APLIKACE NÁSTROJŮ KVALITY VE SPOLEČNOSTI METEOSERVIS V.O.S. SVOČ FST 2011 Petr Novák, Ing. Martin Melichar Ph.D. Západočeská univerzita v Plzni, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká republika Česká republika ABSTRAKT Tento příspěvek pojednává o aplikaci nástrojů kvality ve společnosti Meteoservis v.o.s. Práce je zaměřena na srážkoměr MR3H-F. Účelem je elimonavat některé potencionální faktory, které mohou ovlivňovat korekční křivku srážkoměru. Hledané vlivy jsou v zájmu společnosti a jsou důležité pro další vývoj a inovaci současných produktů. Zaměřeno je na úsek kalibrace, kde se nachází potencionální faktory a jsou zde snadno zjistitelné. Analýza procesu kalibrace, pomocí diagramu příčin a následků, poukázala na nejtíživější vlivy, které mohou ovlivňovat kalibrační křivku. Tyto vlivy byly zhodnoceny a řešeny pomocí vhodných nástrojů kvality. Zájmem společnosti bylo použití nejjednoduších nástrojů s nejvyšším potenciálem použití v budoucnu. Výsledky zcela jasně vylučují, nebo podporují teorie vlivu na korekční křivku. KLÍČOVÁ SLOVA Nástroje kvality, překlopný segment, korelační diagramy, zaznámníky, Ishikawův diagram ÚVOD Ve společnosti Meteoservis v.o.s., která se zabývá výrobou meteorologických přístrojů, řeší inovační problémy a je jejich snahou zlepšovat přesnost všech svých výrobků. Hlavním produktem společnosti jsou srážkoměry. Každý srážkoměr obsahuje korekční křivku, která je ovlivněna vnějšími vlivy, které nejsou popsány. Cílem práce je zmapovat vlivy, které ovlivňují korekční křivku a určit zda tyto vlivy korekční křivku transformují, či nikoliv. V této práci, vníž se budu zabývat sběrem dat a následným hodnocením, budu využívat nástroje kvality, které dopomohou k zpřehlednění a správnému vyhodnocení. V první části se budu zabývat analýzou kalibračního procesu, následně volbou nástrojů kvality a jejich metodickému popisu, a v závěru vyhodnocení dat pomocí zvolených metod. V této práci se pokusím objasnit následující otázky: 1) určit problémové vlivy, které mohou ovlivňovat kalibrační křivku 2) jak problémové vlivy ovlivňují měření a následně korekční křivku. Pro práci byla využita vnitřní dokumentace společnosti Meteoservis v.o.s. a následně literatura zabývající se metodikou nástrojů kvality, která je obsažena v seznamu literatury v závěru práce. CHAREKTIRISTIKA VYBRANÝCH NÁSTROJŮ KVALITY a) Diagram příčin a následků Diagram příčin a následků patří mezi základní nástroje řízení kvality. V praxi patří mezi vyhledávané a oblíbené. Tato metoda vznikla v roce 1943 v Japonsku, definoval ji Kaoru Ishikawa na univerzitě v Tokiu. Někdy bývá nazývána diagramem rybí kostry či rybí kosti. [3 str. 43-49, 1 str. 65-67] Metoda dopomáhá analyzovat libovolný proces v jakémkoliv odvětví. Smyslem je uvedení vztahu mezi příčinami a následky. Lze takto řešit vzniklé problémy, ale i jim předcházet. [3 str. 43-49, 1 str. 65-67] Vyšetřování spočívá v určení hlavního problému a zapsání do tzv. hlavy diagramu, nebo také do rybí hlavy. Ta bývá převážně na pravé straně diagramu. Nalevo od rybí hlavy se zapisují subpříčiny, které jsou řazeny převážně dle závislosti k hlavnímu problému. [3 str. 43-49, 1 str. 65-67] Diagram lze vytvořit pro každý problém individuálně. Nejčastěji se však využívá ve spojení s tzv. brainstormingem. Využití této metody dopomáhá k vnuknutí nápadů, je to druh spolupráce, dopomáhajíc k větší kreativitě a týmovému řešení problému. Lepé se definuje hlavní příčina i kategorizace závažnosti. [3 str. 43-49, 1 str. 65-67] Diagram je dělen do tří kategorií: Analýza proměnlivosti procesu Klasifikace procesu Vyšetřování procesu Diagram příčin a následků nemusí být využit jen pro hledání problému, lze sním řešit i požadavky, nebo opatření. [3 str. 43-49, 1 str. 65-67]
b) Korelační diagram Diagramy tohoto typy jsou často využívány v technické praxi. Velkou výhodou bývá značná úspora nákladů, zejména pokud se například podaří nahradit destruktivní zkoušky materiálu. Použití nalezne i tam, kde se některé charakteristické znaky vztahují k různým částem výrobku. Výhodou je zde úspora času a zjednodušení měření. [3 str. 57-59, 1 str. 69-72] Při určováni stochaické závislosti se vychází z dvou rozměrných statistickými soubory. Množina x (y 1, y 2, y n ) je hlavním znakem, kterým předpověď provedeme. Druhá množina, y (x 1, x 2, x n ) je znakem, který je předmětem hledání. [2] Existuje několik typů stochaických závislostí [3 str. 57-59, 1 str. 69-72]: a) rozmístění bodů je po celé ploše diagramu. Každé libovolné hodnotě x, odpovídá libovolná hodnota y. b) vyšším hodnotám x odpovídá, vyšší hodnota y c) vyšším hodnotám x odpovídá, nižší hodnota y d) pokud jsou hodnoty soustředěny na kolem křivky, jedná se i nelineární závislost pozn. v případě bodu b) a c) se jedná o lineární závislost Obrázek 1 - Korelační diagramy Těsnější uspořádání hodnot kolem křivky značí vyšší závislost korelace. Mírou závislosti je tzv. korelace, která plátí za splnění 2 předpokladů [3 str. 57-59, 1 str. 69-72]: a) základní soubor má dvou rozměrné normální rozdělení b) závislost je lineární lze vyjádřit regresivní přímkou Hodnota korelace r může nabývat hodnot. Korelace r=0 znamená, že mezi proměnnými není lineární závislost. Pokud r= +1 nebo r= -1, přechází stochaická závislost ve funkční y = a + bx, kde a a b jsou reálné konstanty (b > 0 pro r = 1, b < 0 pro r = -1).
procento korekce pozn. X a Y jsou výběrové průměry hodnot X i resp. Y i [5] lze také použít vzorec: pozn. kde s xy je tzv. kovariance a s x resp. s y jso výběrové směrodatné odchylky příslušných proměnných X resp. Y. [3 str. 57-59] CHARAKTERISTIKA PROBLÉMU SRÁŽKOMĚRŮ Každý srážkoměr, který je vyroben ve společnosti Meteoservis v.o.s. obsahuje podobnou kalibrační křivku, jako na ilustračním obrázku 2. Problémem těchto křivek není funkčnost, nýbrž její popis. Všechny korekční křivky jsou zjištěny experimentálně a není známo proč mají exponencální tvar. Je předpokladem, že se křivky skládájí ze dvou hlávních částí: 1) korekční prvky nutné k funkci srážkoměru 2) nepříznivé vlivy, které nejsou popsány Mezi korekční prvky nutné k funkci srážkoměru patří například chyba, která vzniká při pádu nečistot do trychtýře srážkoměru, jako jsou větve stromů, či listy. To je nutnou součástí každého srážkoměru pro správné a přesné měření. Tyto hodnoty jsou zjištěny dlouholetou praxí a jsou nezbytné. Ve společnosti se předpoládá, že je mnoho nepopsaných vlivů, které nepříznivě ovlivňují korekční křivku. Mezi tyto předpokládané faktory patří například vliv atmosférického tlaku na kalibraci srážkoměru, či různá rychlost spádu srážek. Popsání nepříznivých vlivů by mohli mít důležitý vliv na inovaci, nebo výrobu nových produktů. Jejich popis je pro společnost zcela nezbytný. korekční křivka 100,0% 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 0 1 2 3 4 5 6 srážky [ml] korekční křivka obrázek 2 korekční křivka ZAMĚŘENÍ PRÁCE Po rozboru celého výrobního procesu a schůzek, kde byla vyjadřována přání společnosti, bylo rozhodnuto zaměřit se na kalibrační proces srážkoměrů. Kalibrace je považována za nejvhodnější úsek pro hledání nepříznivých vlivů a je velmi snadné zde generovat různé podmínky, jak klimatické, tak experimentální. Kalibrační pracoviště se skládá ze 6 částí (popsáno dále), kde se objevuje překlopný segment. Na překlopný segment bude zaměřena většina měření, které budou prováděny.
ROZBOR KALIBRAČNÍHO PRACOVIŠTĚ Kalibrační pracoviště je zobrazeno na obrázku 3. Pracoviště je složeno z 6 hlavních částí: 1) nádrže 2) potrubí 3) čerpadlo 4) tryska 5) překlopný segment 6) digitální váhy Nádrže slouží jako zásoba vody pro celý proces kalibrace, jsou umístěny na digitálních vahách, které měří jejich váhu. Potrubí slouží pro přepravu vody z nádrží, přes čerpadlo do trysky a následně do překlopného segmentu. Čerpadlo je osazeno silikonovým čerpacím segmentem, který umožňuje přesné čerpání vody. Tryska slouží pro přivod vody z potrubí na překlopný segment. Překlopný segment slouží, jako hlavní prvek srážkoměru. Je složen ze dvou částí a připomíná vaničku (obrázek 4), která se překlápí po dosažení určitého objemu vody. Obsah vody, který obsahuje dokud nedojde k překlopení, je přesně nakalibrován. Při dosažení nakalibrované hodnoty dochází k překlopení, voda je vylita ze srážkoměru a překlopení je elektronicky zaznamenáno. 2 1 3 5 4 6 obrázek 3 - kalibrační pracoviště obrázek 4 - překlopný segment IDENTIFIKACE HLAVNÍCH PROBLÉMŮ Po analýze kalibračního procesu bylo přistoupeno k identifikaci hlavních problémů, které mohou nepříznivě ovliňovat měření. Postupovalo se pomocí nástrojů kvality, kdy pomocí Ishikawova diagramu a brainstormingu, došlo k nalezení problémů. Brainstormingu se účastnilo širší vedení společnosti, které se podílí na vývoji produktů. Brainstorming byl veden dle náležitostí, které má obsahovat a následně byl vytvořen Ishikawův diagram, který poukázal na problémy během kalibrace. Část diagramu je zobrazena na obrázku 5.
obrázek 5 - Ishikawův diagram Za pomoci společnosti Meteoservis v.o.s., byl vytvořen seznam měření na kterých bylo založeno praktické měření. Následujících 8 měření se objevuje v práci. Podrobné popsání a vyhodnocení je obsaženo v bakalářské práci. 1) Určení vhodného počtu překlopení 2) Vliv atmosférického tlaku na kalibraci srážkoměru 3) Procentuální vyjádření chyby na jednotlivých částech překlopného segmentu 4) Vliv dopouštění vody na kalibraci srážkoměru 5) Průběh změn během celého měření 6) Vliv rychlosti čerpadla na kalibraci srážkoměru 7) Ověření správnosti měření pomocí histogramů 8) Porovnání stálosti měření pro různé velikosti kapky SBĚR HODNOT A VYHODNOCENÍ Data byla sbírana v průběhu roku od října 2011 do března 2012. Bylo nasbírano téměř 600 hodnot. Každé měření je časově náročné, pro sběr jedné hodnoty je potřeba 40 překlopení překlopného segmentu, což je časový úsek přibližně 1 hodiny. Data byla zaznamenávana do záznamníků, které byly vytvořeny podle doporučení Meteoservis v.o.s. Vše bylo zaznamenáno v elektronické podobě a tak, aby data mohla být kdykoli bez větších problémů využita pro další měření, která nebyla vyhodnocena. Z naměřených hodnot se vybírali vhodné typy dat, ze kterých bylo možné vyčíst požadované parametry. Pro každý z parametrů byla zvolena metoda, tak, aby vyhovovala jak společnosti Meteoservis v.o.s., tak aby byla zaručena správnost a názornost hledaných veličin. V zájmu Meteoservisu v.o.s. byly využít takové metody, které byly jednoduché a byly přínosem pro budoucí využití. V práci jsou obsaženy čtyři základní nástroje kvality: 1) Záznamníky 2) Korelační diagramy 3) Histogramy 4) Ishikawův diagram Pro každé z osmi měření byla využita alespoň jedna z těchto metod. Např. záznamníky, jakožto metoda do které se zaznamenávají sledované hodnoty se objevuje ve všech měření. Korelační diagramy sloužili pro ověření závěrů, které vyplývaly z čárových grafů u měření atmosférického tlaku.
ZÁVĚR A DOPORUČENÍ V této práci jsem se pokusil využít nástroje kvality v praxi a aplikovat je do společnosti, která žádnou z těchto metod nikdy nevyužívala. Při velkém odběru hodnot, jako tomu je běžně ve společnosti Meteoservis v.o.s., se ukázalo velkým přínosem využívat tyto moderní metody. Díky tomu bylo možné najít snadno a přehledně faktory ovlivňující měření a bez složitých matematických aparátů vyvodit závěry z těchto faktorů. Věřím že společnost dokáže díky poznatkům, které jsou podrobně popsány v bakalářské práci, vyvodit závěry umožňující zpřesnění korekční křivky a případně eliminovat některé vlivy, které byly popsány. Zvláště záznamníky a korelační diagramy se ukázaly jako zcela vyhovující a snadno aplikovatelné do praxe. Přehlednost a správnost je tomu důkazem. Doporučuji nejen společnosti Meteoservis v.o.s., ale i jiným firmám, které inovují, nebo vytvářejí nové produkty, soustředit se na školení a rozvoj zaměstnanců v rámci kvality, jelikož výhody těchto metod jsou nesporné. PODĚKOVÁNÍ Poděkování patří mému vedoucímu práce ve společnosti Meteoservis v.o.s. panu Ing. Miroslavu Duškovi a celému kolektivu ve společnosti za jejich vřelé přijetí a úžasnou spolupráci. Dále bych chtěl poděkovat svému vedoucímu práce, kterým byl pan Ing. Martin Melichar Ph.D. LITERATURA [1] ZÍDKOVÁ, Ing. Helena a Doc. Ing. František ZVONEČEK, PH.D. Jakost - Styl života pro třetí tisíciletí. 2. vydání. Plzeň: ZČU Plzeň, 2003, 139 s. ISBN 80-7043-243-8. [2] Nástroje řízení jakosti a základy technické diagnostiky. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, listopad 2003. ISBN 80-7043 - 247-0. [3] ZVONEČEK PH.D., Doc. Ing. František a Ing. Petr ŠTIGLER. Jakost - Životní styl. Plzeň: ZČU Plzeň, 1993, 129 s. ISBN 80-7043 -245 3.