Doc.Ing.Alois Fiala,CSc. Technická 2896/2 FSI VUT v Brně 616 69 Brno Ústav metrologie a zkušebnictví fiala@fme.vutbr.cz MONITOROVÁNÍ A ŘÍZENÍ PROCESŮ Monitorování znamená soustavné sledování a vyhodnocování. Z kontextu použití tohoto termínu v normě EN ISO 9001:2000 vyplývá, že monitorováním se rozumí soubor činností zaměřených na získávání informací důležitých pro řízení. Systém řízení obvykle znázorňujeme následujícím schématem (obr.1). Obr.1: Obecný model systému řízení Při zpracování návrhu vhodného řídicího systému musí být nejprve identifikována řízená soustava popsány její dynamické vlastnosti, aby řídicí systém, který je s ní spojen, správně reagoval na změny v chování řízené soustavy a společně s ní vytvářel stabilní a spolehlivý celek systém řízení, produkující plánované výstupy. Činnost řízené soustavy vedoucí k transformaci vstupů na výstupy obvykle nazýváme procesem. Proces je logicky a cílevědomě uspořádaná posloupnost činností, které mění vstupy na výstupy s plánovanými znaky parametry, které činí tento výstup produkt užitečným pro uživatele (zákazníka). Z řečeného je zřejmé, že předmětem zájmu budou procesy naplánované s určitým záměrem a řízené tak, aby tento záměr byl naplněn (obr.2). Obr.2: Proces Obr.3: Model procesu
Proto, aby procesem mohly vznikat produkty, musí být k dispozici vhodné a přiměřené zdroje. Musí existovat zdroje, z nichž jsou čerpány vstupy do procesu (např. dodavatel materiálu, který v procesu zpracován); dále zdroje, jejichž aktivací se realizují činnosti transformující vstupy do podoby produktu (viz obr.3). Z hlediska majitele procesu je informací prvořadého významu, zda výstupy produkty splnily požadavky a očekávání zákazníků a lze očekávat uhrazení dohodnuté ceny. Základem monitorování procesu tedy bude určitě zaznamenávání údajů reprezentujících výkonnost procesu: efektivita míra splnění plánovaných cílů procesu; metrikami mohou být: o podíl/procento shodných produktů na první pokus ; o podíl/procento neshodných produktů; o počet neshod na jednotku produkce; o index způsobilosti procesu c pk ; o ppm; o DPMO (počet neshod na milion příležitostí); o apod. účinnost míra zhodnocení použitých zdrojů; metrikami mohou být některé finanční a ekonomické ukazatele používané pro hodnocení výkonnosti podniku: o EVA (ekonomická přidaná hodnota); o ROI (návratnost investic); o ROA (návratnost aktiv); o náklady na nízkou jakost (náklady na zajištění jakosti/celkové náklady na zajištění jakosti plus náklady vyvolané nízkou jakostí); o apod. Nutno si uvědomit, že uvedené příklady proměnných použitelných jako míry výkonnosti procesu ukazují jen část informace potřebné k práci manažera. Aktuální hodnoty stanovené monitorováním se porovnají s plánovanými a v případě odchylky je třeba vypracovat rozhodnutí, kterým se změní chod procesu tak, aby výstup odpovídal plánu (hodnota nebo trend). K tomu je zapotřebí mechanismus, s jehož pomocí se toto rozhodnutí vygeneruje. Druhým problémem je fakt, že hodnota znaku vyjadřujícího výkonnost procesu nemusí být korektní. Máme jistotu, že cílové hodnoty jsou odvozeny od správného etalonu? Jediným správným etalonem je požadavek zákazníka máme záruku, že naše interní specifikace jsou stanoveny na základě znalosti hlasu zákazníka? Odchylky vždy znamenají ztrátu lze dokumentovat pomocí Taguchiho ztrátové funkce (obr.4). Obr.4: Taguchiho ztrátová funkce Proto je nezbytné věnovat velkou pozornost zjišťování hlasu zákazníka (VOC Voice of Customer). Doporučuje se využití např. diagramu stromu (obr.5) k odvození důležitých znaků jakosti (CTQ), které mají nezpochybnitelnou vazbu na požadavky zákazníka. Postupuje-li se
touto metodou systematicky, je reálně vysoká pravděpodobnost respektování všech znaků, které vedou k uspokojení požadavků zákazníka. Obr.5: Převod hlasu zákazníka na kritické znaky jakosti (VOC CTQ) Tímto způsobem lze získat velmi přesnou představu o tom, co má být procesem vytvářeno. Východiskem je co nejúplnější popis vlastností produktu z hlediska zákazníka jak si zákazník představuje, že mu bude výrobek sloužit nebo, jak si představuje poskytovanou službu. V obou případech lze shromáždit seznam výroků, které charakterizují vlastnosti produktu; ty je nutno doplnit zákonnými požadavky (nemusí být zákazníkem explicitně vyjádřeny, očekává automatické splnění) tento seznam představuje VOC (obr.6). Obr.6: Úplný produkt Postupným převáděním (viz obr.5) na funkční vlastnosti, posléze na vlastnosti fyzikální, chemické, organoleptické, chování personálu apod. se dá v konečném počtu kroků dospět k seznamu jednoduchých, jednoznačně definovaných znaků, jejich cílovým hodnotám a přípustným tolerancím. Takový seznam představuje zadání pro vytvoření a seřízení procesu i jeho následné řízení. Řízení na principu zpětné vazby vyžaduje kromě monitoringu výstupu z procesu a srovnání se zadáním (analýza) vytvoření akčního zásahu rozhodnutí o změně a její realizaci. K tomu je
třeba znát transformační vztahy mezi vstupními, procesními a výstupními proměnnými. Vstupní proměnné vlastnosti materiálu, geometrické vlastnosti, skladba dat a informací atd., které jsou v průběhu procesu měněny tak, aby vznikly vlastnosti nové, vlastnosti produktu. Procesní proměnné jsou faktory, které upravují přeměnu vstupních proměnných např. teplota v peci, otáčky vřetene, tlak v reaktoru apod. Symbolicky lze tyto vztahy zapsat následovně: y& = A x& + Bu y = C x + Du První rovnice vyjadřuje dynamiku procesu změna výstupní proměnné je dána změnou vstupní proměnné (derivace x). A představuje matici procesních proměnných nastavení parametrů na zařízení, algoritmus technologického předpisu tedy faktorů, které se podílí na dosažení právě určité kombinace výstupních proměnných. Druhá část výrazu vyjadřuje skutečnost, že část vstupů prochází procesem beze změn (to znamená, že jsou-li nesprávné, pak procesem se již nespraví) např. mechanické vlastnosti oceli se nemění v procesu třískového obrábění, naopak tvar (geometrie) se podstatně nemění při tepelném zpracování, které mění vlastnosti mechanické. Druhá rovnice vyjadřuje vazbu mezi vstupem a výstupem. Matice A, B, C, D tedy shromažďují informace o vlastnostech řízené soustavy (viz obr.1). Při navrhování automatického (automatizovaného) systému řízení technického systému se při tomto popisu využívají zpravidla diferenciální rovnice pro veličiny proměnné v čase. Jak se má postupovat u systémů sociotechnických podnik je takovým systémem, není jen systémem strojů, ale především lidí? Analogií sestavování diferenciálních rovnic je mapování a modelování procesů. Nalezení odpovídající posloupnosti činností (subprocesů) a připojení dalších údajů o profesní skladbě a kapacitě lidských zdrojů, nastavení strojního zařízení, použitých metodách výpočtů apod. by mělo zajistit provedení potřebných prací procesních činností a úkonů, které povedou k dosažení plánovaných výsledků. Aby provozování procesů bylo možné označit za řízené, je nutné kromě monitorování výstupů udržovat řízené podmínky pro realizaci procesu. Jako řízené podmínky procesu se označuje dodržování ustanovení řídicí dokumentace (viz obr.3 omezující podmínky ). Mělo by se pokládat za samozřejmé, že při sestavování technologického předpisu (zde použito jako universální, zobecněné označení pracovního návodu pro libovolnou činnost) se vychází z praxí ověřených zkušeností, anebo výsledků plánovaného experimentu (DOE). Nutno brát v úvahu nejen lineární vztahy mezi faktory a výstupy z procesu, ale také interakce mezi faktory, kdy různé verze kombinací faktorů mohou mít protichůdné odezvy. Udržováním řízených podmínek je potom kromě monitorování výstupů také monitorování vstupních a procesních proměnných a jejich udržování na hodnotách (trendech), které byly vyhodnoceny jako optimální vůči požadovaným výstupům. Abychom získali záruku, že jsou udržovány správné faktory, musí být identifikovány a poslé- Obr.7: Identifikace procesu ze podrobeny analýze (zkušenosti, DOE, FMEA atd.). Racionální postup lze znázornit sché-
matem podle obr.7 vše, má charakterizovat výsledný produkt, musí být vytvořeno nějakou činností (prací). Jestliže jsme shromáždili úplné informace o produktu, včetně požadavků na přiložené doklady, pak lze uplatnit tvrzení uvedené v obr.7. Nutno vytvořit seznam použitelných činností procesů, které je pak třeba organizovat seskupit je do optimálních posloupností, aby logicky utvářely požadované vlastnosti produktu (obr.8). Zvláštní pozornost zasluhují ty požadavky, které se realizují v závěrečných fázích celého procesu, ale nezbytné podklady se vytváří na začátku procesu. Jako příklad lze uvést produkty podléhající povinnému posuzování shody. Soubor technické dokumentace vzniká v procesu návrhu a vývoje. Tehdy se také provádí analýza rizika a příslušné konstrukční úpravy za účelem snížení rizik. Prohlášení o shodě se vydává a značka shody (CE) se připojuje k hotovému produktu. Je užitečné připomenout si, že mnohé z těchto postupů jsou dobře známé jedná se o zpracování technologických postupů výroby. Je však rovněž známé, že tyto postupy tvoří jen část procesu a právě nedostatečná důslednost při sestavování procesů, včetně neúplných informací o požadavcích zákazníků vedou k nižším hodnotám výkonnosti procesů. Obr.8: Identifikace procesu metoda Top-down Výše probírané postupy jsou použitelné jak v případě výrobních procesů, tak procesů nevýrobních. Procesy, které poskytují nehmotné produkty (SW, služby) také sestávají z činností a dílčích procesů. Zatímco u výrobního procesu je výsledek materializován, takže jej lze kdykoliv ověřit měřením, v případě služby může být výsledek zaznamenán jen jako smyslový vjem. Přesto i v těchto případech lze stanovit měřitelné znaky a tímto způsobem je monitorovat. Posledním problémem, který je nutné v této souvislosti zmínit je systém měření. Procesy jsou uskutečňovány tak, že ve zvolené posloupnosti jsou aktivovány příslušné zdroje lidské, infrastruktura. Všechny zdroje jsou vystaveny působení různých vlivů a proto celý průběh procesu a tím i jeho výstupy jsou náhodné. Při monitorování procesů (všech proměnných vstupních, procesních i výstupních) je tedy úkolem zjistit nejen hodnoty (úrovně, parametr polohy), ale i zjistit míru variability procesu. Z toho vyplývají nároky na měřicí techniku. Měřidla jsou zatížena nejistotou; spolu s metodou měření vzniká nejistota měření rozostření pohledu pozorovatele procesu. Je-li tato nejistota relativně velká (vůči variabilitě procesu), pak daným systémem měření nelze rozlišit variabilitu procesu a za určitých okolností ani roz-
hodnout o shodě či neshodě produktu. Proto se musí provést analýza systému měření, aby se zjistilo, co lze měřením určit, jakou informaci může takové měření poskytnout (obr. 9). Obr.9: Rozlišitelnost variability procesu V praxi se využívá celá řada metod ověřování založených na subjektivním pozorování a vyhodnocení výsledku pozorování zjišťování organoleptických vlastností výrobků (chuť, vůně, barevnost, zvukové efekty, pocit z kontaktu s povrchem apod.). U služeb kromě objektivně měřitelných znaků jako čas často posuzujeme chování poskytovatelů služeb nebo je třeba rozhodnout, že se dostavil efekt služby (např. odeznění bolesti po masáži apod.). Ve všech těchto případech je závěr pozorování silně ovlivněn osobou pozorovatele. Také u některých technických měření může dojít k ovlivnění výsledků rozdílností v odečítání nebo používání měřidla. Dají-li se takové problémy předpokládat, pak je vhodné, dokonce nutné provést analýzu R&R (opakovatelnosti a reprodukovatelnosti). Obr.10: Problém opakovatelnosti a reprodukovatelnosti Monitorování procesů je nezbytnou součástí řízení procesů, aby vykazovaly konkurenceschopnou výkonnost. Monitorovány musí být výstupní proměnné znaky produktu, jejichž shoda se zadáním podmiňuje efektivitu a účinnost procesu. Monitorovány musí být také významné procesní a vstupní proměnné, protože jejich řízením se fakticky provádí řízení procesu jedná se o řízení zdrojů, jejichž aktivací se vlastně proces uskutečňuje. Klíčem k určení těch správných znaků, které je nutno monitorovat a řídit je identifikace úplného produktu a stanovení kritických znaků jakosti (slyšet hlas zákazníka). K hlasu zákazníka se pak přiřadí odpovídající hlas procesu.