Princip výroby hliníkových kol 4.2
5 PRAKTICKÁ APLIKACE METODIKY SIX SIGMA
Tato kapitola se zabývá praktickou aplikací metodiky Six Sigma na proces výroby hliníkových kol. Konkrétně se jedná o proces odlévání. Zadání projektu vyplynulo z potřeb podniku. Jednotlivé podkapitoly jsou rozděleny do fází zlepšovacího cyklu DMAIC.
Doplněna je i fáze předdefinování popisující zvolený projekt a jeho cíle.
Pro realizaci projektu byl sestaven tým, který se skládal z 8 členů. Do týmu byli vybráni pracovníci působící na různých pozicích a s různou úrovní certifikace Six Sigma.
Tým se skládal z následujících členů:
hlavní koordinátor projektu – Master Black Belt,
vedoucí projektu – Black Belt,
procesní technolog – Green Belt,
autorka diplomové práce,
technolog lití,
procesní inženýr,
mistr nástrojárny,
technik nástrojárny.
Fáze předdefinování (Pre-define – PD) 5.1
V této fázi jde především o ujasnění a nadefinování cílů pro zadaný projekt.
Vhodné téma zlepšovacího projektu bylo vybráno OpEx manažerem ve spolupráci s vedením organizace, vycházející z interní analýzy příležitostí pro zlepšení.
Pro řešení zadaného projektu byla vybrána metodika Six Sigma a bude aplikována na kole vyráběném pro automobilovou společnost KIA, jakožto zákazníka s největšími plánovanými odběry kol. Design zvoleného typu kola je k vidění na obrázku 18.
Obr. 18 Model kola pro společnost KIA [12]
28
Cílem řešení projektu je dosažení co nejnižší hmotnosti kola pro celou dobu životnosti formy při zachování správných rozměrů kola. Nejnižší hmotností kola se rozumí taková hmotnost, při které nebude konečnému zákazníkovi dodáváno kolo s nadbytečným hliníkem.
Stanovení klíčového kritéria kvality:
redukce nárůstu hmotnosti odlitku přesahující 1 % celkové hmotnosti kola,
udržitelnost nárůstu hmotnosti do 1 % celkové hmotnosti kola po dobu minimálně 15 000 odlitých kol.
Dílčím cílem bude vyhodnocení vlivu opotřebení formy na hmotnost kola a nalezení správného poměru mezi hmotností kola a opotřebením formy. Pro potřeby práce se bude uvažovat pouze spotřeba primárního hliníku, nebudeme se zabývat možností opětovného přetavení špon po obrobení kola.
Ekonomický efekt tohoto problému je významný. Pouze u tohoto typu kola se ztráta plynoucí z daného problému pohybuje v řádech statisíců korun ročně. Výpočet ekonomického dopadu byl proveden na základě úspory primárního materiálu při daném objemu vyrobených kol. Výsledek výpočtu se může měnit na základě proměnlivosti ceny hliníku na burze.
Výstupní listinou pro tuto fázi projektu je tzv. Project Charter (viz obrázek 19), kde lze vyčíst klíčové informace o zahájení a ukončení projektu, průběhu projektu, jeho cílů a složení projektového týmu.
29 POPIS PROBLÉMU
Z důvodu opotřebení formy odlévaného kola zůstává na kole dodávaném konečnému zákazníkovi více primárního hliníku, než je zakalkulováno v ceně kola.
PROJEKTOVÝ TÝM
Zaměstnanci úseku slévárna, nástrojárna
Firemní konzultant: Jiří Mannsbart
Diplomantka: Kateřina Flodrová
DATUM ZAHÁJENÍ 15. 10. 2016
DATUM UKONČENÍ 21. 4. 2017
CÍL PROJEKTU
Redukce hmotnosti odlévaného kola s ohledem na opotřebení licí formy.
Dosažení co nejnižší hmotnosti kola pro celou dobu životnosti formy při zachování správných rozměrů kola.
Nalezení správného poměru mezi hmotností kola a opotřebením formy.
Vyhodnocení vlivu opotřebení formy na hmotnost kola.
Vyhodnocení ekonomických aspektů navrhnutých řešení.
Obr. 19 Project charter [vlastní zpracování]
PROJECT CHARTER
Fáze definování (Define – D) 5.2
Ve fázi definování projektu je nutné si projekt naplánovat, uspořádat si myšlenky a definovat co o daném problému již víme a analyzovat současný stav, který popisuje systém vážení kol, výměn forem, charakteristiku forem a další. Klíčovým nástrojem pro tuto fázi projektu byla myšlenková mapa.
Myšlenková mapa 5.2.1
Využití této metody vedlo k postupnému získávání informací souvisejících s řešeným problémem a jejich následnému utřídění a pochopení vztahů mezi nimi. Tato metoda představovala výchozí bod pro řešení projektu; po celý čas byla aktualizována a doplňována o informace zjištěné pomocí metod v dalších fázích projektu. V myšlenkové mapě jsou uvedeny jednotlivé faktory, které mohou mít přímý či nepřímý vliv na míru
30
opotřebení formy. Dále jsou v ní uvedeny informace mapující současný průběh vážení kol a způsobu získávání informací ohledně hmotnosti jednotlivých odlitých kol. Na závěr byla myšlenková mapa doplněna o teze, na jejichž základě byla provedena některá opatření pro zlepšení. Myšlenková mapa je součástí technické zprávy. [1]
Analýza současného stavu 5.2.2
V této kapitole jsou popsány licí formy pro kola dodávaná společnosti KIA včetně systému výměny forem. Dále je popsán současný systém vážení kol a v závěrečné části kapitoly je k vidění design daného kola včetně jeho teoretické hmotnosti na základě 3D modelu.
Licí formy
Licí forma se skládá ze tří hlavních částí: horní části, spodní části a čelistí. Pro představitele kola společnosti KIA existuje 10 forem, které se mírně odlišují typem vložek a tloušťkou. Jejich přehled je uveden v tabulce 3.
Tab. 3 Přehled jednotlivých typů forem [vlastní zpracování]
Spodní část formy Horní část formy
31 Obr. 20 Licí forma [12]
Struktura licí formy, na kterou jsou dobře viditelné všechny její části, je k vidění na obrázku 20.
Systém výměny forem
Výměny jednotlivých částí forem probíhají v předem naplánovaných termínech.
Informace týkající se přehledu výměn jednotlivých částí forem a záznamy o aktuálních počtech odlitých kol jsou uvedeny v technické zprávě (viz tabulka 2). [1]
Systém vážení kol
Popis systému vážení kol a přehled dat získaných z prvního vzorkování jednotlivých forem je součástí technické zprávy (viz tabulka 3). [1]
3D model
Na základě výpočtu 3D modelem byla stanovena teoretická hmotnost kola pro společnost KIA na 21, 038 kg. Jde o hmotnost před odstraněním vtoku.
32 Design kola je k vidění na obrázku 21.
Obr. 21 Design kola KIA [12]
Fáze měření (Measure – M) 5.3
Fáze měření je fází klíčovou. Slouží k potvrzení problému. Jejím cílem je zabezpečení a sběr všech potřebných dat z procesu. Jako první byl vytvořen plán sběru dat a pro další účely této fáze projektu byly vybrány následující nástroje a metody:
procesní mapa,
Ishikawův diagram.
Sběr dat 5.3.1
Sběr dat probíhal v období od 5. 11. 2016 do 13. 1. 2017. Jak již bylo zmíněno dříve, kola pro společnost KIA se odlévají v deseti různých formách a cílem měření bylo zajistit dostatečný počet dat pro všechny formy, pokud to bylo možné. Některé z forem jsou však v současné době mimo provoz z důvodu jejich nepoužitelnosti. Počet forem v oběhu je určen na základě aktuální poptávky. Obvykle jsou v provozu 2-3 různé formy týdně. Vážilo se 2 až 7 kol 2krát za směnu dle aktuálního plánu výroby. Naměřené hodnoty se zaznamenávaly do předem připravených formulářů. Konečný objem naměřených dat je však z určitých, neočekávaných důvodů menší, než se předpokládalo.
Procesní mapa 5.3.2
Procesní mapa sloužila jako nástroj pro zmapování výrobního procesu. Mapování bylo prováděno na provoze slévárny za asistence technologa. Nejprve byly nadefinovány kroky v rámci procesu od navážení materiálu až po kontrolu kol rentgenem. Pro každý procesní krok se určily výstupy a vstupy. Jednotlivé procesní vstupy byly na závěr
33
oklasifikovány dle toho, zda jsou řiditelné, rušivé, kritické nebo se jedná o standardní pracovní postup. Pro účely projektu byla procesní mapa vytvořena v omezeném rozsahu.
Není zachycen celý výrobní proces, ale pouze část od navážení vstupního materiálu po kontrolu kol rentgenem.
Procesní mapa je k vidění v technické zprávě (viz příloha 2). [1]
Ishikawův diagram 5.3.3
Výchozí metodikou pro realizaci Ishikawova diagramu byl brainstorming. Schůzky se účastnili jednotliví zástupci ze slévárny, nástrojárny, OpEx manažer a autorka diplomové práce. Zástupci byli vybráni tak, aby bylo možné na problém pohlížet z různých perspektiv (slévárna/nástrojárna). Do hlavičky diagramu byl vepsán hlavní efekt, který je výsledkem působení uvedených příčin. Veškeré možné příčiny související s problémem opotřebení formy, v jehož důsledku dochází k nárůstu hmotnosti kol, byly zařazovány do šesti kategorií nazvaných dle charakteru projektu. Ishikawův diagram je k vidění v technické zprávě (viz Příloha 1). [1]
Po zaznamenání možných příčin následovala jejich ohodnocení. Způsob hodnocení vlivu jednotlivých příčin byl následující:
každý člen týmu měl k dispozici celkem 6 bodů,
stupnice míry hodnocení vlivu byla zvolena v rozmezí 1-3 body (čím vyšší hodnota, tím větší má daná příčina vliv).
body se přiřazovaly k příčinám uvedeným v diagramu ve 3 kolech (v prvním kole se přiřazovaly 3 body, ve druhém kole 2 body a v posledním kole 1 bod).
Hodnocení jednotlivých členů včetně určení životně důležité menšiny prostřednictvím Paretova diagramu je součástí technické zprávy. [1]
Fáze analýzy (Analyze – A) 5.4
Cílem analytické fáze je nalézt skutečnou příčinu řešeného problému. Data sesbíraná v předchozí fázi je potřeba analyzovat a zjistit, které faktory mají největší vliv na míru opotřebení licí formy. Součástí kapitoly je také přehled oprav a jejich přiřazení k nasbíraným datům zajištěných v rámci fáze měření.
34
V rámci analytické části byly využity následující metody:
matice příčin a následků (C&E),
FMEA.
Přehled provedených oprav na formách 5.4.1
V rámci analýzy nasbíraných dat byla zajištěna také data spojená s údržbou sledovaných forem. V technické zprávě (tabulka 4) jsou uvedeny veškeré formy oprav, které byly provedeny ve sledovaném období od 7. 11. 2016 do 13. 1. 2017. Kompletní přehled oprav viz Příloha 3. [1]
Ke každému časovému období, kdy byly jednotlivé formy používány ve výrobě, jsou přiřazeny opravy různého charakteru vždy před a po najetí formy.
Tabulka 4 obsahuje následující údaje:
číslo formy,
údaj o tom, zda šlo o opravu horní nebo spodní části,
datum od kdy do kdy forma byla používána,
označení druhu oprav,
datum provedení oprav.
Jak je z tabulky patrné, zásahy na formách jsou rozdílné u horní a spodní části.
Jako první byla data podrobena analýze trendu, viz technická zpráva. [1]
Matice příčin a následků
35
znamená, že změny vstupní proměnné mohou významně ovlivnit výstupní proměnnou a naopak.
Hodnocení míry vlivu jednotlivých vstupů je především subjektivní. Nejprve byly veškeré vstupy ohodnoceny autorkou diplomové práce, poté bylo hodnocení zkonzultováno s odborníky, kteří mají k daným úsekům výroby nejblíže. Výsledné hodnoty míry vlivu se na závěr vynásobily s prioritami (stupnicí důležitosti pro zákazníka) a provedl se součet za všechny vstupy. Výsledky jsou zobrazeny v tabulce 6 v technické zprávě ve sloupci „Celkem“.
Kompletní verze matice příčin a následků je k vidění v Příloze 4 v technické zprávě. [1]
Vyhodnocení matice příčin a následků
Maximální celkový počet bodů, kterého bylo možno dosáhnout, je 130. Takto bylo ohodnoceno celkem 11 procesních vstupů, které mají na základě těchto výsledků nejvýznamnější vliv na hmotnost kola. Jejich výčet je uveden v technické zprávě. [1]
Závěrem k této metodě lze konstatovat, že jsme došli k obdobným výsledkům, jako u analýzy pomocí Ishikawova diagramu. Na rozdíl od výsledků získaných v Ishikawově diagramu, které jsou přesnější, výsledky této metody jsou spíše obecného charakteru, a to z důvodu hodnocení vlivu pouze z pohledu procesních vstupů.
Tuto metodu je vhodné dále doplnit Paretovým digramem k oddělení kritických faktorů pro tento projekt od těch zbývajících. Diagram je k vidění na obrázku 7 v technické zprávě. [1]
FMEA 5.4.3
Pro účely řešeného projektu byla provedena FMEA procesu. Rozsah této analýzy byl dán charakterem projektu. Analyzovaným procesem v tomto případě byl úsek od navezení vstupního materiálu po konec procesu odlévání.
Realizace probíhala v předem stanovených termínech od 20. 2. 2017 do 8. 3. 2017 za účasti odborníků zodpovědných za specifické části výrobního procesu. Tým byl sestaven ze stejných členů jako v předchozích případech.
Struktura analýzy FMEA
Analýza vzniku možných vad a selhání procesu obsahuje informace o:
procesu a procesních vstupech (vycházejících z procesní mapy),
36
způsobech možného selhání procesu,
možných účincích selhání,
možných příčinách selhání procesu,
běžných kontrolách procesu,
doporučených činnostech.
Pro hodnocení kvalitativních ukazatelů jako je váha, výskyt a detekce byla zvolena stupnice 1, 4, 7 a 10, stejně jako u analýzy příčin a následků. Hodnoty byly přidělovány na základě konzultace s jednotlivými odborníky za svěřenou část procesu. Po vzájemném vynásobení těchto tří ukazatelů bylo vypočteno RPN číslo.
Procesní FMEA včetně vyhodnocení je zobrazena v technické zprávě v Příloze 5. [1] Výsledky této analýzy jsou opět obdobné jako výsledky získané z přechozích analýz, pouze více specifické. Na jejich základě byly vybrány 4 hlavní faktory, které jsou dále rozbírány v následující kapitole věnující se návrhům na zlepšení.
Fáze zlepšení (Improve – I) 5.5
Tato fáze projektu měla zlepšovací charakter. Výsledky všech provedených analýz v různých fázích projektu umožnily analyzovat nejvýznamnější faktory, které mají vliv na opotřebení licích forem a s tím spojený nárůst hmotnosti odlévaného kola. Ve své podstatě lze říci, že všechny analýzy ukazovaly na stejné, či podobné problémové oblasti.
Výčet čtyř hlavních problémů, které byly na základě analýz vybrány, jsou vypsány v tabulce 7 v technické zprávě. [1] Pro každý problém byl následně vytvořen akční plán pro realizaci nápravných opatření.
Vzorkování nové spodní části formy 5.5.1
Dne 28. 03. 2017 proběhla výměna spodní části formy číslo 3 za novou. V rámci výměny proběhlo vzorkování kol, které zajistilo další objem dat k porovnání.
Hmotnosti byly zaznamenávány do předem připraveného formuláře. Další poznatky související s naměřenými daty jsou k vidění v technické zprávě. [1]
37 Úprava teploty kovu
5.5.2
Dle výsledků analýz má vysoká teplota kovu vliv na opotřebení a celkovou životnost formy. Teplotu hliníku není možné jen tak snížit, i malý rozdíl v teplotě by dle technologů měl vliv na kvalitu odlitků, musely by se proto kompletně upravit parametry kola. Jedině takovým způsobem lze zabezpečit kvalitní odlitky při nižší teplotě. Tento návrh je prozatím ve fázi projednávání a čeká na případné schválení.
Úprava termínů pro výměny forem 5.5.3
Vzhledem k tomu, že spodní část formy se opotřebovává ze všech částí nejrychleji, bylo potřeba na základě výsledků použitých analýz stanovit nový interval pro výměnu a spočítat výsledný ekonomický dopad této úpravy založený na úspoře primárního materiálu.
Kalkulace je k vidění v technické zprávě (viz kapitola 4.3). [1]
Zkouška nového typu abrasiva 5.5.4
V souvislosti s prováděnými opravami na formách, které mohou taktéž přispívat k úbytku materiálu na formě, se plánuje zkouška jiného typu abrasiva. Je nutné odzkoušet různé druhy a vybrat takový, který bude k formě nejšetrnější. Zkouška je naplánovaná na červenec 2017.
Úprava nástřiku formy 5.5.5
Na základě výsledků jednotlivých analýz byla provedena úprava nástřiku formy.
Popis jednotlivých změn je uveden v technické zprávě v kapitole 4.5. [1]
Komunikace změn 5.6
Důležitou součástí této fáze projektu byla komunikace naplánovaných změn.
Podrobnost jednotlivých informací se odlišovala dle organizační struktury. Vlastníkovi procesu byly sděleny především úspory plynoucí z upraveného procesu a obecné informace o jeho změnách. Pracovníkům nástrojárny byly poskytnuty detailní informace o změněných procesních aktivitách.
38