Wykorzystywanie kart kontrolnych w zapewnieniu jakości wyrobów w branży lotniczej

Transkrypt

1 Wykorzystywanie kart kontrolnych w zapewnieniu jakości wyrobów w branży lotniczej STRESZCZENIE: 1. Cel artykułu W artykule zaprezentowano instrumenty służące zapewnieniu jakości wyrobów w branżach, w których priorytetowe znaczenie odgrywają aspekty bezpiecznego użytkowania, z dopuszczalnym marginesem błędu zmierzającym do zera. Uwzględniono tu m.in. zabezpieczenia automatyczne (Error Profing / Poka Yoke) i kluczowe charakterystyki produktu (KPC). Szczególną uwagę skoncentrowano na możliwościach zastosowania kart kontrolnych Shewharta w zapewnieniu stabilności procesów produkcyjnych. 2. Rodzaj wykorzystanej metodologii badawczej/podejścia badawczego W artykule, na podstawie studium przypadku jednego z producentów części do samolotów pasażerskich, skoncentrowano się na znaczeniu kart kontrolnych w procesie zapewnienia jakości wyrobów, ze zwróceniem uwagi na specyficzną dla branży lotniczej produkcję krótkich serii. 3. Główne wyniki badań/analiz Na bazie opisanego stadium przypadku, ukazano wymogi i funkcjonujące, praktyczne rozwiązania w zakresie zapewnienia jakości wyrobów w branży lotniczej. 4. Implikacje praktyczne Zaprezentowane rozwiązania mogą stanowić przykład dla przedsiębiorstw w innych branżach, zainteresowanych podnoszeniem standardów w zakresie zarządzania jakością. 5. Implikacje społeczne Artykuł ukazuje, w jaki sposób producenci części do samolotów gwarantują jakość swoim wyrobom i jak monitorują stabilność procesu. 6. Słowa kluczowe: TQM, zarządzanie jakością, karty kontrolne, proces produkcyjny 7. Kategoria artykułu: studium przypadku 1

2 USING CONTROL CARDS TO ENSURE QUALITY OF PRODUCTS ON THE EXAMPLE OF AVIATION INDUSTRY FIRM SUMMARY 1. Purpose of the article The article presents the instruments serves to ensure quality of products in industries in which the priority meaning has the aspects of safe using, with an acceptable margin of error tending to zero. It includes the automatic protections (Error Profing / Poka Yoke) and Key Product Characteristics (KPC). Especially attention has focused on the potential using of Shewharta control cards to ensure stability of production processes. 2. Research methodology / research approach On the base of the case study concerning one of the producer of components for passenger aircrafts, the article describes the importance of control cards in process of ensuring the quality of products with a focus on the production of short series which is specific for industry aviation. 3. Key findings / analysis Based on the described case study, illustrated the requirements and practical solutions for quality assurance of products in the aerospace industry. 4. Practical implications The presented solutions can be an example for companies in other industries, interested in raising standards in quality management. 5. Social implications The article shows, how the producers of aircraft parts can ensure the quality of their products and monitor the stability of the process. 6. Keywords: TQM, quality management, control cards, producing process 7. Article category: case study Wstęp Początki kontroli jakości wyrobów sięgają czasów drugiej rewolucji przemysłowej z przełomu XIX i XX wieku, kiedy produkcję jednostkową lub małoseryjną, w szybkim tempie zastępowała masowa produkcja coraz bardziej złożonych wyrobów na coraz bardziej 2

3 chłonnym, ale i wymagającym rynku. Starając dostosować jakość produktów do zmieniających się realiów, koniecznością stawało się koncentrowanie na kontroli pooperacyjnej lub poprodukcyjnej, a poprzez to zapobieganie przedostawaniu się do odbiorców wyrobów wadliwych. Jednym z pierwszych narzędzi, które miały temu służyć, była karta kontrolna, opracowana w latach dwudziestych XX wieku przez amerykańskiego inżyniera Waltera Andrewa Shewharta. Pozwalała ona na monitorowanie stabilności procesu zapewniającego odpowiednią jakość wyrobów. Mimo upływu niemal całego stulecia i zasadniczego postępu w stosownych rozwiązaniach w kontekście zapewnienia jakości produktu, karta kontrolna do dzisiejszych czasów jest jednym z najczęściej wykorzystywanych narzędzi w kompleksowym zarządzaniu jakością. Współczesność wymusza na organizacjach stosowanie coraz wyższych standardów w zakresie identyfikowania problemów związanych z wytwarzaniem wyrobów, ich eliminacji oraz zapobiegania wystąpieniu nieprawidłowości w przyszłości. I chodzi tu zarówno o kontrolę poszczególnych faz powstawania wyrobu, jak i kontrolę całego procesu wytwarzania, gdzie nowoczesne rozwiązania gwarantują akceptowalny i stabilny poziom jakości na każdym etapie cyklu powstawania wyrobu. Dotyczy to szczególnie branż, w których wyjątkowe znaczenie mają aspekty bezpiecznego użytkowania wyrobów, i tam, gdzie wrażliwość klientów na jakość jest szczególnie duża, jak np. w przemyśle lotniczym, gdzie dopuszczalny margines błędu jest niemalże zerowy, a surowe standardy kontroli jakości muszą być na porządku dziennym. Samolot pasażerski składa się z kilku milionów części, a wiele z nich nigdy nie może zawieść, stąd też nie ma się co dziwić, że w tej niezwykle wymagającej branży, zarówno producenci, jak i poszczególni dostawcy, zarządzanie jakością traktują jako fundamentalną siłę napędową swojej konkurencyjności. Karty kontrolne a zapewnianie stabilności procesu w nowoczesnych przedsiębiorstwach We współczesnych organizacjach powszechne stały się tzw. kluczowe charakterystyki produktu (KPC Key Product Characteristics), zwane popularnie keyami, czyli katalogi najważniejszych dla wyrobu cech, wymiarów, parametrów, które muszą być niezmienne, rozszerzane dodatkowo o różnego rodzaju dokumenty techniczne, zawierające informacje o jego własnościach fizyko-technicznych. Nowoczesność wymusza zastosowanie metod kontroli gwarantujących całkowitą zgodność z wymaganiami klienta bez możliwości popełnienia błędu, w tym automatycznych zabezpieczeń (Poka-Yoke / Error Proofing), chroniących przed przedostawaniem się błędów do kolejnych operacji lub zabezpieczających 3

4 przed powstawaniem błędów w ogóle. Jednak należy przy tym mieć świadomość tego, że na skuteczność automatycznych zabezpieczeń można liczyć tylko wówczas, kiedy zarówno urządzenia na linii produkcyjnej, jak i aparatura pomiarowa prezentują najwyższy poziom niezawodności technicznej. W sytuacjach, gdy z punktu widzenia kosztów, opłacalności lub specyfiki procesu zabezpieczenia automatyczne są trudne do zastosowania, wykorzystuje się statystyczne metody monitorowania procesu, wykorzystujące m.in. karty kontrolne. Tym samym karty Shewharta są nadal jednymi z najczęściej stosowanych narzędzi w kompleksowym zarządzaniu jakością (TQM). Wykorzystuje się je przede wszystkim, choć nie tylko, w produkcji seryjnej i masowej, w procesach, w których konieczny jest ciągły monitoring. O ich popularności decydują m.in. możliwości, które stwarza graficzna prezentacja zmienności badanych parametrów statystycznych, pozwalających w czytelny sposób wykrywać nieprawidłowości zachodzące w procesie produkcji (punkty nie mieszczące się w wyznaczonym przedziale zlokalizowane poza liniami kontrolnymi, trend rosnący lub malejący oznaczający zbliżanie się do granic tolerancji), a także uniwersalność w zastosowaniu. Dodatkowo, analiza kart kontrolnych pozwala stwierdzić, czy zmiany zakłócające dany proces są zdarzeniem naturalnym (związanym z procesem), czy też przyczyną specjalną, występującą systematycznie lub sporadycznie. Pozwalają więc szybko na sygnalizowanie, znalezienie i eliminację niestabilności badanego procesu. Dla scharakteryzowania zdolności procesu w zakresie zapewnienia wymagań klienta, niezbędny jest m.in. dostęp do dwóch danych: ustalonej granicy, której badany parametr nie może przekroczyć, a także danych pomiarowych z procesu. Dlatego w ramach monitorowania stabilności procesu, w warunkach produkcji prowadzi się również m.in. badania zdolności wytwórczej maszyny (Cm Cmk), mające na celu określenie jej przydatności do realizacji wybranej charakterystyki (np. pomiary na kolejno pobranych próbkach) w warunkach pracy przy odbiorze wstępnym maszyn i urządzeń. Badaniu podlega także krótkotrwała zdolność procesu (Pp Ppk; MQ-2), określająca czy proces jest zdolny realizować założone wymagania w krótkim czasie (np. jedna zmiana). Badanie jest prowadzone przed zatwierdzeniem do produkcji seryjnej (PPAP) lub przy odbiorze końcowym maszyny czy urządzenia. Bada się też długoterminową zdolność procesu (Cp Cpk), polegającą na określeniu, czy proces jest zdolny realizować założone wymagania w dłuższym okresie (np. dekada lub miesiąc). Zastosowanie kart Shewharta w sterowaniu procesami produkcyjnymi 4

5 W praktyce, w monitorowaniu jakości bardzo często wykorzystuje się zarówno karty statystyczne z oceną alternatywną, jak i oceną liczbową-mierzalną (Tabela 1). W przypadku oceny liczbowej badana własność musi być określona liczbowo, a jej rozkład musi być normalny (lub zbliżony do normalnego), wyrób nie może być oceniany ze względu na zbyt wiele właściwości (w przeciwnym razie koszty oceny znacząco rosną), natomiast personel powinien być wykwalifikowany, tzn. być w stanie stosować tego typu instrumenty. Ocenę alternatywną stosuje się, gdy trudno jest ocenić wyrób metodą liczbową, gdy ważny jest prosty sposób kontroli, a także, gdy nie są potrzebne dokładne informacje o kontrolowanej partii wyrobów. Mankamentami tej drugiej oceny jest mała dokładność uzyskanych wyników, a także potrzebna jest większa próbka w porównaniu z kontrolą według oceny liczbowej. 1 Tabela 1. Typologia kart kontrolnych Rodzaj stosowanej oceny Typ karty Badane parametry i rodzaje zastosowania Ocena ilościowa (mierzenie i rejestrowanie X-R Kontrola wartości średniej (X) oraz rozstępu (R) Wymiary, waga, czas realizacji, inne wartości liczbowych właściwości każdej jednostki X-S Kontrola wartości średniej (X) oraz odchylenia standardowego (S) z kontrolowanego zbioru; podstawą oceny partii ze względu na daną własność są IX-MR Kontrola mediany (M) oraz rozstępu (R) Z uwzględnieniem dokładniejszych przeliczeń wyniki pomiarów uzyskane z próbki). X Pojedyncza obserwacja Gdy niezbędne są szybkie działania korygujące lub zapobiegawcze, a pozyskanie danych wiąże się z dużym kosztem MA Kontrola średniej ruchomej Obserwacja trendów i przesunięć wartości średniej procesu CUSUM Suma skumulowana Wykrywanie pojawiających się przesunięć wartości średniej procesu, szczególnie nieznacznych ale niezmiernie istotnych specjalne Dla rozkładów innych niż normalne, wielowymiarowe (gdy niezbędne jest monitorowanie wielu różnych właściwości) lub towarzyszące krótkim seriom produkcyjnym (np. karta średniej Ocena alternatywna (rejestrowanie występowania lub niewystępowania określonej, interesującej cechy w zbiorze kontrolowanych jednostek, a następnie zliczenie liczby takich wystąpień lub niewystąpień w kontrolowanej jednostce, grupie produktów itd.). pn (np) p c u wartości i karta proporcjonalna) Liczba jednostek niezgodnych Liczba wad w stosunku do próbki statystycznej Frakcje jednostek lub elementów niezgodnych Udział frakcji wad w próbce statystycznej Liczba niezgodności w jednostce wyrobu Liczba niezgodności w próbce w danym okresie czasu Liczba niezgodności przypadających na jednostkę Kontrola braków w zestawie produktów (średnia liczba wad) Źródło: T. Asaka, K. Ozeki, Handbook of Quality Tools: The Japanese Approach, Productivity Press, Cambridge 1990, s i http//: [dostęp: ]. 1 A. Hamrol, Zarządzanie jakością z przykładami, PWN, Warszawa 2005, s

6 W praktyce, częstotliwość i wielkość podbieranej do analizy próbki są z góry ustalane, gwarantując uzyskanie informacji na temat wszystkich istotnych zachodzących zmian. Zmiany te są na bieżąco nanoszone na wykresy graficzne, składające się z linii centralnej oraz z dwóch linii kontrolnych (górnej - GLK i dolnej - DLK). Strefa środkowa odpowiada obserwacjom zgodnym z prognozą, natomiast strefy zewnętrzne, jako odbiegające od modelu, interpretowane są jako wymagające zastosowania konkretnych rozwiązań. 2 Niejednokrotnie wyznacza się dodatkowo górną granicę ostrzegawczą GLO i dolną granicę ostrzegawczą DLO. Obie linie służą do ostrzegania o grożącym wyjściu parametru procesu lub cechy wyrobu poza granice kontrolne. Przykładowy zapis uzyskiwany z kart kontrolnych prezentuje Schemat 1. GLK GLO LC DLO DLK Sztuki wyrobu - pomiar parametru X Schemat 1. Przykładowy zapis na karcie kontrolnej Źródło: Opracowanie własne na podstawie A. Hamrol, Zarządzanie jakością z przykładami, PWN, Warszawa 2005, s Uwzględniając dwa podstawowe parametry, tzn. stabilność procesu oraz wymagania klienta, w praktyce mogą wystąpić cztery sytuacje, determinujące różnorodne rozwiązania, z których tylko jedna jest pożądana, nie powodująca potrzeby podejmowania działań korygujących: - proces jest niestabilny, jak również nie są spełnione wymagania klienta (należy szybko podjąć kroki w celu ustabilizowania procesu, pożądane jest wprowadzenie monitorowania procesu i likwidowanie przyczyn zakłóceń specjalnych), 2 J.M. Myszewski, Po prostu jakość, WPiA, Warszawa 2009, s

7 - proces jest stabilny lecz nie spełnia wymagań klienta (ze względu na to, że zmianami organizacyjnymi nie można bardziej udoskonalić samego procesu, wymagane są zmiany technologiczne i inwestycje, w tym wprowadzenie nowych maszyn i urządzeń), - proces jest co prawda niestabilny, ale są spełnione wymagania w stosunku do klienta (wówczas warto doprowadzić do ustabilizowania procesu, ze względu na możliwą zmienność wymagań odbiorców), - sytuacja idealna - proces jest ustabilizowany i zdolny do spełnienia wymagań klienta. W produkcji, karta kontrolna pozwala, na podstawie stanu wybranych cech wyrobu lub parametrów procesu, śledzić przebieg badanego czynnika oraz oceniać, czy ewentualne wahania średniej lub innej miary statystycznej kontrolowanych cech są na tyle znaczące, że oznaczają trwałe rozregulowanie procesu, co w konsekwencji może prowadzić do produkowania wyrobów, które nie spełniają określonych wymagań jakościowych. Ponadto narzędzie to sygnalizuje różne niebezpieczeństwa rozregulowania procesu pojawieniem się na karcie kontrolnej pewnych łatwych do zauważenia symptomów, np. w postaci punktów poza tzw. granicami kontrolnymi lub ich niedopuszczalnych sekwencji. Mocną stroną narzędzia jest również to, że wykrycie zagrożenia z wyprzedzeniem daje czas na podjęcie skutecznego korygującego działania. Warto zaznaczyć, że pojawienie się symptomów rozregulowania procesu nie jest równoznaczne z przekroczeniem przez obserwowany parametr procesu lub cechy wyrobu granic kontrolnych. Pojawienie się na karcie symptomu oznacza jednak, że zmiany, czasem o nieznanym jeszcze charakterze, powodują gorszy przebieg procesu, niż wynikałoby to z jego naturalnych możliwości. 3 Wykorzystanie kart kontrolnych w firmie branży lotniczej studium przypadku W branży lotniczej, w kontekście najwyższej odpowiedzialności za produkt końcowy, współpracujący z wieloma dostawcami jego producent, nie może sobie pozwolić na przedostanie się do niego części wadliwej. Z drugiej natomiast strony, ze względu na bardzo wysokie koszty produkcji tych części, żadna firma nie można sobie pozwolić na błędy operacyjne. Części montowane w samolotach posiadają unikalne numery, dzięki którym istnieje możliwość odczytania całej historii powstawania każdego detalu - od surowca począwszy, na wyrobie gotowym skończywszy. Dzięki temu, że istnieje i przechowuje się 3 M. Chełkowska, Zarządzanie jakością, http//ww.nzs.szczecin.pl [dostęp: ] materiał powielony. 7

8 zapis historii każdej części, nawet po wielu latach można szybko zidentyfikować takie dane, jak na przykład to, na jakim etapie, kto, kiedy i jakim narzędziem pomiarowym dokonał jej kontroli. W firmach produkujących podzespoły i części do samolotów, nie można mówić o produkcji masowej, a nawet seryjnej. Ze względu na specyfikę branży, partie produkcyjne często składają się z kilku, a nawet z jednej sztuki wyrobu. Urządzenia są też często przezbrajane do produkcji kilku sztukowej partii kolejnej części, a do produkcji poprzedniego wyrobu wraca się czasem po kilku tygodniach, a nawet miesiącach. Podstawą do rozpoczęcia produkcji każdej części, poza szeroko rozumianą specyfikacją wyrobu, staje się m.in. rysunek techniczny z opisanymi wymiarami części, z których wybiera się kluczowe charakterystyki. Dość powszechnym standardem kontroli jakości jest w tej branży pogrupowanie wszystkich parametrów na dwa lub trzy zestawy. W pierwszym zawiera się kluczowe dla danej części pomiary (ustalone przez klienta oraz wyznaczone przez producenta), które muszą być dokonywane zawsze. Drugi zestaw zawiera parametry badane co kilka sztuk lub partii. Trzeci zestaw zawiera wszystkie parametry danej części (nawet do stu pomiarów - w zależności od poziomu skomplikowania wyrobu) badane przed uruchomieniem produkcji, lub po ustabilizowaniu się procesu, co określoną ilość sztuk wyprodukowanych części. Po ustabilizowaniu procesu produkcji, poszczególne zestawy ustępują miejsce kolejnym, na przykład wycofuje się z kontroli zestaw III, wyznaczając nowy (z mniejszą częstotliwością taktu kontroli) plan kontroli z wykorzystaniem zestawów I i II. Wytworzeniu każdej części towarzyszy zlecenie produkcyjne, zawierające opis specyfikacji, kolejność poszczególnych operacji i plan kontroli. Parametry produkowanej części są wprowadzane do systemu produkcji, ale przed jej uruchomieniem musi zostać jeszcze zatwierdzony aktualny plan kontroli. Po zainstalowaniu na danym urządzeniu przez programistę programu ze wszystkimi parametrami wyrobu, rozpoczyna się produkcja. Pozostające w pamięci komputerowego systemu produkcyjnego dane, w razie potrzeby są odtwarzane, co umożliwia wznowienie produkcji danej części niemalże z marszu. Zgodnie z planami kontroli (wykazem charakterystyk) wyznaczającymi takt kontroli poszczególnych części (m.in. mówiącymi, co ile partii należy dokonywać kontroli oraz na jakim etapie procesu produkcyjnego), operatorzy lub kontrolerzy dokonują zapisów na kartach pomiarowych planu kontroli. Zgromadzone w ten sposób dane, wprowadzane są następnie do systemu komputerowego, który generuje zapis na elektronicznej karcie kontrolnej, ułatwiając monitorowanie stabilności procesu z perspektywy działu jakości. 8

9 W przypadku wystąpienia problemu lub symptomów mogących skutkować w przyszłości wystąpieniem niezgodności, organizuje się spotkania zespołów problemowych mających na zadanie znaleźć skuteczne rozwiązanie. Algorytm monitoringu jakości z wykorzystaniem kart kontrolnych w badanym przedsiębiorstwie prezentuje Schemat 2. Dane z karty kontrolnej NIEZGODNOŚĆ? LUB NIEPRAWIDŁOWOŚĆ? Tak Wystawienie dokumentu niezgodności Nie DECYZJA O STATUSIE CZĘŚCI Tak Złomowanie? Nie Tak Użyć jak jest? Nie Opracowanie technologii poprawy Akcja korekcyjna Tak Akceptacja akcji korekcyjnej? KONIEC KONTYNUOWANIE PROCESU - OBSERWACJA Nie Schemat 2. Algorytm postępowania z problemami na podstawie danych z kart kontrolnych. Źródło: Opracowanie własne na podstawie studium przypadku w wybranym przedsiębiorstwie. Podsumowanie Spośród narzędzi wykorzystywanych w zarządzaniu jakością: tradycyjnych (karta kontrolna, histogram, arkusz kontrolny, diagram Ishikawy, diagram Pareto, diagram 9

10 rozproszenia oraz schemat blokowy), zwanych również wielką siódemką (7NT) oraz nowych (diagram relacji, diagram pokrewieństwa, diagram systematyki, diagram macierzowy, macierzowa analiza danych, wykres programu decyzyjnego i diagram strzałkowy), zwanych nową siódemką (7NN), to karta kontrolna jest współcześnie jednym z najczęściej i najszerzej wykorzystywanych instrumentów badających stabilność procesu produkcji, w tym również w bardzo wymagających i specyficznych branżach, takich jak przemysł lotniczy, w którym wyjątkowy nacisk kładzie się na jakość, bezpieczeństwo i technologię wytwarzania w aspekcie całego łańcucha dostaw. Karty potwierdzają swoją pozycję w uznanym w skali międzynarodowej, specyficznym dla branży lotniczej standardzie AS 9100 (w Ameryce Północnej znanym jako AS 9100, w Europie jako EN 9100, a w Japonii jako JISQ 9100). Bibliografia 1. Asaka T., Ozeki K., Handbook of Quality Tools: The Japanese Approach, Productivity Press, Cambridge Chełkowska M., Zarządzanie jakością, http//ww.nzs.szczecin.pl materiał powielony 3. Greber T., Statystyczne sterowanie procesami - doskonalenie jakości z pakietem STATISTICA, StatSoft Polska, Kraków Hamrol A., Zarządzanie jakością z przykładami, PWN, Warszawa Hellsten U., Klefsjö B., TQM as a management system consisting of values. Techniques and tools, The TQM Magazine 4/ Kończak G., Wykorzystanie kart kontrolnych w sterowaniu jakością w toku produkcji, AEiKA, Katowice Myszewski J.M., Po prostu jakość, WPiA, Warszawa Więcek J. (red.), Zintegrowane zarządzanie jakością, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź http//: 10