ANALIZA NIEZAWODNOŚCI DLA TERMINÓW REALIZACJI ZADAŃ PRODUKCYJNYCH Zajawka Dariusz Lipski Pierwsze metody przewidywania niezawodności zostały opracowane w 1940 roku przez niemieckich naukowców Von Brauna i Erica Pieruschke. Próbując rozwiązać wiele problemów związanych z poprawnością działania rakiety V-1, stworzyli oni pierwszy predyktywny model niezawodności. Dalsze badania po zakończeniu II wojny światowej kontynuowano w USA. Od tego czasu na świecie stworzono wiele metod niezawodnościowych, między innymi:»» Failure Mode and Effect Analysis (FMEA/FMECA),»» Drzewo uszkodzeń,»» Life Cycle Cost Analysis (LCC),»» Handbook for Reliability Data for Electronic Components (HRD5),»» MIL-HDBK 217, Metoda przewidywania liczby części, Metoda przewidywania obciążenia części,»» Telcordia Prediction Model,»» Reliability Block Diagram (RBD),»» Model Markowa,»» Highly Accelerated Life Testing (HALT). Analiza niezawodności szeroko weszła do kanonów nauki. Zależnie od dyscypliny, której służy, określana jest jako [1]:»» Analiza przeżycia (dożycia) w medycynie, demografii i biologii.»» Analiza trwania lub przejścia w ekonomii i naukach społecznych.»» Analiza niezawodności lub analiza czasów niepowodzeń (porażek) w inżynierii, technice i przemyśle. Niezawodność można zdefiniować w następujący sposób: Jest to prawdopodobieństwo, że system lub element pomyślnie zrealizuje swoje zadanie w określonym czasie bez awarii. Głównymi parametrami do oceny są: współczynnik MTBF (Mean Time Between Failure) podstawowa miara niezawodności systemu, który jest w użyciu od ponad 60 lat, oraz współczynnik MTTR (Mean Niezawodność to prawdopodobieństwo, że system lub element pomyślnie zrealizuje swoje zadanie w określonym czasie bez awarii. Time to Repair (or Recover)) szacunkowy czas naprawy systemu po awarii. Jak podają normy z rodziny PN -IEC-50, rozróżniamy dwie definicje awarii:»» niezdolność produktu jako całości do wykonywania wymaganych funkcji,»» niezdolność poszczególnych elementów do wykonywania wymaganych funkcji, jednak produkt jako całość wciąż może wykonywać wymagane funkcje. Obecnie teoria niezawodności jest dobrze opisaną dziedziną wiedzy, którą dokumentują między innymi podręczniki i monografie takich autorów jak: Melchers [3], Thoft-Christensen i Baker [4], Augusti, Baratta i Casciatti [5] czy Madsen, Krenk i Lind [6]. Wiele ośrodków R&D na świecie zajmuje się ciągle rozwojem nowych metod analizy niezawodności. Wśród czołowych badaczy, którzy zajmują się tą tematyką, należy wymienić [14]: R. Rakwitza, O. Ditlevsena, P. Thoft-Christensena, A. Der Kiureghiana, G.I. Schuellera i R.E. Melchersa. Również w kręgach naukowych IPPT PAN prowadzone są badania dotyczące niezawodności, prace 138 Zarządzanie Jakością 1/2010 (19)
z tej dziedziny publikował Doliński [7], [8], [9], Putresza [10], Stocki [11], [12], [13]. Analizy niezawodności obejmują coraz to nowe zagadnienia, co podają niektóre źródła, np.:»» Odnośnie do możliwości rozwoju osobistego powstają analizy dla karier komplementarnych [1], gdzie mierzymy czas, jaki jednostka zużywa na realizację postawionych celów, zaś w karierach konkurencyjnych powstają analizy wykorzystania czasu jednostki podczas rywalizacji.»» W badaniach opisanych przez Góralczyka [2] punktem wyjścia do badań uczyniono fakt, że koszt przejazdu po zakorkowanej autostradzie jest dla kierowców wyższy niż koszt średniego czasu przejazdu. Z punktu widzenia użytkownika drogi występują dwa rodzaje strat: strata z tytułu przedłużającej się podróży oraz strata z tytułu niepewności odnośnie do czasu przejazdu. Przeanalizowano ogromną ilość danych o ruchu na jednej z zatłoczonych tras w Los Angeles i zbadano, jak duży jest wzrost niepewności (wariancji) czasu przejazdu, gdy na drodze zdarza się wypadek, w różnych godzinach. Na tej podstawie zaproponowano dodatkowy plan obsługi oprócz rutynowych komunikatów dla kierowców zaczęto podawać informacje o wypadkach oraz o powodowanym nimi prawdopodobnym przedłużeniu czasu podróży. Część kierowców dostosowuje swoje czynności do tych nowych informacji. Ocenia się, że oszczędności klientów z tytułu samej tylko redukcji niepewności wynoszą ok. 5,8% całkowitego opóźnienia. Zagadnienia niezawodności w zakładach produkcyjnych należą do dziedziny utrzymania ruchu maszyn, urządzeń, a czasem także ludzi chodzi o ich dostępność i gotowość do wykonania zadań. Najbardziej zaawansowanym systemem zarządzania ową gotowością jest Kompleksowy System Produktywnego Utrzymania Wyposażenia TPM [2]. Jednakże w TPM nie chodzi do końca o niezawodność, bardziej o minimalizację strat z tytułu zawodności. Chcąc wykorzystać podejście TPM w usługach, trzeba dokładnie sprecyzować analogie i różnice pomiędzy zagadnieniami niezawodności w przemyśle przetwórczym i usługach. Podstawowa różnica to ta, że w przypadku awarii maszyny stratę ponosi producent, a w przypadku niedostępności usługi klient. Maszyna przerabia materiał czekający w kolejce, a usługa obsługuje klienta czekającego w kolejce. Można w pewnym sensie mówić o niezawodności jako o bezawaryjności systemu organizacji przedsiębiorstwa, mającej na celu osiągnięcie ustanowionych celów kontraktowych poprzez analizę terminów realizacji wykonywanych zadań. W TPM chodzi przede wszystkim o minimalizację strat z tytułu zawodności. Chcąc wykorzystać podejście TPM w usługach, trzeba dokładnie sprecyzować analogie i różnice pomiędzy zagadnieniami niezawodności w przemyśle przetwórczym i usługach. Podstawowa różnica to ta, że w przypadku awarii maszyny stratę ponosi producent, a w przypadku niedostępności usługi klient. Maszyna przerabia materiał czekający w kolejce, a usługa obsługuje klienta czekającego w kolejce Zarządzanie Jakością 1/2010 (19) 139
Przedstawioną analizę oparto na danych rzeczywistych, badano realizowane projekty w Stoczni Gdynia SA na jednym z wydziałów, do oceny wybrano samochodowiec z serii 8168/5, którego kadłub składał się z 224 zadań. Odchylenie pomiędzy planowanym terminem rozpoczęcia i zakończenia stanowi podstawę dalszych wizualizacji. Celem przeprowadzonych badań była wizualizacja i wizualizacja niekorzystnych trendów mogących pojawić się podczas nieterminowej realizacji zadań oraz problemami alokacji zasobów ludzkich i maszynowych, jak również problemów z cash flow przy założeniu, że firma otrzymuje płatności za rzeczywiście wykonane zadania. Poruszany temat należy do oceny i analizy wskaźników krytycznych przedsiębiorstwa takich jak wydajność i produktywność pracy (OLE) oraz zasobów maszynowych (OEE). Wskaźniki te mają również bezpośrednie odzwierciedlenie w wyniku finansowym przedsiębiorstwa rachunku zysków i strat (rys. 1-6). Programy statystyczne dają jeszcze więcej możliwości, gdyż możemy wybierać typ rozkładu Wizualizacje są doskonałym narzędziem analizy. Na wykresach można porównywać projekty i procesy siostrzane (podobne) oraz następujące bezpośrednio przed kontrolowanym procesem lub po nim. Analizując bezpośrednią produkcję, można ocenić, jak zmiany technologiczne, konstrukcyjne i organizacyjne bezpośrednio przekładają się na realizacje. statystycznego, jak również dodatkowe wizualizacje. Podsumowanie Wizualizacje są doskonałym narzędziem analizy. Na wykresach można porównywać projekty i procesy siostrzane (podobne) oraz następujące bezpośrednio przed kontrolowanym procesem lub po nim. Analizując bezpośrednią produkcję, można ocenić, jak zmiany technologiczne, konstrukcyjne i organizacyjne bezpośrednio przekładają się na realizacje. Jeśli na tego typu wykresach nałożono by LSL i USL (limity specyfikacji klienta) lub LCL i UCL (limity kontroli procesu), mielibyśmy sygnalizacje opóźnień lub wyprzedzeń projektu. Metody statystyczne w produkcji wydają się niezbędne, ponieważ produkty stają się coraz bardziej 140 Zarządzanie Jakością 1/2010 (19)
Rys. 1. Odchylenie terminów realizacji zadań na wykresie niezawodności. Widać, że zaplanowane 224 zadania są realizowane z różnym skutkiem, dochodzi do nawet 20- dniowych opóźnień części z nich. Rys. 2. Histogram niezawodności terminów realizacji zadań produkcyjnych. Rozkład normalny nałożony na histogram pokazuje tendencje do kończenia zadań z opóźnieniem. Rys. 3. Odchylenie czasu (wyprzedzenie/opóźnienie) realizacji zadań w odniesieniu do planu. Dane przeskalowano o +50 dni, ponieważ część zadań zrealizowano również przed planowanym terminem. Rys. 4. Wykres prawdopodobieństwa odchylenia terminów realizacji zadań. Rys. 5. Analiza przeżycia, im krócej zadania żyją po planowanym terminie realizacji tym lepiej. Rys. 6. Wykres obrysu strefy terminowości zadań. Poprzez zawężanie obrysu coraz bardziej koncentrujemy się na celu osiągnięcia planowanych terminów realizacji (zakontraktowanych). Zarządzanie Jakością 1/2010 (19) 141
skomplikowane, jest ich coraz więcej i procesy produkcyjne trwają czasami bardzo długo. Bibliografia 1. Kaszkowiak A., Analiza historii zdarzeń w zastosowaniu do konstrukcji tablic trwania życia, AE Poznań. 2. Góralczyk A., Niezawodność bez mitów i złudzeń, CEO, kwiecień 2004. 3. Merchers R.E., Structural Reliability Analysis and Predictions, 2nd Ed., Wiley 1999. 4. Thoft-Christensen P., Baker M.J., Structural Reliability Theory and its Applications, Springer-Verlag, 1986. 5. Augusti G., Baratta A., Casciatti F., Probabilistic Method in Structural Engineering, Chapman and Hall, 1984. 6. Madsen H.O., Krenk S., Lind N.C., Methods of Structural Safety, Prentice Hall, 1986. 7. Doliński K., First-order second moment approximation in reliability of structural systems: critical review and alternative approach, Structural Safety 1983, nr 1, s. 211-231. 8. Doliński K., Importance sampling techniques in reliability calculations, Prace IPPT PAN, nr 37, 1988. 9. Doliński K., Stochastyczny model wzrostu szczeliny zmęczeniowej, Prace IPPT PAN, nr 43, 1992. 10. Putresza J., Optymalizacja konstrukcji z uwzględnieniem jej niezawodności, praca doktorska, IPPT PAN, 1992. 11. Stocki R., Kleiber M., Siemaszko A., Interactive stability-oriented reliability-based design optimization, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 1999, nr 168, s. 243-253. 12. Stocki R., Kleiber M., Siemaszko A., Interactive methodology for reliability-based structural design and optimization, Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences 1999, nr 6, s. 39-62. 13. Stocki R., Optymalizacja niezawodnościowa konstrukcji prętowych w zakresie dużych przemieszczeń, teoria i program komputerowy, praca doktorska, IPPT PAN, 1999. 14. Knabel J., Analiza niezawodności konstrukcji sprężysto-plastycznych przy użyciu powierzchni odpowiedzi, praca doktorska, IPPT PAN, 2004. 142 Zarządzanie Jakością 1/2010 (19)