JAKOŚĆ   

W szybko rozwijającym się przemyśle motoryzacyjnym po raz pierwszy wdrożono system podnoszący jakość wytwarzanych wyrobów nie poprzez intensyfikację kontroli wyrobów gotowych ale przez zwiększenie nadzoru procesów produkcyjnych. Największe zasługi przypadają tu firmie FORD oraz CONTINENTAL. Dokonano tego wprowadzając i doskonaląc karty kontrolne procesu. Okazało się to bardzo efektywne, do tego stopnia, że wprowadzono powszechnie w świecie obligatoryjny wymóg ich stosowania dla wszystkich produkowanych elementów mających zastosowanie w motoryzacji.

System sterowania procesem produkcyjnym przy pomocy kart kontrolnych ma co najmniej trzy cechy z których każda jest dostatecznym powodem ich stosowania.

•  Karty kontrolne nie tylko umożliwiają nadzór w fazie wytwarzania czy w procesie produkcji powstają wyroby zgodne z wymaganiami ale umożliwiają śledzenie procesu czy parametr wyrobu  nie zaczyna się zbliżać  niebezpiecznie do granic tolerancji. Umożliwia to wcześniejszą ingerencję obsługi w proces i taką jego poprawę by odwrócić niekorzystną  tendencję. W skrajnym przypadku, gdy ingerencja w proces nie daje pożądanego rezultatu, można proces przerwać w momencie gdy mogą pojawić się pierwsze wyroby niezgodne z wymaganiami. Można też wtedy wprowadzić nadzwyczajne środki kontroli lub wprost selekcję.
• Karty kontrolne są najlepszym sposobem dokumentowania wszystkich procesów przebiegających w obszarze działania. Wymóg dokumentowania, przechowywania i udostępniania takich danych klientom zawarty jest w systemach zapewnienia jakości, przede wszystkim wg pakietu norm ISO 9000.
•   Produkcja, przede wszystkim wyrób, jest łatwiej identyfikowalny ( też wymóg ISO 9000). Obsługa stanowiska pracy na karcie kontrolnej składa podpis ( ponieważ podpisuje się każdy pomiar próbek, nawet rotacja pracowników w ciągu tej samej zmiany nie wprowadza anonimowości). Ten fakt działa na pracowników bardzo mobilizująco w obszarze projakościowym. Czasem do tego stopnia, że dopuszczalne uchybienia nie są akceptowane w operacji samokontroli.

Wbrew podejrzeniom, stosowanie ręcznie prowadzonych kart kontrolnych nie jest trudne i kosztowne do wprowadzenia, jak i bieżącej obsługi. Nawet szczątkowe stosowanie kart kontrolnych, na przykład do monitorowania procesu przez jeden pomiar na zmianę lub nawet całkiem sporadyczne, znacznie ułatwia ustawienie maszyn. Stosowanie kart kontrolnych uświadamia, że dopiero wielkości statystyczne czyli średnia i odchylenie standardowe są wiarygodną podstawą do wyciągania wniosków.

Dla jednego procesu można jednocześnie prowadzić więcej niż jedną kartę kontrolną. Przykładowo, w jednej nadzorować bardzo ważny parametr odbiorczy np. ściśle tolerowany wymiar. W drugiej śledzić parametr syntetycznie reprezentujący proces np. masę wypraski ( taka wielkość nie ma zwykle wyznaczonej tolerancji ).

CO TO JEST KARTA KONTROLNA?

Karta kontrolna jest to wykres z załączonymi danymi identyfikującymi takimi jak nazwa i nr identyfikacyjny wyrobu, identyfikacja stanowiska i czasu , materiału i jego kolejnej partii, metod i narzędzi pomiarowych, pracowników na stanowisku, wszystkich interwencji w przebieg procesu i tym podobne. Wykres ma wyznaczoną co najmniej jedną granicę ( linię ) kontrolną górną lub dolną, najczęściej jedną i drugą oraz linię środkową zwaną też centralną. Przestrzeń pomiędzy liniami kontrolnymi została podzielona równo  na trzy pary stref. Przy liniach kontrolnych, poniżej górnej i powyżej dolnej są strefy "A", przy linii centralnej dwie strefy "C", miedzy strefami "A" i "C"  znajdują się oczywiście strefy "B".  Praca za pomocą kart kontrolnych polega na  połączenie liniami prostymi punktów które nanosi się w porządku wyznaczonym cyklicznie i równomiernie przez czas lub ilość wyprodukowanych wyrobów, - na osi poziomej ( odciętych ). Punkty te rejestrują pewne, wybrane dla danego rodzaju karty, wartości miary statystycznej, na osi pionowej ( rzędnych ), uzyskane z pomiarów, dla mniej lub bardziej licznej próby lub jak kto woli podzbioru. Dla badań niszczących lub kosztownych można rozpatrywać próby jednoelementowe  biorąc też pod uwagę wartości pomiaru z prób poprzednich jak na przykład ruchomy (kroczący) rozstęp.  Punkty odzwierciedlające przebieg procesu opisują stan stabilności procesu jeżeli postać graficzna ich przebiegu wewnątrz linii kontrolnych ( lub w przypadku tylko jednej, z właściwej strony ) w sposób zgodny z poznanymi i opisanymi zasadami.

Oto przykład jednej z najprostszych kart kontrolnych po jej opracowaniu, gotowej do stosowania na stanowisku, gdzie dla tego przypadku, wtryskuje się element klawiatury.

Parametrem mierzonym jest masa. Z każdej 3 elementowej próby co 1 godzinę zaznacza się "x" punkty z których wartość środkowa czyli mediana jest punktem przez który łączy się wykres odcinkami prostymi.

Jest to karta jednotorowa tzn. że występuje tu tylko jedna wartość statystyczna. Klasyczna karta kontrolna Shewharda to karta dwutorowa, utworzona z nałożenia wykresu z liniami kontrolnymi średniej z próby oraz równoległego ( umieszczonego poniżej ) wykresu z liniami kontrolnymi z rozstępu próby. Wymaga to wprowadzenia na dole pod wykresami tabeli, gdzie wpisuje się wartości pomiarów każdej próby oraz obliczonej średniej i rozstępu. Taka karta lepiej obrazuje przebieg procesu i może lepiej sygnalizować zagrożenie rozregulowania procesu. Jest jednak bardziej skomplikowana ( pomyłki ), dużo bardziej pracochłonna trzeba robić obliczenia. Na karcie z medianą wartości nanosi się tylko jako punkty, mediana dla próbek nieparzystych to odrzucenie jednakowej ilości największych i najmniejszych wartości.

Lepszą wartością statystyczną niż rozstęp jest odchylenie standardowe lub wariancja. Te wielkości są stosowane jednak tylko w modułach zautomatyzowanych, najczęściej z mikroprocesorem, gdyż sam człowiek miałby z tym zbyt dużo pracy.

RODZAJE KART KONTROLNYCH

Jest szereg rodzajów kart kontrolnych. Zasadnicze dwa typy dotyczą oceny właściwości liczbowej lub alternatywnej.

Często tam gdzie wprowadzono obligatoryjne stosowanie SPC stosuje się karty kontrolne przy alternatywnej ocenie właściwości (w odróżnieniu od oceny liczbowej). Mogą one mieć postać karty liczby niezgodności lub ich frakcji. Sprowadza się to do konstrukcji kart na podstawie ilości braków lub uchybień. Jest to jednak w dużej mierze spełnienie tylko litery prawa.

Przy przetwórstwie tworzyw sztucznych, po rzeczywistym uregulowaniu procesu nie powinny występować wady a uchybienia tylko w ilości uzasadnionej ekonomicznie i technicznie. Jedynie przy uruchamianiu i po przerwie w produkcji, z zasady, zwykle odrzuca się wyroby. Natomiast jeśli pojawiają się wady, to zwykle "stadami". Wady te można analizować metodą FMEA -analizy przyczyn i skutków błędów.

Zapisy ilości wad i uchybień, pogrupowane wg rodzajów, należy stosować jako cenną pomoc a nie główną diagnozę uregulowania procesów przetwórstwa tworzyw sztucznych.

Nie ma sensu, w tym miejscu, zapoznawanie się z wszystkimi rodzajami kart kontrolnych. Do ręcznego prowadzenia stosuje się najczęściej karty wartości liczbowych dwutorowe albo jednotorowe: średniej, mediany, odchylenia standardowego, rozstępu a dla obserwacji pojedynczych rozstępu ruchomego.

WYBÓR PARAMETRÓW I RODZAJU KARTY KONTROLNEJ

Obserwacje i doświadczenie wykazało, że w procesie wtryskiwania, także te uwarunkowania wystąpią w innych procesach przetwórstwa tworzyw sztucznych, w kolejnych cyklach parametry zmieniają się w niewielkim stopniu. Jeżeli będziemy mierzyć masę i wymiary wypraski,  nawet dokładnymi przyrządami, to okaże się, że rozrzut wyników w próbce zbliżony jest do dokładności pomiaru. Widać z tego, że jedyną możliwością wykorzystania rozstępu, (często dyskusyjną) jest rozstęp ruchomy (kroczący), czyli np. z dwóch prób pobranych z większego przedziału czasu. Niewątpliwie obserwuje się wpływ fluktuacji zakłóceń przypadkowych o jeszcze dłuższym okresie, co ma wpływ na pracę z kartami kontrolnymi.

Powyższe obserwacje skłaniają do wybrania jednotorowej karty kontrolnej mediany (środkowej), która jest przede wszystkim łatwa do prowadzenia przez obsługę na stanowisku wtryskarki, a dodatkowo jeszcze eliminuje wpływ rzadko występujących, "grubych"  błędów. 

Wybrany parametr winien syntezować wpływ wszystkich możliwych czynników zakłócających, szczególnie ich wpływ na spełnienie warunków specyfikacji, być szybki , tani i prosty do mierzenia. Korzystne jest by pomiar dał się automatyzować. Takim parametrem dla procesów cyklicznych ( wtryskarki, butelczarki ) jest masa ( należy zwrócić uwagę czy surowiec zapewnia stałą gęstość ).

Czasem wybranie reprezentatywnego parametru dla całości operacji technologicznej nie jest takie proste. Szczególnie gdy w specyfikacji nadrzędną rolę pełnią funkcje estetyczne ( a wymagania odnośnie estetyki występują najczęściej ). Nie znaczy to jednak że nawet wartości kolorymetryczne ( np. L*, a*, b*, według CIE ) nie mogą być wykorzystane w kartach kontrolnych.

Odbiorca często narzuca też parametr, wraz z  określoną tolerancję, i wymaga często nie tylko, udokumentowania utrzymania go na całym etapie produkcji w zakresie wymaganej  tolerancji ale udokumentowania że ta tolerancja była zachowana z ustaloną w specyfikacji pewnością.

Ta pewność to opisana w pierwszej części zdolność procesu C_p i C_pk . Jak już opisano, C_pk na poziomie co najmniej 1,67 daje praktyczną pewność niewystąpienia "nigdy" wady w produkcji ( prawdopodobieństwo mniejsze niż 0,000002 ). Istotą kart kontrolnych jest założenie że proces przebiegający w granicach kontrolnych wyznaczonych z procesu wzorcowego posiadającego zdolność procesu na określonym poziomie zachowuje tą zdolność w całym zakresie przebiegu produkcji.

Widzimy jak działa to narzędzie karta kontrolna. Jeżeli zapewnimy odpowiednio dużą zdolność maszynową tak by utrzymać wymaganą zdolność procesu, i potraktujemy taki fragment procesu jako wzorcowy, to obliczone z niego granice kontrolne umożliwiają dalsze prowadzenie procesu, z taką samą zdolnością ( jeśli oczywiście proces nie wyjdzie poza te granice).

WYZNACZANIE GRANIC KONTROLNYCH

Granice kontrolne wyznaczamy z dostatecznie długiego ( 24 h ) fragmentu procesu o którym wiemy że przebiegał stabilnie i dawał bardzo dobry wyrób, korzystnie, gdy przebiegał pod nadzorem np. technologa. Pomiary z wzorcowego procesu są danymi wyjściowymi do wyznaczenia, lub korekty, granic kontrolnych.

Wśród opisu stosowania wielu kart kontrolnych wg Shewharta, sposób wyznaczania linii kontrolnych, między innymi, dla karty mediany ( gdyż ten rodzaj karty wybraliśmy ) opisuje norma [3]:  

                                                                           (1)

   gdzie:  - górna, dolna linia kontrolna (UCL, LCL- górna, dolna granica kontrolna)

             - średnia median

                    - średni rozstęp

                  - stałe, zależne od liczności próbki    n=3 daje A₄=1,19 ;      n=5 daje A₄=0,69,

Można zastosować inny prosty sposób [5]:

                                                                                 (2)

gdzie:  - średnie odchylenie standardowe median  

  Myśmy zastosowali inny sposób obliczeń [5]:

                                                            (3)

  gdzie:  - średnie odchylenie standardowe z wszystkich próbek   -stała, zależna od  liczności próbek n      

  k₂₍₃₎= 0,192 ;       k₂₍₅₎= 0,132 ;    k₂₍₇₎= 0,108 

We wzorze nr(3) granice kontrolne ulegają zawężeniu w przypadku, gdy udział rozstępów próbek w całym rozrzucie będzie większy. Ponieważ do wyznaczania linii stosujemy program komputerowy, bardziej skomplikowane obliczenia nie mają znaczenia. Wpisanie tej formuły do EXCEL'a załatwia wszystko.

Do wyznaczenia linii kontrolnych zamieszczonej wyżej, w pierwszym rozdziale karty, posłużył następujący proces wzorcowy:

Dla ścisłości podaję, że w tworzeniu graficznego przebiegu linii (poziomych) wykorzystano funkcję trendu (liniowego).

Oprócz metod matematycznych H. Helmers, niewątpliwie autorytet, w swojej publikacji [5] dopuszcza inny sposób: "nach Augenmaß" czyli "na oko". Po nabraniu pewnego doświadczenia stosowania kart kontrolnych, szczególnie gdy potrzebna jest tylko korekta, można granice kontrolne wprowadzić bez obliczeń, opierając się tylko na obrazie graficznym. Zwłaszcza gdy nie zmienimy szerokości pola między granicami a jedynie jej położenie.

 Dla karty kontrolnej parametru z podanymi granicami tolerancji ( górnej GGT i dolnej DGT ), a więc z możliwością wyznaczenia C_pk   dla przykładu niżej równego więcej niż 2 ), karta kontrolna może wyglądać jak następujący przykład:

 Literatura

1.    a. Iwasiewicz: Statystyczna kontrola jakości w toku produkcji. Systemy i procedury. PWN, Warszawa 1985.

2.    PN-ISO 3534-2:  Statystyka. Statystyczne sterowanie jakością. Terminologia i symbole

3.    PN-ISO 8258 + AC1: Karty kontrolne Shewharta.

4.    H. Helmers: SPC - Statystyczne sterowanie procesem. Praktyczne Sterowanie Jakością. Alfa Weka 1997.

5.    H. Helmers, R. Stark: SPC in der Continental. Qualität und Zuverlassigkeit 1988, 33, 2, 71-75.

6.  Z. Filipowski: SPC ? Statystyczne sterowanie procesem wtryskiwania tworzyw sztucznych. Postęp w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Politechnika Częstochowska 1997, s.237-243

Zdzisław Filipowski

 Wróć na górę