Metoda HAZOP - Teoretická východiska řešené problematiky

1. Teoretická východiska řešené problematiky

1.8 Metoda HAZOP

Metoda HAZOP (hazard and operability – nebezpečí a provozuschopnost) je považována taky za jednu z nejrozšířenějších analýz kritických situací z důvodu reakce na dvě závažné havárie v ropném průmyslu (ropná skvrna na Aljašce v roce 1989 a v Mexiku v 2010).

Dokonce i ti, kteří nejsou obeznámení s procesem analýzy rizik, mohou znát termín HAZOP.

Tento termín lze definovat jako uplatnění systematického zkoumání kritických procesních a inženýrských plánu. Aplikace může být, jak pro nové plány zařízení, tak i pro stávající zařízení.

Tato technika vyhodnocuje potenciální nebezpečí vyplývající z odchylek v konstrukčních specifikacích a následků, kterým čelí operace nebo organizace. Analýza zahrnuje použití souboru doprovodných slov a vývoj scénářů určených k identifikaci nebezpečí nebo provozního problému. Jedná se o velmi podobnou metodu, jako je již dříve popisována metoda FMEA.

Metoda HAZOP se používá zejména v chemickém průmyslu, kdežto FMEA je univerzálnější metodou a použitelnější v širším odvětví [23].

24 1.9 Nejnovější poznatky v oblasti FMEA

Vzhledem k tomu, jak už bylo řečeno v předešlých kapitolách ohledně FMEA, že je široce používaným nástrojem v mnoha průmyslových odvětvích, tak trpí jedním zásadním nedostatkem. Jedná se o hodnotící metodu, která je založena na omezeném počtu kritérii. Tímto vznikají pochybnosti od mnoha autorů, že vyhodnocení RPN čísla je do značné míry nepoužitelné a zpochybněné. K tomu, aby se eliminovalo zpochybnění vyhodnocení RPN bylo navrženo několik alternativních metod jako jsou:

• Fuzzy Fmea

- Jedná se o redukci vysoké míry subjektivity.

• Vicekriteriální FMEA

- Využití matematických modelů

• Cost FMEA

- Zohledňuje náklady na odstranění analyzovaných vad

Co se týče Fuzzy FMEA, je jedním z přístupu řešení daného problému s RPN. Jedná se o aplikace Fuzzy logiky, ve které se využívá hodnocení logických nápadů mírou určité pravdivosti. Při použití této logiky můžeme využít místo hodnocení kritérii (význam, výskyt, odhalitenost) pomocí stupnice číslic 1–10, slovní hodnocení. Díky slovnímu hodnocení je možné snížit míru nejistoty jednotlivých osob řešitelského týmu při stanovení úrovně jednotlivých vah kritérií. Bohužel každá metoda a alternativa má své výhody a nevýhody. Zde praktičnost fuzzy logiky je diskutabilní, jelikož aplikace fuzzy je poměrně složitá a časově náročnější činnost oproti běžnému stupnicovému hodnocení [24, 25]

Díky složitosti a časové náročnosti aplikace fuzzy logiky se využívá vícekriteriální rozhodovací metoda. Mezi základní metody vícekriteriálního rozhodování patří Analytic Hierarchy Process, Analytic Network Process. Pomocí těchto metod lze posoudit význam poruchových stavů pomocí párového srovnávání. Ve spojení s metodou FMEA je možné takto omezit nedostatky, které se týkají malého počtu používaných kritérií jako je význam, výskyt a odhalitelnost. Změna kritérií používaných dle specifických příruček na kritéria, která budou specifická pro určitou oblast např. ze tří na počet, který bude potřebný pro přesnější určení RPN. Díky tomu se zvýší specifičnost a přesnost FMEA. Jako další výhoda změny hodnotících kritérií je, že bude možné určit přesně ta kritéria, která budou potřebná pro danou oblast. Tímto se může dosáhnout přesnějšího vyhodnocení RPN.

V dnešní době se i při aplikaci metody FMEA opomíjí zahrnout náklady spojené s možností výskytu definovaných vad a s jejich návrhem opatření apod. Náklady na při realizaci preventivních a jiných opatření může být jedno z hlavních kritérií při výběru určitého návrhu.

K tomu slouží právě Cost FMEA, která je užitečná pro porovnávání a výběr takového návrhu, který může snížit i celkové náklady na realizaci opatření. Hlavní přínosem je tedy zohlednění výdajových položek spojený s výskytem specifických vad a nákladů na jejích odstranění [26].

26 2. Vstřikování termoplastů

V dnešní době je technologie vstřikování jedna z nejdůležitějších a nejrozšířenějších technologií, která se používá pro zpracovaní plastů a kompozitů, pro výrobu plastových dílů pro velmi rozsáhlou oblast ve výrobním průmyslu, jak pro spotřební průmysl, tak i zbrojní průmysl. Rozsah využití této technologie je velmi široký, a to přes automobilový průmysl, letecký, vojenský, potravinářský a také medicínský průmysl [16].

2.1 Historie

Počátek technologie vstřikování plastů a jeho historie je spojována se jménem John Wesley Hyatt, který spolu s bratrem v roce 1870 v USA patentoval materiál, ze kterého později vznikl celuloid, včetně zařízení pro jeho výrobu neboli vstřikování. V roce 1921 dva technici vyvíjejí v Německu jako první na světě pístový ruční vertikální vstřikovací stroj. V roce 1930 firma Ford Motor Co. začíná montovat do svých osobních automobilů plastové komponenty.

Později v roku 1951 vznikl první vstřikovací stroj se šnekovou plastikací, jak známe v dnešní době. V roce 1968 se objevují první vstřikovací stroje s plně elektronickým řízením. V 70.

letech se se do řízení vstřikovacích strojů zavádí regulace se zpětnou vazbou. Následně v 80.

letech se začaly využívat 3D matematické modelování. Taky se začaly zavádět systém řízení kontroly procesu vstřikování a bylo zavedeno SPC (Statistic Process Control) [16].

2.2 Současnost

Od samé historie urazila technologie vstřikování termoplastů, včetně výrobních strojů a zařízení dlouhou cestu přes masový rozvoj hlavně v druhé polovině 20. století až po současnost.

Díky velkým a širokým možnostem aplikace termoplastů, primárně v automobilovém průmyslu, elektronickém a dalších průmyslových odvětví, je tato technologie i nadále velmi perspektivní a čím dál víc využívaná v praxi.

Kromě vývoje vstřikovacích směsí a základních technologií vstřikování existují další používané modifikace vstřikovacího procesu a to:

• vícekomponentní vstřikování,

• vstřikování dutých a tlustostěnných dílů s využitím tlaku inertního plynu nebo vody,

• vstřiky se stěnami malých tlouštěk,

• technologie vstřikování strukturně lehčených plastů,

• dekorativní vstřikování a jeho modifikace,

• kaskádové vstřikování

• vstřikování s regulací plnění dutiny formy v reálném čase [16]

Prakticky všechny úpravy technologie vstřikování plastů vycházejí ze znalostí a poznatků klasického vstřikování. To znamená, že je vždy nutné připravit z příslušného, případně předem již upraveného např. vysušeného, smíchaného granulátu v co nejhomogennější taveninu, kterou pomocí působení vstřikovacího tlaku a vstřikovací rychlosti dopravíme co nejefektněji do předem temperované tvarové dutiny formy. V tvarové dutině působením dotlakové fáze vstřikovacího procesu se snažíme eliminovat tepelnou objemovou roztažnost tak, aby výstřik po chlazení a odebrání z formy měl požadované tvary a rozměry, včetně dalších kvalitativních požadavků a parametrů [16].

2.3 Polymery

Polymery jsou chemické látky, které vznikají spojováním monomerů neboli jsou tvořeny makromolekulami. Při spojování mnoha monomerů vzniká polymer s dalšími vlastnostmi v porovnání s původním monomerem. Základní rozdělení polymerů můžeme vidět na obrázku 5 [16].

Obrázek 7 Základní rozděleni polymerů [17]

28 Plasty:

Skupina pod známým názvem plasty se označuje také jako určitá skupina polymerů. Za běžných podmínek jsou tvrdé a také křehké. Pokud dojde ke zvýšení teploty, stávají se plastickými a tvarovatelnými. Právě díky těmto vlastnostem jsou plasty velmi významné. Podle teploty zahřívání je následně dělíme na termoplasty a reaktoplasty.

Elastomery:

Jedná se o vysoce pružný materiál s nízkou tuhostí, který můžeme za normálních podmínek, pomocí využití malé síly, značně deformovat bez porušení. Jedná se o vratnou deformaci. Jedním z typických představitelů eleastomerů jsou kaučuky, ze kterých se vulkanizací vyrábí pryže.

Termoplasty:

Jsou to materiály, které při zahřívání měknou a lze je následně tvářet. Do struktury taveniny přechází zahřátím na teplotu tání a zpětným ochlazením pod teplotu tání přechází opět do původního tuhého stavu. Během zahřívání neprobíhá chemická reakce ani nedochází ke změně chemické struktury, ale pouze se mění fyzikální charakter. Typickými představiteli jsou polyethylen, polypropylen, polystyren, polyvinylchlorid známý jako PVC, polykarbonát apod.

Reaktoplasty:

Jedná se o materiály, které jsou tavitelné a tvarovatelné jen určitou chvíli po zahřátí. Po následném zahřívání dochází už k chemické změně, u které se původní molekuly sesíťují a od této reakce se stávají netavitelné a nerozpustné. Tento proces se nazývá vytvrzování, jedná se o nevratný proces a vytvrzený materiál nelze znovu tvarovat. Produkty z reaktoplastů mají vysokou chemickou a tepelnou odolnost a také vykazují vysoké hodnoty tvrdosti a tuhostí.

Aplikace termoplastů a reaktoplastů můžeme vidět na obrázku 6.

Obrázek 8 Ukázka aplikace termoplastů (a) a reaktoplastů (b) [17]

29 Termoplastické elastomery:

Tyto materiály mají velmi podobné vlastnosti pryžím. Struktura je tvořena tvrdými a měkkými částicemi. Do kategorie měkkých se zařadí elastomery a tvrdé termoplasty.

Zvyšováním teploty přechází do tekutého stavu a mohou se dál zpracovávat jako termoplasty na rozdíl od pryže. Hlavní rozdíl mezi termoplastickými elastomery a pryžemi je dán rozdílem ve vlastnostech uzlů sítě, které jsou u pryží chemického charakteru, kdežto u termoplastických elastomerů je charakter fyzikální a vytváří je obvykle určitý počet nemísitelných termoplastických částic rozptýlených ve spojité elastomerní fázi. Výhoda termoplastických elastomerů oproti pryži spočívá v jejich opětovném zpracování, a možnost výroby na běžných vstřikovacích strojích, kdežto pryž je mnohem elastičtější. Příklad aplikace pryže a termoplastických elastomerů můžeme vidět na obrázku 7 [17].

2.4 Vstřikovací stroje

Stroje, které jsou určeny pro vstřikování plastu (obrázek 8) se skládají z těchto základních části:

• vstřikovací jednotka

• uzavírací jednotka

• energetické zdroje vstřikovacích strojů

• řízení a regulace

V dnešní době je možné vybavit různým příslušenstvím každý stroj tak, aby plnil požadavky kladené na výrobu daného produktu a také funkci částečného nebo plně automatizovaného pracoviště. K automatizaci slouží roboti, manipulátory, temperační zařízení, dávkovače s mísicím zařízením, sušičky granulátu a směsi, dopravníky apod. [18].

Obrázek 9 Ukázka aplikace pryží (a) a termoplastických elastomerů (b) [17]

2.5 Základní předpoklady pro vstřikování plastových dílů s požadovanou kvalitou

Kvalita výstřiku z termoplastu je specifikována jejich stavem, ve kterém se nachází po vyjmutí z formy a odpočinku minimálně 16 hodin a maximálně 48 hodin, nejideálnější odpočinková doba je 24 hodin v ideálním prostření.

Kvalita výstřiku a jeho stav je charakterizován:

• úrovní a rozložením makromolekul. Z hlediska technologických parametrů má na kvalitu výstřiku významný vliv teplota taveniny a vstřikovací rychlost, včetně dotlakové a ochlazovací fáze.

• velikostí a rozležení vnitřního pnutí, kde nejvýznamnější části tvoří tepelné pnutí, které je ovlivňované teplotou taveniny a formy.

• kvalitou vstřikovaného materiálu (druh granulátu a jeho kvalita, složení atd.)

• připraveností vstřikovacího stroje

• použití podpůrných zařízení (sušení, doprava a poměr dávkování materiálu, manipulace s výstřikem a jeho doprava, temperace formy atd.)

• konstrukcí a výrobou vstřikovací formy

• technologickými parametry v celém výrobním procesu.

Obrázek 10 Základní schéma vstřikovacího stroje [18]

Hlavní postavení a důležitou roli ve vztahu ke kvalitě má konstrukce výstřiku a z ní vyplývající konstrukce vstřikovací formy. Jestliže konstrukce výstřiků je vadná neboli chybná, tj., že neodpovídá požadavkům a zásadám technologičnosti konstrukce výstřiků z termoplastů nebo je špatná konstrukce formy. Sebekvalitnější vstřikovací materiál nebo nastavení technologických parametrů vstřikovacího stroje danou závadu způsobující výrobu nekvalitních výstřiků těžko odstraní, pokud bude špatná konstrukce vstřikovací formy.

Pokud chceme vyhodnocovat vlivy působící na kvalitu výstřiků z termoplastů je důležité vzít v úvahu, jak bylo již uvedeno výše, všechny aspekty a skupiny působících vlivů, a to zejména:

• tvar výstřiku (tloušťky stěn a jejích rovnoměrnost, tvarová složitost, tvar hrany a jejích zaoblení, způsoby plnění apod.)

• konstrukce formy za předpokladu její požadované tuhosti a dokonalého odvzdušnění v kritických místech,

• temperační systém určující teplotu stěny tvarové dutiny ve formě, vtoková soustava, zde záleží, jestli máme studený rozvod taveniny nebo horký, dále typ vtokové soustavy, jeho umístění na výstřiku, počet vtokových ústí, vyhazovací systémy, úprava povrchu tvarové formy

• nastavení technologických parametrů vstřikování dle příslušného vstřikovacího materiálu, tvar výstřiku a konstrukce formy za předpokladu zajištění reprodukovatelnosti optimalizovaných technologických parametrů ve všech fázích vstřikovacího procesu [16].

2.6 Výrobní fáze procesu vstřikování

Vstřikování je nepřetržitý výrobní proces, tudíž se jedná o cyklickou výrobu a z toho důvodu je nutné, aby byla zajištěna stabilita výrobního procesu, během zajištění dalších optimalizovaných procesních parametrů. To znamená, že je nutné zajistit, aby každý následující výrobní vstřikovací cyklus měl stejný průběh jako vstřikovací cyklus předchozí [16].

Vstřikovací cyklus se dělí na několik fází, které ovlivňují kvalitu a stav výstřiku:

• Uzavření formy: jedná se o první fází vstřikovacího cyklu, která by z hlediska kvalitativního měla být co nejrychlejší a nejplynulejší tak, aby nedocházelo ke

zbytečnému poškození vstřikovací formy. Během vstřikovací fáze musí být forma uzavřena a držena předepsanou silou, aby během výrobního procesu nedošlo i úniku nebo vylití taveniny do prostoru dělící roviny forem [19].

• Plastifikační fáze: pro optimální naplnění tvarové dutiny formy je zapotřebí zajistit požadovanou teplotu a ideální homogenitu taveniny před vstupem do šneku. K tomu je zapotřebí správné nastavení teplot na jednotlivých topných částech plastifikačního válce. Dále správné nastavení odporu na šneku a otáčky šneku. Nehomogenita taveniny se objeví negativně na kvalitě povrchu výstřiku, kde můžou vzniknout tokové čáry, lesk, studené spoje, rozložení orientace, vnitřní pnutí a mnoho dalších vad. Teplota taveniny má největší a také rozhodující vliv na orientaci makromolekul ve finálním výstřiku.

Pokud teplota výstřiku roste, stupeň orientace se snižuje a z pohledu vlastností se stává více nezávislý na směru neboli izotropní. Taky ve směru toku taveniny klesají určité mechanické vlastnosti jako je pevnost v tahu a tvárnost, ale naopak dochází zase ke zvyšování pevnosti studených spojů a snižuje se vnitřní pnutí [16].

• Vstřikovací fáze: jedná se o proces naplnění tvarové dutiny formy již připravenou homogenní taveninou tak, aby byla rychlost proudu taveniny v každém místě průřezu tokové dráhy konstantní neboli stejná. Pokud se jedná o tvarově jednoduché výstřiky se stejnou tloušťkou stěny je možné daný předpoklad pravděpodobně dodržet. Pokud máme tvarově členité výstřiky s rozdílnou tloušťkou stěny může se jednat už o problematické řízení vstřikovací fáze.

U vstřikovací fáze je také důležitým parametrem rychlost vstřikování. Jedná se o dobu plnění tvarové dutiny formy již připravenou taveninou. Rychlost má vliv na povrchové vady výstřiku, tokové čáry, vrásnění, stopy po studených spojích apod. Z tohoto důvodu je velice důležité, aby teplota taveniny a rychlost vstřikování byly optimalizovaný tak, aby na povrchu výstřiku (výrobku) nevznikaly vady a také smyková napětí.

Poslední části ve vstřikovací fázi je přepnutí ze vstřikovacího tlaku na dotlak.

Tato změna musí být provedena tak, aby nebyla ovlivněna plynulost tlakové odezvy na plnící fázi v dutině formy. To znamená, že po přepnutí nesmí na tlakové křivce být propad tlaku ani nesmí dojít k jeho zvýšení. Tlaková křivka musí plynule stoupat do maximálních hodnot a po jeho dosažení opět plynule klesat a přejít na dotlakovou fázi.

Díky tomu, že máme plynulé přepnutí ze vstřikovacího tlaku na dotlak, dochází k minimalizaci vnitřního pnutí.

Také se dá dokončit vstřikovací fází předčasným přepnutím. Zde se jedná o dokončení plnění tvarové dutiny formy, kdy objemové naplnění taveninou a dotlaková fáze jsou spojené. U takových procesech může předčasné přepnutí na dotlak v určitých případech vest ke kvalitnějšímu povrchu výstřiku. Plnění dutiny předčasným přepnutím je možné použít i v případě, že výroba výstřiku vyžaduje pomalejší vstřikování, které není možné regulovat pomocí vstřikovací rychlostí [16].

• Dotlaková fáze: fáze dotlaku je charakterizovaná hodnotou tlakové odezvy v dutině formy. V době jeho působení se musí volit tak, aby bylo dosaženo předepsaných a požadovaných parametrů jako je tvar, rozměr a hmotnost výrobku. Dotlaková fáze se zejména využívá ke korekci smrštění, ke kterému dochází během ochlazení výstřiku, tudíž rozměrů, potažmo deformaci a eliminaci bublin a trhlin. Úplné naplnění formy a dotlakovou fázi lze kontrolovat pomocí tzv. polštáře. Jedná se o částečné množství taveniny, která zůstane před čelem šneku po ukončení dotlakové fáze. Jestli že, je poměr polštáře cyklus od cyklu v předepsaných tolerančních mezích stejný, můžeme říct, že vstřikovací proces je v plném rozsahu reprodukovatelný [16].

• Ochlazovací fáze: tato poslední váze vstřikovacího procesu probíhá již od samého začátku planění dutiny formy taveninou neboli po celém objemovém naplnění dutiny až do vyhození (odebrání) výstřiku z formy. V rámci požadavků na kvalitu výstřiku jsou, jako hlavní kontrolní parametry ochlazovací fáze teplota formy a doba ochlazování.

Minimální doba ochlazování musí zajistit takovou požadovanou tuhost výstřiku, aby bylo možné vyhodit výstřik z formy bez toho, aby nedošlo k jakékoliv deformací nebo vzniku vady způsobené vyhazovacím systémem.

Je velmi důležité brát v úvahu i optimalizaci doby ochlazování, která má velký vliv na ekonomii výroby výstřiku. Pokud chceme zajistit splnění požadavku a nejvyšší kvalitu výrobku (rovnoměrná struktura výstřiků, minimalizace vnitřního pnutí, vzhled apod.) během ochlazovací fáze, měla by být co nejdelší. Pokud řešíme ekonomické hledisko, jedná se o co nejkratší dobu ochlazování. Proto je důležité volit kompromis vycházející z daných požadavků odběratelů určitého výrobku [16].

3. Analýza stavu plánování kvality a aplikace metody FMEA u výrobce automobilové světelné techniky

V druhé části diplomové práce bude popsána společnost Hella Autotechnik Nova, s.r.o., která sídlí v Mohelnici, dále bude popsán stávající stav plánování kvality a využití metody FMEA ve společnosti a následně bude provedena aplikace metody FMEA na proces vstřikování krycích skel světlometů.

3.1 Charakteristika společnosti Hella

Společnost Hella Autotechnik Nova s r.o. se sídlem v Mohelnici je součástí nadnárodního koncernu Hella s hlavním sídlem v Lippstadtu v Německu. Historie koncernu Hella se datuje od roku 1899. Obrat 6,4 mld. eur posouvá společnost Hella mezi 40 největších dodavatelů dílů pro automobilový průmysl a patří do první stovky největších průmyslových podniků v Německu. Po celém světě společnost Hella zaměstnává kolem 34 000 zaměstnanců, z toho více než 6 000 pracuje ve výzkumu a vývoji.

Mezi hlavní a nejvýznamnější zákazníky společnosti Hella patří Volkswagen group do které patří Škoda Auto, Volkswagen, Audi, Seat, Porsche a také i nákladní automobily MAN.

Skupina Volskwagen se na celkovém odběru produktů společnosti Hella podílí přibližně ze dvou třetin. Dalšími zákazníky mimo Volkswagen group jsou automobilky BMW, Mercedes – Benz, Ford, Jaguar – Land Rover, Volvo, Opel, Scania a další.

Hlavní aktivity koncernu Hella se dělí do třech různých segmentů, které společně tvoří vyvážené výrobní portfolio celého podniku. Co se týče automobilového segmentu, zde společnost Hella sdružuje vývoj, výrobu a odbyt součástí a systému osvětlovací techniky a elektroniky pro výrobce automobilů. Zde se společnost také orientuje na globální trendy v automobilovém průmyslu, které se týkají životního prostředí, bezpečnosti a pohodlí, jež spojuje s danými produkty, jako jsou inteligentní bateriové senzory, radarové asistenční systému, adaptivní světelné systémy a mnoho dalších.

V druhém neboli sekundárním segmentu společnost Hella vyvíjí, vyrábí a distribuuje produkty pro nezávislý trh součástek a také pro automobilové servisy a opravny.

Ve třetím segmentu neboli segment speciálních aplikací společnost Hella nabízí své inovativní světelné výrobky cílovým skupinám jako jsou výrobci strojů a lodí, dodavatelům

In document Aplikace metody FMEA na proces vstřikování krycích skel světlometu (Stránka 34-0)