Rozwiązywanie problemów – czy „zgadywanie” rozwiąże problemy
Rozwiązywanie Problemów – wstęp
Rozwiązywanie problemów to proces, który powinien funkcjonować w każdym przedsiębiorstwie produkcyjnym czy usługowym na przynajmniej takim poziomie, aby przedsiębiorstwo w przypadku problemów mogło sprostać wymaganiom Klienta z punktu widzenia wydajności i jakości dostarczanych wyrobów.
Mówiąc krótko: dostarczyć tyle wyrobów ile Klient zamówił, a każdy z tych wyrobów spełnia jego, Klienta wymagania jakościowe.
Istnieje kilkanaście metod rozwiązywania problemów stosowanych w przedsiębiorstwach produkcyjnych i usługowych. Do głównych z pewnością należą metody tj.: 8D, A3, DMAIC Six Sigma, Red X Shanina czy QRCI.
Tu pojawia się pytanie: Czy ważne jest to, która metoda zostanie użyta w celu rozwiązania problemu?
Odpowiedź brzmi: NIE.
Ważne jest to, które techniki i narzędzia zastosowane zostaną w danej metodzie do rozwiązania problemu.
W szczególności dotyczy to skomplikowanych i złożonych problemów, na które wpływ wywiera więcej niż jeden czynnik (przyczyna).
Można próbować rozwiązywać złożony problem np. metodą 8D, w której szukanie przyczyny źródłowej ograniczy się do użycia tylko prostych, słabszych i najbardziej popularnych narzędzi takich jak:
5W2H, Burza mózgów, kapelusze De Bono, Pareto, Diagram Ichikawy czy 5Why, i problem nie zostanie rozwiązany.
Można także spróbować rozwiązać ten sam problem uzupełniając lub zamieniając przytoczone wyżej proste narzędzia na narzędzia bardziej zaawanasowane, trudniejsze w użyciu ale dające o wiele lepsze efekty takie jak m.in..:
- Analiza graficzna (wykres przedziałowy, punktowy, rozkładów prawdopodobieństwa, histogram, karty kontrolne czy box-plot).
- Stratyfikacja danych i narzędzia statystyki opisowej.
- Analiza Multi-Vari.
- Wnioskowanie statystyczne – parametryczne i nieparametryczne testy istotności.
- Analiza zależności – korelacja i regresja, test Chi2.
- Planowanie eksperymentów DoE.
- I przede wszystkim Matematyka pod każdą postacią.
Przytoczone narzędzia mają tą przewagę nad narzędziami prostymi, słabszymi i najbardziej popularnymi, iż poszukiwanie przyczyny źródłowej nie polega na:
ZGADYWANIU…
… co jest przyczyną źródłową, lecz na:
UDOWADNIANIU JEJ…
… testując hipotezy statystycznie.
………………………………………………………………………………………………………………………………
Rozwiązywanie problemów – przykład w procesie dokręcania łącznika gwintowego.
W analizowanym procesie łącznik gwintowy (śruba M6 klasy 10.9) dokręcana była w dwóch krokach:
- W kroku pierwszym dokręcanie odbywało się z użyciem narzędzia pneumatycznego na moment dokręcenia wynoszący około 70 – 80% finalnego momentu dokręcenia.
- W kroku drugim dokręcanie odbywało się z użyciem ręcznego narzędzia dynamometrycznego typu 2 (tzw. klucz klik) na finalny moment dokręcenia wynoszący 13 Nm.
Problem polegał na tym, iż podczas dokręcania w kroku drugim, dochodziło do zrywania śruby (nie można było osiągnąć momentu dokręcania wynoszącego 13 Nm). Do zrywania dochodziło „od czas do czasu”: oszacowana frakcja śrub zrywanych podczas dokręcania wynosiła około 6,5%.
Po wykonaniu analizy 5W2H za pomocą, której dobrze opisano problem, wykonano analizę z wykorzystaniem narzędzia Diagram Ichikawy (Rys.1), który uzupełniono o narzędzie 5Why.
„Rybia ość” budowana była przez interdyscyplinarny zespół składający się z 7 osób z 5 różnych wydziałów: montaż, narzędziownia, kontrola jakości (QC), kontrola jakości dostawców (SQC) i utrzymanie ruchu.
Do większości potencjalnych przyczyn znajdujących się na Diagramie Ichikawy wykonano analizy 5Why. Przedstawiony poniżej przykład kończy się dojściem do odpowiedzi bez analizy analitycznej.
Potencjalna przyczyna: Jakość (poprawność) narzędzia dokręcającego.
P1. Czy narzędzie jest sprawne i dokręca na określony w specyfikacji moment dokręcania?
Odp 1: Tak, narzędzie jest sprawne ponieważ zostało sprawdzone podczas kalibracji.
P2: Czy kalibracja wykonywana jest zgodnie z przyjętymi zasadami?
Odp 2: Tak, kalibracja wykonywana jest zgodnie z wyznaczonym czasookresem oraz wykonywana jest zgodnie z przyjętymi w firmie wymaganiami. Istnieją stosowne procedury i instrukcje napisane na podstawie normy.
P3: Na podstawie, której normy przygotowane zostały procedury i instrukcje?
Odp 3: Procedury i instrukcje przygotowane zostały zgodnie z normą PN EN ISO 6789:2017, która przeznaczona jest do kalibracji ręcznych narzędzi dynamometrycznych.
P4: Czy wyniki analizy / kalibracji narzędzia są zgodne i nie wykazują odchyłek?
Odp 4: Tak, wszystkie raporty kalibracji nie wykazują odchyłek – są zgodne.
Stwierdzono, iż ten potencjalny czynnik nie jest przyczyną źródłową problemu…
…”Stwierdzono ??”… czy może lepiej powiedzieć „zgadnięto”, bo nie ma żadnego dowodu, iż narzędzie w tym momencie jest zgodne (np. nie uległo uszkodzeniu lub rozkalibrowaniu po wykonanej kalibracji).
Kolejny przykład analizy 5Why:
Potencjalna przyczyna: Jakość elementu połączenia gwintowego – śruby.
P1: Czy zastosowano odpowiednie śruby do montażu?
Odp 1: Tak, stosowane są śruby zgodne z wymaganiami. Sprawdzono zgodność numeru części na opakowaniu z numerem z rysunku technicznego – wynik zgodny. Sprawdzenia dokonano dla wszystkich 3 dostawców śrub.
P2: Czy sprawdzono potencjalne różnice w jakości śrub „pomiędzy” dostawcami?
Odp 2: Pobieżnie tak. Sprawdzono klasę wytrzymałości, kolor śrub, średnicę znamionową – wynik zgodny.
P3. Czy dokonano bardziej dokładnej analizy jakości śrub: pomiar średnicy podziałowej, współczynnika tarcia i twardości, a następnie porównano jakość pomiędzy dostawcami?
Odp 3: Wykonano tylko pomiar średnicy podziałowej dla wszystkich 3 dostawców śrub – wynik zgodny: średnica podziałowa dla wszystkich 3 dostawców śrub jest taka sama. Nie wykonano bardziej szczegółowej analizy twardości i współczynnika tarcia ze względu na brak w firmie urządzeń pomiarowych.
P4. Na jakiej podstawie stwierdzono, iż średnica podziałowa dla wszystkich 3 dostawców śrub jest taka sama?
Odp 4: Wykonano pomiary średnicy podziałowej metodą trójwałeczkową a następnie pomiary wpisano do arkusza MS Excel w 3 kolumnach (dostawca A, B, C) i na tej podstawie stwierdzono, że średnice podziałowe śrub nie różnią się pomiędzy dostawcami.
P5: Czy pomiary średnicy zapisane w arkuszu MS Excel zweryfikowano jakimś testem statystycznym, np. testem jednorodności wielu średnich lub testem Kruskala-Wallisa?
Odp 5: Niestety nie, ponieważ to wykracza poza technikę 5Why, a osoby rozwiązujące problemy w naszej firmie korzystały ze szkolenia, na którym uczono, że z użyciem diagramu Ichikawy i techniki 5Why rozwiążemy wszystkie, nawet te najbardziej złożone i skomplikowane problemy w produkcji i jakości wyrobu….
To jest właśnie słabość metod tj. Burza mózgów, kapelusze De Bono, Diagram Ichikawy czy 5Why:
„zgadywanie” a nie „udowadnianie” przyczyn problemów.
Wykorzystując podstawowe narzędzia jakości nie udało się dojść do przyczyny źródłowej powodującej urywanie śruby podczas dokręcania.
Przykład ten (jedną z potencjalnych przyczyn) poddano dalszej analizie z wykorzystaniem metod matematycznych i statystycznych.
Z powodu braku urządzeń pomiarowych do badania współczynnika tarcia i twardości śrub w firmie Klienta, przed wysłaniem części do badań w laboratoriach zewnętrznych (wyższy koszt badania), podjęto decyzję o wykorzystaniu dostępnego sprzętu w celu kontynuowania poszukiwania przyczyny źródłowej.
Z wykorzystaniem ręcznego klucza dynamometrycznego typu 1 (z możliwością rejestracji przebiegu dokręcania: moment dokręcenia / kąt obrotu) zaplanowano i wykonano eksperyment z użyciem części (elementów) badanego połączenia gwintowego.
Opis kontynuowania analizy z użyciem mocniejszych narzędzi procesu rozwiązywania problemów.
Ponieważ do tej pory analizy zmienna objaśniana Y określana była w skali dychotomicznej: „śruba urywa się / śruba nie urywa się”, w pierwszej kolejności do celów rozwiązania problemu określono zmienną Y w skali ciągłej (ilorazowej).
Jako zmienną Y przyjęto pole powierzchni pod tzw. krzywą dokręcania z interpretacją taką, że im wyższa wartość pola powierzchni pod krzywą, tym wyższa jest wytrzymałość połączenia gwintowego, w tym przypadku śruby.
Badanym czynnikiem, potencjalną przyczyną, zmienną X poddaną analizie był dostawca śrub z podziałem na 3 poziomy: dostawca A/B/C.
Zdefiniowano hipotezę zerową:
H0 – nie istnieje istotna statystycznie różnica w wytrzymałości śrub od różnych dostawców.
wobec hipotezy alternatywnej:
H1 – Istnieje istotna statystycznie różnica w wytrzymałości śrub od różnych dostawców.
Poziom istotności statystycznej przyjęto α0,05.
Przebieg eksperymentu
1.
Wykonano próby wytrzymałościowe z wykorzystaniem części będących elementami badanego połączenia gwintowego. Z uwagi na ograniczony czas badania, w pierwszej kolejności wykonano po 4 próby wytrzymałościowe dla śrub każdego dostawcy (A/B/C).
Próba wytrzymałościowa polegała na dokręcaniu każdej śruby ponad granicę plastyczności materiału śruby, tak, aby przedział całkowania znajdował się pomiędzy 5 a 55 stopniem obrotu.
Do obliczeń pól powierzchni pod krzywymi dokręcania wykorzystano dopasowanie całką wielomianową:
Całka nieoznaczona
Gdzie:
n – stopień wielomianu
Całka oznaczona:
Obliczenia wartości pól powierzchni wykonano w programie MS Excel z użyciem wykresu punktowego.
Przykład pojedynczej analizy i wynik dopasowania wielomianem piątego stopnia przedstawiono na Rys. 2.
Zestawienie wyników dla wszystkich dwunastu śrub przedstawiono na Rys.3.
2.
Porównano próbki (dostawca A/B/C) pod względem rozrzutu, zmienności wewnątrz próbek, czyli powtarzalności wytrzymałości śrub. W tym celu wykonano test Bartletta dla wariancji, w wyniku którego nie stwierdzono istotnej różnicy pomiędzy próbkami (dostawcami) ze względu na zmienność (p-value 0,73). Można przyjąć, iż pod względem powtarzalności jakości śrub, dostawcy nie różnią się istotnie od siebie.
3.
Porównano próbki ze względu na jakość, odtwarzalność wytrzymałości śrub. Wykonano test jednorodności wielu średnich (One-Way ANOVA) dla prób niezależnych. W wyniku analizy stwierdzono, że przynajmniej jedna średnia arytmetyczna różni się istotnie od pozostałych (p-value 0,001). Wynik analizy przedstawiono na Rys.4.
4.
Wykonano testy porównań wielokrotnych, na podstawie których potwierdzono, że wartości pola powierzchni dostawcy B są istotnie niższe niż wartości pól dla dostawców A i C. Wynik porównań przedstawiono na Rys.5.
Na Rys. 6. Przedstawiono graficzną prezentację analizy.
Wnioski:
- W wyniku analizy stwierdzono, że wartości pól powierzchni pod krzywymi dokręcania dla śrub dostawcy B jest istotnie statystycznie niższa niż wartości pól powierzchni dla dostawców A i C.
- Niższe wartości pola powierzchni pod krzywą dokręcania oznaczają mniejszą wytrzymałość śrub podczas dokręcania, co bezpośrednio wpływa na powstawanie problemu urywania śrub podczas dokręcania.
- Jako tymczasowe działania korygujące, zdecydowano o wycofaniu śrub dostawcy B z produkcji.
- W porozumieniu z dostawcą B podjęto decyzję o wysłaniu śrub na szczegółowe badania związane z twardością, geometrią i współczynnikiem tarcia śrub.
- Po wycofaniu śrub dostawcy B z produkcji problem z urywaniem śrub podczas dokręcania został wyeliminowany, co potwierdzono po kilkunastu dniach obserwacji procesu.
- Dostawca B otrzymując tak „skonstruowaną” informację na temat problemu, dokonał niezwłocznie niezbędnych zmian we własnym procesie produkcji śrub
Rozwiązywanie problemów – podsumowanie
Przyczyną urywania śrub podczas dokręcania okazała się część, element złącza gwintowego jakim jest śruba.
Po dalszej analizie (poza Firmą Klienta) okazało się, iż przyczyną źródłową urywania się śrub podczas dokręcania była twardość śruby. Twardość mierzona w skali Rockwella dla wadliwych śrub wynosiła 26 – 30 HRC, czyli poniżej dolnej granicy tolerancji dla twardości.
Przyczynę źródłową problemu udało się udowodnić wykorzystując takie obszary nauki jak statystyka i matematyka.
Podchodząc do skomplikowanych i złożonych problemów z wykorzystaniem tylko prostych, słabszych i najbardziej popularnych narzędzi takich jak: 5W2H, Burza mózgów, kapelusze De Bono, Pareto, Diagram Ichikawy czy 5Why nie należy spodziewać się spektakularnych sukcesów. Do opinii, które twierdzą, iż z użyciem tych narzędzi można rozwiązywać złożone problemy w organizacjach produkcyjnych i usługowych należy podchodzić z rezerwą. Skuteczne rozwiązanie złożonych problemów jest możliwe tylko z użyciem bardziej zaawansowanych narzędzi statystycznych i matematycznych.
Autor: dr inż. Rafał Popiel
Jeżeli artykuł Ci się podobał, to podziel się nim proszę w mediach społecznościowych:
Zaufali nam:
.
Co mówią nasi zadowoleni Klienci:
.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu:
.