6.3 Aplikace metody DOE v procesu lakování
6.3.2 Výběr a nastavení úrovní definovaných faktorů
Po definování všech moţných potenciálních příčin a jejich váhového ohodnocení v Ishikawově diagramu se řešitelský tým opět sešel z důvodu nadefinování si hlavních faktorů, na které se v rámci plánovaného experimentu budeme zaměřovat. Dle výsledků bodového hodnocení většina členů týmu kladla důraz na proces lakování a tím i jako na potenciální místo vzniku příčiny daného problému, a to rychle se vybíjející baterie v klíčku pro osobní automobily.
50
Po schůzce s týmem expertů vývojové a výrobní lokace byly stanoveny hlavní faktory a jejich úrovně nastavení, které můţeme vidět v následující tabulce č. 4.
Tab. 4: Definované faktory procesu lakování a jejich úrovně
Faktor Úroveň +1 Úroveň -1
Počet aplikovaných kapek laku 2 kapky 1 kapka
Čas otevření lakovacího ventilu 0,025 sekund 0,015 sekund Lakované plochy Pin č. 14, 15 a 16 procesoru +
kondenzátor C102
Všechny piny procesoru + kondenzátor C102
Faktorový plán, podle kterého budeme provádět experiment, bude úplný faktorový plán. Vstupními proměnnými budou 3 faktory na dvou definovaných úrovních, viz tabulka č. 4. Pouţijeme dvouúrovňové kódování a počet potřebných pokusů je dán vztahem (5):
n = 2k = 23 = 8 (5)
Tabulka č. 4 tedy definuje úrovně faktorů, jak je budeme nastavovat při jednotlivých zkouškách, v našem případě jich bude 8. Faktorový plán zkoušek navrhneme v programu MINITAB. Jednotlivé pokusy budeme provádět dle sestaveného faktorového plánu uvedeného v tabulce č. 5. Pro dosaţení nejobjektivnějších výsledků budeme v programu MINITAB počítat se znáhodnění daných pokusů.
Tab. 5: Faktorový plán
51 6.3.3 Definování klíčových výstupů z DOE
Dalším velmi důleţitým krokem při DOE je vědět, jaké výstupní faktory budeme pozorovat a jak je budeme měřit. Tyto výstupní faktory, myšleno jejich hodnoty, postupně zaznamenáváme do připravené tabulky sestaveného faktorového plánu, konkrétně do pravého slupce pro odezvu, viz tabulka č. 6.
Tab. 6: Faktorový plán automobily je nejstěţejnějším měřeným výstupem z DOE klidový proud baterie. U klíčků, které nabízejí právě funkci pasivního, bezklíčového startování automobilu, se tento klidový proud musí stále nacházet v daných limitech. U této pasivní funkce klíčku se jedná v podstatě o to, ţe klíč je neustále jakýmsi způsobem „aktivní“ a nepřetrţitě je z baterie pro jeho funkci odebírána kapacita.
Klidový proud (Quiscent Current) se při výrobě klíčku měří na jednom z testovacích zařízení, zvaném Pre-Test. Dle stanovené testovací specifikace pro toto zařízení se musí klidový proud baterie nacházet v limitech 4,3 – 5,1 µA. Tyto limity klidového proudu jsou stanoveny vývojovým týmem a právě tato hodnota má zásadní vliv na délku ţivotnosti baterie v klíči. Čím vyšší klidový proud je naměřen, tím je větší odběr kapacity z baterie a tím se zkracuje doba její ţivotnosti, kapacity. Klidový proud se vyčítá z určitých pinů (zapájených vývodů) procesoru, který zároveň komunikuje s baterií.
52 6.3.4 Provedení vlastního experimentu
Dle tabulky č. 4, kde jsme si nadefinovali 3 hlavní faktory a jejich úrovně, jsme na procesu lakování provedli dané pokusy dle naplánovaného experimentu. Vzhledem k tomu, ţe v jednom lakovaném panelu se nachází 25 DPS, zároveň jsme zajistili opakovatelnost pokusu při daném nastavení úrovní faktoru.
Výsledky naměřeného klidového proudu byly rovnou vyčteny z Pre-Testu při testování kusů a data byla přenesena do připraveného plánu experimentu v programu MINITAB.
6.3.4.1 Zjištění efektů faktorů
Jednotlivé efekty stanovíme např. tak, ţe pro vybraný faktor sečteme nebo odečteme odezvy na základě jejich znaménkových úrovní tohoto faktoru a součet vydělíme číslem n/2, kde n je počet pokusů.
Pro všechny výpočty jsem pouţila program MINITAB, kdy v následující části diplomové práce popíšu jeho jednotlivé početní i grafické výstupy.
AC C Počet aplikov aný ch kapek F aktory
Paretův diagram efektů (Alfa = 0,05)
Obr. 30: Paretův diagram efektů
53
Na obrázku č. 30 je Paretův graf, který ukazuje statistickou významnost členů v modelu. Kaţdý člen, jehoţ účinek je vyšší neţ červená linka, má p-hodnotu < α (ve většině případů α=0,05) a měl by být v modelu ponechán. [24]
Z Paretova grafu na obrázku č. 30 vidíme, ţe ani jeden z faktorů nepřesáhl červenou linku, tudíţ všechny členy se jeví jako statisticky nevýznamné.
3 C Počet aplikov aný ch kapek F aktory
Obr. 31: Normálně-pravděpodobnostní graf efektů
Na dalším obrázku, konkrétně na obrázku č. 31 je uveden normálně-pravděpodobností graf efektů. Přímka v grafu představuje distribuční funkci normálního rozdělení, která v tomto případě má lineární charakter. Všechny faktory, které se nacházejí výrazně mimo tuto křivku se povaţují za významné. V našem případě si můţeme všimnout, ţe všechny faktory přímku těsně obklopují a zároveň nejsou programem MINITAB vyhodnoceny jako významné (červený čtvereček v grafu). Protoţe však nepřekročily p-hodnotu, musíme na této hladině významnosti zamítnout hypotézu, ţe jde o významné faktory. [24]
54
Tab. 7: Numerické vyhodnocení výstupu z MINITABU
V tabulce č. 7 vidíme numerické vyhodnocení výstupu z programu MINITAB.
Sloupec Effect (účinek) ukazuje velikost změny odezvy při přechodu mezi krajními hodnotami nastavení příslušného faktoru. Sloupec označen jako P (P-Value / P-hodnota) značí statisticky významné členy v modelu. Vliv mají ty faktory, jejich P hodnota je menší neţ zvolená hladina významnosti. Podle číslic ve sloupci P vidíme, ţe všechny faktory a interakce jsou větší neţ zvolená hladina významnosti α=0,05. Všechny faktory a jejich interakce tudíţ můţeme povaţovat za nevýznamné. Písmenem S je značena variabilita
Obr. 32: Graf normální pravděpodobnosti
55
Jedním z klíčových předpokladů pro statistickou analýzu dat pocházejících z experimentů prováděných v reálných průmyslových podmínkách je to, ţe data pocházejí z normálního rozdělení. Zda tomu tak ve skutečnosti je, nebo není, můţeme rozhodnout podle grafických výstupů z MINITABU. Konkrétně na obrázku č. 32 vidíme graf normální pravděpodobnosti. Hodnoty v grafu (červené tečky) reprezentují naměřené výstupy odezvy, v našem případě klidový proud. Tyto hodnoty těsně obklopují modrou křivku reprezentující normální rozdělení. Z grafu tedy můţeme učinit závěr, ţe data pocházejí z normálního rozdělení.
Obr. 33: Diagram hlavních efektů (pro limity 4,3 – 5,1 µA)
Pro přehlednost si ještě můţeme ukázat diagram hlavních efektů, který nám také můţe pomoci rozhodnout o významných faktorech. Tento diagram ukazuje průměrnou změnu odezvy při přechodu faktoru z dolní úrovně na horní. Rozdíl mezi horní a dolní průměrnou hodnotou odezvy nazýváme hlavním účinkem. [24]
Na obrázku č. 33 je uveden diagram hlavních efektů pro reálná měřená data klidového proudu v µA. Pokud při vyhodnocení dat zvolíme známé limity pro tento výstupu, tj. 4,3 – 5,1 µA, výsledný graf je zobrazen na tomto obrázku č. 33. Z něj můţeme vyčíst, ţe průměrná změna odezvy při přechodech u všech faktorů z dolní na horní úroveň je minimální.
56
Na dalším obrázku č. 34 je uveden tentýţ diagram s tím rozdílem, ţe v něm nejsou zaneseny poţadované limity. Z těchto jednotlivých diagramů uţ lze vyčíst, jak se mění jednotlivé průměrné změny odezvy při přechodech mezi úrovněmi.
Z diagramu vyplývá, ţe při času otevření ventilu 0,025 sekund, při lakování všech pinů procesoru a kondenzátoru C102 se průměrný výsledný klidový proud sniţuje. Naopak při přechodu z aplikace 1 kapky laku na 2 se naměřený klidový proud zvýšil. Zváţíme-li ovšem, v jakých hodnotách měřítka na ose Y se pohybujeme, výsledný přechod je zanedbatelný.
Obr. 34: Diagram hlavních efektů (bez limitů)
Dalším grafem, který nás můţe zajímat je diagram interakcí. Ten nám můţe pomoci odhalit důleţité interakce mezi faktory podobně jako Paterův diagram či normálně-pravděpodobnostní graf. Diagram interakcí ukazuje vliv jednoho faktoru, kdy druhý faktor je zafixován buď na dolní, nebo na horní úrovni. Je-li přírůstek odezvy při přechodu z dolní do horní úrovně faktoru konstantní, pak interakce není významná. Tento diagram nám pomáhá sledovat současné působení více faktorů. Jsou-li úsečky rovnoběţné, interakce neexistuje nebo je nevýznamná. Čím větší úhel úsečky svírají, tím větší interakce existuje. Jinými slovy, interakce existuje, pokud změna jednoho faktoru vyvolá značnou změnu efektu jiného faktoru. [24]
57
Na obrázku č. 35 je zobrazen diagram interakcí pro všechny námi sledované faktory. Pracujeme-li s grafy, kdy uvádíme limity 4,3µA aţ 5,1µA pro výstup (odezvu) klidového proudu, opět se jeví všechny interakce mezi jednotlivými faktory jako nevýznamné, jelikoţ přírůstek odezvy při přechodech z dolní na horní úroveň se jeví v tomto případě jako konstantní.
Obr. 35: Diagram interakcí (pro limity 4,3 – 5,1 µA)
Nepracujeme-li s limity pro měřený klidový proud, znatelnější interakce můţeme vidět na obrázku č. 36.
58
Obr. 36: Diagram interakcí (bez limitů)
Kdy silná interakce se jeví mezi faktorem času otevření ventilu a lakovanými plochami. Střední interakce je mezi lakovanými plochami a počtem aplikovaných kapek.
Naopak ţádnou interakci můţeme v grafu vyčíst mezi časem otevření ventilu a počtem aplikovaných kapek. Ovšem vzhledem k pouţitému měřítku na osách v grafech a výsledků z předchozích testů opět přicházíme k závěru, ţe ţádné z interakcí mezi jednotlivými faktory nemají vliv na výsledný klidový proud.
59
7 DOSAŢENÉ VÝSLEDKY A ZÁVĚREČNÉ ZHODNOCENÍ
Při postupném prověřování jednotlivých vlivů na délku ţivotnosti baterie pasivního klíčku pro osobní automobily bylo definováno několik potenciálních kořenových příčin, jeţ mají vliv na rychlé vybíjení baterie. V rámci týmových metod byl definován proces lakování a jeho parametry jako klíčový pro toto nestandardní rychlé vybíjení kapacity baterie.
Aby se potvrdila, nebo vyvrátila hypotéza, ţe právě lakování a jeho nastavené parametry jsou skutečnou kořenovou příčinou, byla aplikována na tento proces metoda plánovaného experimentu. Tým z vývojového a výrobního závodu společnosti Continental se shodl na vybraných vstupních faktorech, jejich úrovních a sledovaných klíčových výstupech pro realizaci DOE. Při postupném vyhodnocování numerických, tak i grafických výstupu DOE z programu MINITAB se došlo k závěru, ţe měřený klidový proud se nachází v poţadovaných limitech 4,3 aţ 5,1 µA. Z celkového pohledu na měřená data bylo znatelné, ţe většina hodnot se nacházela právě ve středu tolerance. Pokud by při nastavení daných faktorů na dolní, nebo horní úrovni byla odezva značně centrována k horní toleranci, znamenalo by to vyšší hodnoty naměřeného klidového proudu klíčku a tím i rychlejší vybíjení jeho baterie.
Aplikací plánovaného experimentu v procesu lakování se tedy vyvrátil fakt, ţe tato pouţitá technologie má vliv na rychlejší vybíjení baterie v klíčku. Ovšem tímto nebyl strany vývojového týmu a daný pin byl na DPS elektricky uzemněn. Po implementování tohoto opatření se problém dále nevyskytoval.
Jako doporučení z výstupu aplikovaného experimentu i tak šlo zhodnotit aktuálně nastavené parametry procesu lakování. Pro dosaţení nejniţšího klidového proudu byly parametry lakování nastaveny na 0,025 sekund otevření lakovacího ventilu, byly lakovány všechny piny procesoru s kondenzátor C102 a aplikována jedna kapka laku.
Po zavedení opatření, konkrétně po elektrickém uzemnění pinu procesoru, se další stíţnosti od zákazníků na daný problém neobjevily. Kořenová příčina byla tedy detekována a odstraněna.
60 ZÁVĚR
Cílem této diplomové práce byla aplikace plánovaného experimentu na procesu lakování komponentů na deskách plošných spojů ve společnosti Continental Automotive Czech Republic s.r.o.
V první části diplomové práce byla popsána teoretická část řešené problematiky, konkrétně teorie plánování experimentu, jeho historie, postup při aplikaci a další. Obecně byla představena technologie osazování desek plošných spojů jak drátovými, tak i SMD komponenty a vysvětlen proces lakování.
V druhé části byla představena společnost, ve které se plánovaný experiment realizoval. Aplikace, analýza a zároveň návrhy na zlepšení v rámci diplomové práce byly provedeny na výrobku, konkrétně klíčku pro osobní automobily s pasivní funkcí startování.
Tento výrobek se při zavedení technologie lakování SMD komponentů potýkal se stíţnostmi zákazníků na rychle se vybíjející baterii v klíčku. Po zhodnocení výstupů z aplikované metody DOE bylo prokázáno, ţe jednotlivé nastavené úrovně faktorů procesu lakování a zároveň samotný proces lakování nemá vliv na zvýšení klidového proudu a tím zároveň i na rychlé vybíjení baterie v klíčku. Detailnější informace k dosaţeným výsledkům jsou uvedeny v kapitole 6.
Aţ opětovným pátráním pomocí týmových metod řešení problémů se došlo ke kořenové příčině, a to k neuzemněnému pinu procesoru. Tento neuzemněný pin zapříčiňoval zvýšené hodnoty klidového proudu a tím i zvýšený odběr kapacity baterie v klíčku. Po zavedení opatření a nastavení parametrů lakování na doporučených optimálních hodnotách se nadále ţádné stíţnosti zákazníků na podobný problém jiţ nevyskytly.
61
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A DALŠÍCH ZDROJŮ
1 ČSN ISO 3534-3:2001. Statistika - Slovník a značky - Část 3: Navrhování experimentů. Praha: ČNI, 2001
2 TOŠENOVSKÝ, Josef a Darja NOSKIEVIČOVÁ: Statistické metody pro zlepšování jakosti. 1. vyd. Ostrava: Montanex, 2000. ISBN 80-7225-040-X
[3] STEPHENSON, W. Robert. Steps for constructing a Normal Probability Plot. In:
Iowa State University [online], (2.3.2016, 18:32 hod.). Dostupné z:
http://www.public.iastate.edu/~wrstephe/stat496/normplot.pdf
[4] MONTGOMERY, Douglas C.: Design and analysis of experiments. 7th edition, Hoboken, NJ: Wiley, 2008, ISBN 978-470-0169-919
[5] ANTONY, Jiju. Design of experiments for engineers and scientists. Oxford:
Butterworth-Heinemann, 2003, 152 s., ISBN 0-7506-4709-4
[6] BLECHARZ, Pavel. Základy metody DOE: (Taguchiho přístup). Vyd. 1. Ostrava:
Repronis, 2005. ISBN 80-732-9106-1
[7] Process Improvement. In: National institute of standards and technology:
Engineering statistic handbook [online], (7.3.2016, 10:25 hod.) Dostupné z:
www.itl.nist.gov/div898/handbook/toolaids/pff/5-pri.pdf
[8] MONTGOMERY, Douglas C.: Statistical Quality Control. 5th edition, Hoboken, NJ: Wiley, 2005, ISBN 978-750-8400
[9] MOEN, Ronald D.; NOLAN, Tomas W. ; PROVOST, Lloyd P. Improved Quality Trough Planned Experimentation. United States : McGraw-Hill Companies, 1991. ISBN 0-07-042673-2
62
[10] FISCHER, Ronald, A.: Statistical Methods for Research Workers, Cosmo Publications, 1925 ISBN 0-05-002170-2
[11] COX, David, Roxbee: The Theory of the Design of Experiments (Monographs on Statistics and Applied Probability 86). 1st Ed. New York: Chapman, 2000, ISBN 15-848-8195-X.
[12] BOX, George E. P. & Daniel R. MEYER: An Analysis for Unreplicated Fractional Factorials. Technometrics. Rochester, N.Y., etc.: American Society for Quality Control, 1986, ISSN 0040-1706
[13] DOHNAL, Gejza: Základy navrhování průmyslových experimentů: DOE. In:
[online]. [cit. 2016-02-17]. Dostupné z:
https://gejza.nipax.cz/_media/planovani_experimentu:ppe_1.pdf
[14] MICHÁLEK, Jiří: Navrhování a vyhodnocování experimentů (DOE), Centrum pro rozvoj a výzkum pokročilých řídících a senzorických technologií, CZ.1.07/2.3.00/09.0031
[15] ČSN EN ISO 9000:2006: Systémy managementu kvality – Základní principy a slovník. Praha: Český Normalizační Institut, 2006
[16] ANDERSEN, B., FAGERHAUG, T.: Analýza kořenových příčin, zjednodušené nástroje a metody, ASQ Quality Press, Česká společnost pro jakost, Praha 2011, ISBN 978-80-02-02356-2
[17] NENADÁL, Jaroslav, Darja NOSKIEVIČOVÁ, Růţena PETŘÍKOVÁ a Jiří PLURA: Jak zvýšit výkonnost organizací: (prostřednictvím vybraných měření).
Ostrava: Dům techniky Ostrava, 2005. ISBN 80-02-01709-9
[18] TIMOTHY, Cory, THOMAS Slater: Brainstorming, Techniques for New Ideas.
iUniverse, Inc, 2003. ISBN 0-595-29831-1
63
[19] RODERICK, A. Munro: Six Sigma for the Office, Pocket guide. ASQ Quality Press, 2003. ISBN 0-87389-564-9
[20] PLURA, Jiří. Plánování a neustálé zlepšování jakosti. Vyd. 1. Praha: Computer Press, 2001, 244 s. ISBN 80-722-6543-1
[21] http://www.conti-online.com/www/transport_cz_cz/misc/company/history-cz.htmlv (5.3.2016, 12:25 hod.)
[22] KHANDPUR, R. S. Printed Circuit Boards: design, fabrication, and assembly. First reprint. New Delhi: Tata McGraw-Hill, 2008, 691 s. ISBN 13:978-0-07-058814-1
[23] http://www.dps-az.cz/vyroba/id:4739/selektivni - lakovani - osazenych – desek – plosnych – spoju (10.3.2016, 12:25 hod.)
[24] MINITAB 17 – příručka uţivatele (1. vydání), SC&C PARTNER spol. s r.o. 2015