sterowalnych, które spełniają warunki maksymalnej zgodności produktu przy najniższych kosztach i najmniejszej wrażliwości na działanie zakłóceń. Przyjmuje się tu następujący sposób postępowania: w pierwszym rzędzie rozpoznanie czynników sterowalnych i zakłócających oraz rozpatrywanie ich oddzielnie, następnie prowadzenie analizy danych przy zastosowaniu stosunku sygnału (czynnik sterowalny) do zakłócenia jako miary osiągnięcia (zgodności). Stosunek sygnału sterowanie/zakłócenia jest odwrotnie proporcjonalny do funkcji strat, tak więc maksymalizacja tego stosunku oznacza minimalizację strat, a to z kolei oznacza poprawę jakości.
Projektowanie tolerancji
Ostatnią fazą następującą po zaprojektowaniu parametrów i zbadaniu wpływu różnych parametrów na produkcję jest zaplanowanie tolerancji. Należy się teraz skoncentrować na ograniczaniu i kontrolowaniu stopnia rozbieżności kilku krytycznych parametrów.
Metoda Taguchi dzięki swoim licznym zaletom propagowana jest na całym świecie, ale mimo to w praktyce jedynie jeden procent inżynierów przeszkolonych w jej stosowaniu w pełni ją wykorzystuje. Przeważająca większość konstruktorów (amerykańskich i zachodnioeuropejskich) zajmujących się projektowaniem produktów i procesów wytwórczych stosuje jedynie wybrane, zazwyczaj ilościowe, elementy metody.

Bibliografia

J. Łunarski „Zarządzanie jakością”, Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2012

K. Pasternak „Zarys zarządzania jakością”, Wyd. PWN, Warszawa 2002

www.wikipedia.pl z dnia 6.03.2014 r.

www.jakosc.biz z dnia 6.03.2014 r.

5