Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství
Katedra managementu kvality
Aplikace metody FMEA na proces vstřikování krycích skel světlometu
DIPLOMOVÁ PRÁCE
2018 Bc. Jiří Trčka
Poděkování
Na tomto místě bych chtěl poděkovat panu prof. Ing. Jiřímu Plurovi, CSc. za cenné připomínky a rady, konzultace a odborné vedení během zpracování této diplomové práce.
Dále bych chtěl poděkovat paní Lence Smékalové za odborné rady, potřebné materiály pro vyhotovení diplomové práce a také ochotu a čas, který mi poskytla při zpracování praktické části diplomové práce.
V neposlední řadě bych chtěl poděkovat firmě Hella Autotechnik Nova, s.r.o., se sídlem v Mohelnici za to, že mi dovolila zpracovat diplomovou práci v jejích firmě.
Abstrakt
Téma diplomové práce je „Aplikace metody FMEA na proces vstřikování krycích skel světlometu“. V teoretické části diplomové práce jsou nejprve popsány základní pojmy managementu kvality, následně základní teoretická východiska plánování kvality a jeho významu, popis metody FMEA procesu a základní informace o polymerech a procesu vstřikování.
Praktická část je zaměřena na aplikaci metody FMEA na již probíhající proces vstřikování krycích skel světlometu. Metoda FMEA je aplikována na tří základní části výrobního procesu. Výsledkem metody FMEA byla identifikace možných vad, následků a jejích příčin s návrhem vhodných opatření pro TOP 5 možných vad ke snížení rizikového čísla s následným zlepšením výrobního procesu.
Klíčová slova: FMEA, RPN, návrh opatření, krycí sklo světlometu
Abstract
This diploma thesis deals with application of the FMEA to the process of injection moulding of the headlamp covers. In the theoretical part of the thesis are described elementary information about quality management, then theoretical basis of quality planning and its importance, description of FMEA process and basic information about polymers and the injection process.
The practical part is focused on the application of FMEA methodology to the ongoing process of moulding the headlamp covers. FMEA method is applied on three basic parts of production process. The result of the FMEA method was the identification of possible defects, consequences and its causes with suggestion of appropriate measures for the TOP 5 possible defects to reduce the risk number with subsequent improvement of the production process.
Keywords: FMEA, RPN, precaustion suggestion, headlamp covers
Seznam použitých zkratek
ČSN Česká technická norma
EN Evropská norma
ISO International Organization for Standardization – Mezinárodní organizace pro normalizaci
PDCA Plan, Do, Check, Act – Planuj, Vykonej, Zkontroluj, Reaguj,
QFD Quality function deployment
VDA Verband der Automobilindustrie – Sdružení automobilového průmyslu AIAG Automotive Industry Action Group – skupina automobilového průmyslu FMEA Failure Mode and Effect Analysis (Analýza možných vad a jejích následků) FMECA Failure Mode and Effect Cryticality Analysis (Analýza možných vad a jejích
kritických následků)
RPN Risk Priority Number – rizikové číslo
HAZOP Hazard And Operability – nebezpečí a provozuschopnost
PVC Polyvinylchlorid
PC Polycarbonát
THP Technickohospodářský pracovník
PPAP Production Part Approval Process – Proces schvalování dílů do sériové výroby BIG 002 List nastavení parametrů vstřikovacího stroje
QPA Quality process assurance – Zajištění kvality procesů
Obsah
ÚVOD ... 1
1. Teoretická východiska řešené problematiky ... 2
1.1 Základní pojmy ... 2
1.2 Pojem kvality ... 4
1.3 Význam neustálého zlepšování kvality ... 4
1.3.1 Demingův cyklus PDCA ... 5
1.4 Plánování kvality ... 6
1.5 Význam plánování kvality ... 7
1.6 Metody plánování kvality ... 8
1.7 FMEA ... 9
1.7.1 Tým FMEA ... 10
1.7.1.1 Členství v týmu FMEA ... 11
1.7.1.2 Vedoucí týmu FMEA ... 11
1.7.2 Přístupy k metodě FMEA ... 11
1.7.2.1 Metoda FMEA dle VDA 4 ... 12
1.7.2.2 Metoda FMEA dle ČSN EN 60 812 ... 14
1.7.2.3 Metoda FMEA dle QS-9000 ... 16
1.7.3 Základní aplikace metody FMEA ... 17
1.7.4 FMEA procesu ... 17
1.7.5 Základní kroky tvorby FMEA procesu ... 17
1.8 Metoda HAZOP ... 23
1.9 Nejnovější poznatky v oblasti FMEA ... 24
2. Vstřikování termoplastů ... 26
2.1 Historie ... 26
2.2 Současnost ... 26
2.3 Polymery ... 27
2.4 Vstřikovací stroje ... 29
2.5 Základní předpoklady pro vstřikování plastových dílů s požadovanou kvalitou ... 30
2.6 Výrobní fáze procesu vstřikování ... 31
3. Analýza stavu plánování kvality a aplikace metody FMEA u výrobce automobilové světelné techniky ... 34
3.1 Charakteristika společnosti Hella ... 34
3.1.1 Hella v České republice ... 35
3.1.2 Historie společnosti Hella v České republice ... 35
3.1.3 Politika a management kvality ve společnosti Hella ... 36
3.1.4 Produkty společnosti Hella ... 37
3.2 Současný stav plánování kvality a aplikace metody FMEA ve společnosti ... 38
3.2.1 Školící systém metody FMEA ve společnosti ... 39
3.2.2 Softwarová podpora metody FMEA ve společnosti ... 40
4. Aplikace metody FMEA na proces vstřikování krycích skel světlometu ... 41
4.1 Sestavení týmu FMEA ... 42
4.2 Informace o výrobním procesu ... 43
4.3 Identifikace možných vad ... 48
4.4 Analýza možných následků vad ... 49
4.5 Analýza příčin možných vad ... 51
4.5.1 Proces sušení ... 51
4.5.2 Proces vstřikování ... 52
4.5.3 Podpůrné procesy ... 53
4.6 Analýza stávajících preventivních opatření a způsobů detekce ... 54
4.7 Hodnocení významu (závažnosti), výskytu a detekce (odhalitelnosti) ... 55
4.8 Výpočet rizikového čísla RPN ... 59
5. Návrh opatření ke snížení rizik možných vad ... 62
5.1 Předpokládané snížení hodnoty rizikové čísla po opatření ... 63
6. Diskuze dosažených výsledků ... 65
Závěr ... 66
Seznam použité literatury ... 68
Seznam obrázků ... 71
Seznam tabulek ... 72
Seznam příloh ... 73
1 ÚVOD
V dnešní době, kdy je velká konkurence, považuje zákazník určitý standard kvality za samozřejmost a díky tomuto důvodu je v moderním managementu kvality velmi důležité plánování a neustálé zlepšování kvality výrobků a také zejména procesů a služeb. Co se týče samotného managementu kvality, tak má za úkol plnit dvě základní funkce a ty jsou:
spokojenost a loajalita zákazníků a minimalizace nákladů na splnění tohoto cíle. Proto je potřeba vytvářet takové výrobní prostředí již v předvýrobní fázi. K tomu je zapotřebí zvládnutí základních metod plánování kvality, které napomáhají správně plánovat již fází návrhu a vývoje. K těm nejvýznamnějším metodám, které podporují plánování kvality ji v ranné fází návrhu a vývoje patří metoda FMEA.
Metoda FMEA umožňuje zamezit vzniku možných vad produktů i procesů, právě již ve fázi návrhu. Pokud nedojde včasnému odhalení možných vad, mohou mít za následek vysoké finanční ztráty prostředků a času na odstranění těchto vzniklých vad. V nejhorším případě může dojít až ke ztrátě zákazníků nebo dokonce k ohrožení jejích zdraví.
V teoretické části diplomové práce je věnována pozornost základním pojmům managementu kvality, plánování kvality a jeho významu, a také základním metodám plánování kvality. Velká pozornost věnována obecné aplikaci metody FMEA procesů s různými možnostmi aplikace dle metodiky VDA 4, QS 9000 a ČSN 60 812. Pozornost je také věnována popisu procesu vstřikování s jeho výrobními fázemi a pochopení základní nauky o polymerech.
Praktická část je zaměřena v úvodu na popis společnosti, ve které je diplomová práce řešena, její historie, výrobní portfolio, politika a management kvality a také popisem současného stavu aplikace metody FMEA ve společnosti vyrábějící světelnou techniku převážně do automobilů. Následně je pozornost věnována samotné analýze a aplikaci metody FMEA na proces vstřikování krycích skel světlometu.
Cílem diplomové práce je aplikace metody FMEA na proces vstřikování krycích skel světlometů s analýzou možných vad a jejích příčin. Hlavním výsledkem je návrh příslušných opatření ke snížení rizikového čísla.
V poslední kapitole jsou vyhodnoceny a diskutovány dosažené výsledky a porovnání s předchozím stavem.
2 1. Teoretická východiska řešené problematiky
V teoretické části si stručně popíšeme a vysvětlíme základní pojmy a definice, které se týkají managementu kvality. Seznámíme se s plánováním kvality, jeho významem, dále bude popsána metodika FMEA, popíšeme si tři přístupy k aplikace metodiky FMEA a detailně FMEA procesu a na závěr si přiblížíme problematiku polymerů a procesu vstřikování plastových dílů.
1.1 Základní pojmy
Pojmy a definice vychází z aktuální verze normy ČSN EN ISO 9000:2015 [1].
Kvalita:
• Organizace zaměřená na kvalitu podporuje kulturu, z níž vycházejí způsoby chování, postoje, činnosti a procesy, které přinášejí hodnotu plněním potřeb a očekávání zákazníků a dalších relevantních zainteresovaných stran.
• Kvalita produktů a služeb organizace je určena schopností uspokojovat zákazníky a také zamýšleným a nezamýšleným dopadem na relevantní zainteresované strany.
• Kvalita produktů a služeb zahrnuje nejen jejich zamýšlenou funkci a výkonnost, ale také jejich vnímanou hodnotu a přínos pro zákazníka [1].
Definice kvality – „stupeň splnění požadavků souborem inherentních charakteristik objektu“.
Požadavek – potřeba nebo očekávání, které jsou stanoveny, obvykle se předpokládají nebo jsou závazné [1].
Inherentní charakteristika – jedná se o vnitřní vlastnost objektu (produktu, procesu, zdroje, systému), které mu existenčně patří a jsou pro něj typické. Mohou být měřitelné nebo neměřitelné [2].
Objekt – entita, položka, cokoliv vnímatelného nebo myslitelného (produkt, služba, proces, osoba, organizace, sytém, zdroj).
Zákazník – osoba nebo organizace, která by mohla přijmout nebo přijímá produkt nebo službu pro ni určenou nebo jí požadovanou.
3
Zainteresovaná strana – osoba nebo organizace, která může mít vliv na rozhodnutí nebo činnost nebo jimi může být sama ovlivněna nebo se jimi cítí být ovlivněna.
Poskytovatel – organizace, která poskytuje produkt nebo službu.
Zlepšování – činnost zaměřena na zvyšování výkonnosti.
Management – koordinované činnosti k zaměření a řízení organizace.
Management kvality – management týkající se kvality.
Neustálé zlepšování – opakující se činnost zaměřena na zvyšování výkonnosti.
Plánování kvality – část managementu kvality zaměřená na stanovení cílů kvality a specifikování nezbytných provozních procesů a souvisících zdrojů pro dosahování cílů kvality.
Prokazování kvality – část managementu kvality zaměřená na poskytování důvěry, že požadavky na kvalitu budou splněny.
Řízení kvality – část managementu kvality zaměřena na plnění požadavků na kvalitu.
Zlepšování kvality – část managementu kvality zaměřená na zvyšování schopností plnit požadavky na kvalitu.
Proces – soubor vzájemně provázaných nebo vzájemně působících činností, které využívají vstupy pro dosažení zamýšleného výsledku.
Neshoda – nesplnění požadavku.
Vada – neshoda vztahující se k zamýšlenému nebo specifikovanému použití.
Shoda – splnění požadavku.
Produkt – výstup organizace, který může být zhotoven bez jakékoli transakce probíhající mezi organizací a zákazníkem.
Způsobilost – schopnost objektu realizovat určitý výstup, který splní požadavky na tento výstup.
Ověřování – potvrzování prostřednictvím poskytnutí objektivních důkazů, že specifikované požadavky byly splněny.
Nápravné opatření – opatření k odstranění příčiny neshody a zabránění opakovanému výskytu [1].
4 1.2 Pojem kvality
Kvalitu, jako takovou můžeme chápat a definovat mnoha způsoby. Lidstvo chápe kvalitu, jako vztahující se k jedné nebo více charakteristik, které by měla daná služba nebo výrobek obsahovat. Tohle koncepční chápání je užitečným bodem, přičemž my dáváme kvalitě přesnější definici. Kvalita je a stává se jedním z nejdůležitějších faktorů při rozhodování spotřebitele při výběru mezi konkurenčními výrobky, anebo službami. Takovýto jev je velmi rozšířený bez ohledu na to, jestli je kvalita uplatněna ve výrobní (průmyslové) organizaci, prodejně, bance a dalších finančních institucích nebo i v programu vojenské obrany.
Porozumění pojmu a smyslu kvality vede k obchodním úspěchům, firemním růstům a v neposlední řadě větší konkurenceschopnosti. Z tohoto tvrzení, můžeme usoudit, že aplikace kvality a jejích metod v organizaci je velice důležitou součástí celkové obchodní strategie a získání dalších konkurenčních výhod.
Kvalita výrobků, procesů nebo služeb může být vysvětlena několika způsoby. Nejčastěji se rozlišují tyto faktory nebo oblasti při vyhodnocování kvality výrobků:
• spolehlivost,
• trvanlivost,
• vzhled,
• funkce,
• jednoduchá údržba,
• vnímaní kvality,
• shoda s požadavky a normami [6].
1.3 Význam neustálého zlepšování kvality
Neustále zlepšování kvality je dle dnešní definice chápano jako určitá část managementu kvality s cílem zvyšování schopnosti plnit požadavky na kvalitu. Z toho důvodu se jedná o zvyšování úrovně kvality v porovnání s předchozím stavem.
Neustálé zlepšování kvality se dělí hlavně na tyto tří základní oblasti:
• zvyšování možnosti neboli vhodnosti k použití,
• snižování počtu výskytu vad v dodávkách výrobků a služeb
• zvyšování efektivnosti a účinnosti všech podnikových procesů
5
Zlepšování kvality by v žádném případě nemělo být bráno za jednorázovou aktivitu, která po úspěšné implementaci plánovaných cílů končí. Tento proces zlepšování by měl pokračovat jako nikdy nekončící proces, který se nazývá Demingův cyklus PDCA [4].
1.3.1 Demingův cyklus PDCA
Základním modelem neustálého zlepšování je cyklus PDCA, ve kterém jsou uvedeny jednotlivé kroky procesu neustálého zlepšování. Cyklus PDCA (obrázek 1) má čtyři základní fáze, ve kterých by měl tento proces zlepšování kvality probíhat.
• Plan (Plánuj) vypracování plánu aktivit zlepšování
• Do (Vykonej) realizace plánovaných činností
• Check (Zkontroluj) monitorování a analýza dosažených výsledků
• Act (Reaguj) reakce na dosažené výsledky a provedení vhodných úprav
Obrázek 1 Cyklus PDCA [4]
6 1.4 Plánování kvality
Pojem plánování kvality, který již v minulosti stručně charakterizoval odborník J. M.
Juran, je charakterizován jako „proces formování cílů kvality a vývoje prostředků pro splnění těchto cílů“ [3].
Plánování kvality je jedna ze součástí tří základních procesů, tzv. Juranovy trilogie:
1. Plánování kvality, 2. Řízení kvality, 3. Zlepšování kvality.
Hlavním výsledkem plánování kvality, by měl být vhodný postup, abychom dosáhli daných cílů.
Oblast řízení kvality se zabývá řízením činností, které se stanoví ve fázi plánování kvality, realizací a následně se vyhodnocují a porovnávají s plánovanými cíli.
Ve fázi zlepšování kvality, se jedná o zlepšování stávajícího stavu daných výrobků, procesů apod. a jeho výsledkem by mělo výt dosažení vyšší úrovně kvality, než bylo již dříve naplánováno.
Plánování kvality je základním východiskem pro dosažení potřebné kvality výrobků a procesů, prevenci neshod a jeho využití je zejména v těchto situacích:
• během návrhu a vývoje nových výrobků a procesů,
• před změnami výrobků a procesů,
• jako odezva po odhalení nedostatků v kvalitě výrobků nebo procesů [5].
Plánovaní kvality zahrnuje velké spektrum aktivit, jejichž prostřednictvím se určují a dosahují dané cíle v oblasti kvality. Jako hlavní aktivity plánování kvality lze přiřadit:
• stanovení cílů kvality a jejich rozpracování v podniku nebo organizaci,
• plánování systému managementu kvality,
• zpracování plánů kvality (dokumenty, kde jsou specifikovány postupy a zdroje spojeny s nimi, které je zapotřebí pro specifický projekt, produkt, proces nebo smlouvu),
• plánování znaků kvality produktů a jejich ověření,
• plánování kvality procesů a jejich ověřování pomocí způsobilosti,
7
• plánování preventivních opatření s cílem minimalizace rizika vzniku neshod [4]
• plánování aktivit zlepšování kvality
• plánování sběru dat, informací, záznamů o kvalitě [9].
1.5 Význam plánování kvality
Vzhledem k současnému vývoji managementu kvality, můžeme říct, že význam plánování kvality neustále roste a jeho aktivity významně rozhodují o konkurenceschopnosti organizací. Rostoucí význam plánování kvality je spjat se dvěma hlavními trendy v oblasti managementu kvality. Jeden z nich můžeme charakterizovat jako posun od strategie detekce ke strategii prevence. Strategie detekce je zaměřena hlavně na uplatnění a optimalizaci metod následné kontroly, které by měly zajistit, aby se k zákazníkovi nedostaly neshodné produkty.
Tento cíl je velice důležitý, ale aby se k zákazníkovi nedostaly neshodné produkty, je mnohem výhodnější zajistit a zabezpečit takové podmínky, aby neshodné produkty vůbec nevznikaly.
Tím se zaobírá strategie prevence, při níž větší část problémů s kvalitou řeší mnohem dříve, než daný problém má možnost nastat, což má a bude mít i velký ekonomický efekt.
Druhá možnost nebo trend souvisí s částečně s prvním a můžeme ho charakterizovat jako posun od zabezpečování kvality „on-line“ k zabezpečování kvality „off-line“, tudíž jako posun starosti o kvalitu z etapy nebo fáze výroby do etapy návrhu a vývoje produktu a procesu [9].
Jedním z nejdůležitějších argumentů v rámci plánování kvalitu produktů a procesů je ekonomické hledisko. Celkově platí, že pokud již v ranné fázi životního cyklu produktu se podaří neshody, které vznikly nebo mohou vzniknout odhalit, tím nižší výdaje budou zapotřebí vynaložit na odstranění neshod. Mnoho studii a praktických zkušeností ukazují, že výdaje, které jsou spojené s odstranění neshod již v dané fázi návrhu mohou být až desetkrát nižší než výdaje, které jsou spojené s odstraněním neshod již během výroby, více jak stokrát nižší než výdaje na odstranění neshody zjištěné po výrobě celé dávky a výrobky jsou již přichystané k expedici a tisíckrát nižší než výdaje, které budou zapotřebí pokud se takový neshodný výrobek dostane ke koncovému zákazníkovi.
Intenzita odstraňování vzniklých neshod je doposud v předvýrobních etapách stálé malá a výrazně narůstá až ve fází výroby a užití výrobku. Tento rozdíl a časový průběh můžeme vidět na obrázku 1 [12].
8 1.6 Metody plánování kvality
Aktivity plánování kvality nelze účinně a efektivně realizovat bez použití vhodných nástrojů a metod. V oblasti plánování kvality existuje celá řada určitých metod. V požadavcích na dodavatele automobilového průmyslu je aplikace vybraných metod přímo vyžadováno.
Při plánování kvality se aplikují například tyto metody:
• Metoda QFD
• Přezkoumání návrhu
• Metoda FMEA návrhu výrobku
• Metoda FMEA procesu
• Analýza stromu poruchových stavů
• Hodnocení způsobilosti procesů, výrobních zařízení, systému měření
• Afinitní diagramy
• Diagramy vzájemných vztahů
• Stromový diagram
• Maticový diagram
• Síťový graf [5]
Obrázek 2 Časový rozdíl mezi vznikem a odstranění neshod [12]
9 1.7 FMEA
FMEA (Failure Mode and Efect Analysis) je systematickou metodou identifikace a prevence problémů buď s výrobkem nebo s procesem, ještě předtím, než se vyskytnou. FMEA se zaměřuje na prevenci vad neboli předcházení vzniku nežádoucích jevů, zvyšování bezpečnosti a také zvyšování spokojenosti zákazníka. V nejideálnějším případě je FMEA aplikována již ve fázi vývoje výrobku nebo procesu, přičemž aplikace FMEA na stávající produkt a proces může také přinést značné výhody [7].
Počátky aplikace metody FMEA začaly v leteckém průmyslu, přesněji řečeno v kosmickém výzkumu v polovině 60. let 20. století. Tehdy byla FMEA zaměřena převážně na otázky týkající se bezpečnosti. Díky tomu se také FMEA stala klíčovým nástrojem pro zlepšení bezpečnosti.
V automobilovém průmyslu byla poprvé metoda FMEA využitá pro projekt Ford Pinto.
Na počátku 80. let 20. století byla metoda FMEA zpracována do jednotné příručky a také zaznamenána do normy QS-9000. Norma QS-9000 je standardem pro americký automobilový průmysl, kdežto svazek VDA je standardem pro německý automobilový průmysl. Jedná se o normy nebo pravidla, které se zakládají na ISO 9001 s přídavnými specifickými požadavky pro automobilový průmysl. V řízení kvality je FMEA metodou, která se používá ve fází návrhu a vývoje produktu či procesu. Na rozdíl od mnoha nástrojů, které se používají ve fázi plánovaní kvality, metoda FMEA nevyžaduje složité a komplikované výpočty, přičemž stále může přinést organizaci nebo podniku veliké úspory. Avšak tato metoda vyžaduje větší množství času a lidských zdrojů, díky tomu, že je zapotřebí složit tým odborníků, který se bude aktivně zapojovat a podílet na řešení dané problematiky. Aby byla FMEA efektivní a následně aplikovatelná, nelze ji provádět jedinou osobou [8].
Mezi hlavní přínosy metody FMEA patří:
• systémový přístup k prevenci nízké kvality,
• hodnocení rizik možných vad a určit priority opatření vedoucí ke zlepšení,
• možnost optimalizace návrhu, jež se projeví ve snížení počtu změn ve fázi realizace,
• vytvářet cenné informační systémy databází o produktu nebo procesu,
• minimální náklady spojené s její aplikaci v porovnání s náklady, které by mohly vzniknout již po vyhotovení výrobku nebo realizaci procesu,
10
• metoda FMEA poskytuje důležité podklady pro zpracování lepších plánu kvality
• poskytuje informace pro tvorbu kontrolního systému
• zkrácení doby návrhu a vývoje produktu nebo procesů [9].
I když je FMEA velice rozsáhlým a používaným nástrojem skoro ve všech výrobních i nevýrobních odvětvích, tak má určitá omezení. Metoda FMEA je do určité míry kritizována za přílišné zjednodušení, protože se jedná o hodnotící metodu zaleženou na omezeném neboli na stanoveném počtu kritérii. Hodnocení rizikového čísla bylo do určité míry zpochybněno několika autory, a to z důvodu, že:
• Pří použití převodní tabulky, je obtížné přiřadit přesné vyhodnocení nehmotných veličin, jako jsou význam, pravděpodobnost výskytu a odhalitelnosti.
• Veliká míra subjektivity se vyskytuje v hodnocení.
• Metoda FMEA nebere v potaz míru poškození, kterou možná vada může na výrobku způsobit.
• Rizikové číslo RPN nebere v potaz výrobní náklady, kvality nebo jiné ekonomické aspekty.
• Výpočet rizikového čísla je diskutabilní, jelikož je náročné rozlišit důležitost jednotlivých kritérií.
• Vzájemné působení mezi příčinami vad nebo jednotlivých prvku nejsou brány v úvahu [15].
1.7.1 Tým FMEA
Vzhledem k tomu, že jedna osoba je odpovědná za koordinaci a provedení metody FMEA, tak i přesto jsou všechny projekty FMEA založeny na týmu a týmové spolupráci.
Hlavním cílem týmu FMEA je přinést různé pohledy, názory a zkušenosti s daným projektem.
Každá FMEA je jedinečná při řešení různých aspektů procesu nebo produktu. Tým FMEA se vytváří v případě potřeby při řešení specifického úkolu a rozpustí se po dokončení aplikace metody FMEA. Tudíž není možné vytvořit tým trvale, jelikož složení týmu je určeno konkrétním úkolem, řešeného problému nebo cíle. Pokud je zapotřebí provést více než jednu aplikace této metody na jeden proces nebo produkt, je dobré, aby v týmu byli zahrnutí i ti, kteří
11
se podílejí pouze na jednom nebo dvou projektech s cílem zajistit jiný pohled na možné problémy a jejich řešení.
Ideální velikost týmu FMEA je obvykle čtyři až šest členů s tím, že minimální počet členů je dán velikosti projektu, řešeného problému a také členů, kterých se projekt týká. Každá oblast, jak už výroba, konstrukce, údržba, technické služby apod. by měly být jednotlivě zastoupeny v týmu. Další člen týmu může být interní nebo externí zákazník procesu, který může přidat unikátní názor a pohled na řešený problém.
1.7.1.1 Členství v týmu FMEA
Je velice užitečné, aby členové, kteří jsou v týmu FMEA měli různou úroveň znalostí s produktem nebo výrobním procesem. Ti, kteří jsou součástí určitého výrobku nebo výrobního procesu mají cenné informace a poznatky, ale mohou lehce přehlédnout některé zřejmé možné problémy. Naopak ti, kteří nejsou úplnou součástí určitého výrobku nebo procesu neboli jsou méně obeznámeni s výrobkem a procesem, můžou přinést nestranné, objektivní poznatky do aplikace metody FMEA.
1.7.1.2 Vedoucí týmu FMEA
Vedoucí FMEA týmu by měl být jmenován nebo zvolen vedením hned potom, jakmile je tým FMEA kompletní. Hlavním úkolem vedoucího týmu FMEA je odpovědnost a koordinace procesu FMEA včetně provádění setkání a porad s ostatními členy týmu, zajištění potřebných zdrojů pro členy týmu.
Vedoucí týmu FMEA by neměl dominovat týmu a také často nemá poslední slovo o různých nápadech, opatření a dalších rozhodnutích týmu. Ve většině případu by měla být role vedoucí týmu jako moderátora než toho, kdo dělá konečné závěry a rozhodnutí. Vedoucí také nenese odpovědnost za rozhodnutí celého týmu [7].
1.7.2 Přístupy k metodě FMEA
Během poslední let proběhly aktualizace několika důležitých dokumentů, které se věnují metodě FMEA. Jako jedním z přístupu k metodě FMEA můžeme využít nejnovější vydání svazku normy VDA 4, normu ČSN EN 60 812 a také metodiku QS-9000 zpracovanou v rámci
12
toho standardu, resp. AIAG. V těchto dokumentech se nemění základní princip, aplikace a využití metody FMEA, ale přesto přinášejí nové poznatky, přístupy a další souvislosti v rámci aplikace této metody [4].
1.7.2.1 Metoda FMEA dle VDA 4
Metoda FMEA se v Německu vyskytla poprvé v roce 1980 prostřednictvím normy DIN 25 448 a byla určená jako metoda analýzy vad a jejích následků podnázvem FMEA. Následně byla tato metoda rozvinuta pro automobilový průmysl ve svazku VDA. Jako první popis této metody ve svazku VDA 4 byl vydán roku 1986 pod názvem zajištění kvality před sériovou výrobou.
Tato metoda byla dále rozvinuta jako systémová FMEA produktu (výrobku) a systémová FMEA procesu pro automobilový průmysl. Na konci 90. let 20. století byl vydán svazek VDA 4, druhý díl, s názvem Zabezpečování kvality před sériovou výrobou s podnázvem systémová FMEA, ve kterém jsou uvedeny poznatky výrobců automobilů a jejich dodavatelů ohledně provádění FMEA. Tímto dokumentem byl uveden všemi uznávaný jednotný postup FMEA.
Metodika FMEA dle VDA 4 uvádí dva přístupy. Posuzování stavu podle funkcí a podle průběhu procesu. Metodu lze využít také pro systémy a procesy, které nemají žádný technický charakter. V rámci FMEA produktu a procesů můžeme posuzovat funkci softwaru, výrobní postupy, montážní postupy, logistiku, přepravu a jiné. Co se týče FMEA produktu, která hodnotí potřebné funkce produktů a systému, tak FMEA procesu vyhodnocuje postupy, které jsou potřebné k výrobě daného produktu. VDA 4 obsahuje pouze orientační návod pro použití dané metody v podniku a podnik si ho může přizpůsobit vlastním podmínkám.
Postupuje se podle procesního neboli fázového modelu DAMUK (obrázek 2), který zahrnuje tyto dílčí procesy:
• Definice
• Analýza
• Rozhodnutí o opatření
• Realizace
• Komunikace [10]
13
Pro každý výše uvedený proces jsou v metodice podrobněji rozpracovány informace o cílech, časovém rámci, zadání, rozsahu prováděných a plánovaných činností pro jednotlivé zainteresované strany a pracovníky, doporučené pracovní prostředky a metody, ukazatele pro měření výkonnosti, určité dílčí kroky, způsob komunikace průběžných a konečných výsledků.
Co se týče prvního procesu „Definice“, kde by měly být objasněny a stanoveny cíle a rozsah plánované metody FMEA, určení odpovědné osoby, sestavení týmu, stanovení akčního plánu neboli harmonogramu, tak i zajištění potřebných zdrojů s přípravou podkladů pro další analýzy.
Proces „Analýza“ je nejnáročnější fáze a je tvořen těmito pěti kroky:
1. Analýza struktury systému 2. Analýza funkcí systému
3. Analýza vadných funkcí daného systému 4. Analýza účinnosti nápravných opatření 5. Optimalizace systému
Obrázek 3 Procesní model DAMUK [10]
14
Zkoumaný produkt nebo proces je při aplikaci metody FMEA považován za určitý systém, který se skládá z prvků, s tím, že každý prvek plní v systému specifické funkce. Jako možné vady určitých prvků systému jsou pak brány situace, kde tyto funkce nejsou plněny nebo jsou plněny, avšak nedostatečně. Během analýzy vadných funkcí jsou také identifikovány jejich možné následky a příčiny, které danou vadu způsobují. Také jsou analyzovány již používaná preventivní opatření, pomocí kterých můžeme předběžné odhalit vadné funkce a jejich příčiny.
V poslední řadě probíhá optimalizace neboli návrh vhodných opatření, které povedou ke snížení zjištěných rizik, které jsme na základě hodnocení významu, výskytu a odhalitelnosti zjistili.
Ve třetím kroku „Rozhodnutí o opatření“ by se měla opatření, které navrhnul řešitelský tým, podrobit bližší analýze a doplnit další potřebné podklady k jejich realizaci. Zjišťuje se, zdali jsou opatření proveditelná, jejich náklady na realizaci, průběh a doba realizace.
Během procesu „Realizace“ se zkoumá průběh realizace schválených opatření, kde se po jejich aplikaci provádí opakované hodnocení míry rizik vad, které se můžou objevit.
V případě, že opatření, která byla realizována nevedla k dostatečnému zmírnění rizik, je zapotřebí navrhnout a realizovat taková opatření, která budou účinnější.
V posledním dílčím procesu, který nese název „Komunikace“ by se měly výsledky dosažené pomocí metody FMEA prezentovat všem příslušným pracovníkům a vedení organizace, tak aby se získané informace staly užitečnými pro celou organizaci.
Tímto tato metodika dbá na to, že bez komunikace získaných informací a poznatků z aplikace metody FMEA v organizaci nelze tuto metodu optimálně využít, jelikož znalostí, které nejsou dostupné, se považují za neexistující.
V neposlední řadě, co se týče rozhodování a realizaci opatření, tato metodika upozorňuje na nižší vypovídací schopnost rizikového čísla. Metodika navrhuje využití mezních hodnot jednotlivých kritérii nebo matice rizik, které zohledňuje význam a výskyt vady, jako alternativu pro rozhodování o realizaci opatření [4].
1.7.2.2 Metoda FMEA dle ČSN EN 60 812
Norma ČSN EN 60 812:2007 Techniky analýzy bezporuchovosti systému – Postup analýzy způsobů a důsledků poruch (FMEA) nahradila normu ČSN IEC 812 z roku 1992.
15
Tato norma poskytuje základní informace o rozlišení dvou metod a to FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) a FMECA (Failure Mode and Effect Critical Analysis), která se označuje jako analýza, při níž se vyhodnocuje míra rizika možných vad. Ačkoliv norma uvádí řadu zásad a pravidel pro provádění analýzy FMEA, ale neposkytuje srozumitelný a jasný návod aplikace dané metodiky.
Aplikace metody FMEA je v této normě rozčleněna do čtyř etap:
1. Stanovení hlavních pravidel provádění analýzy a harmonogramu neboli akčního plánu 2. Provedení samotné analýzy FMEA
3. Zpracování výsledné zprávy z analýzy FMEA 4. Provedení aktualizace analýzy
K posouzení míry rizika možných vad norma uvádí využití dvou různých přístupů:
• Pomocí matice kritičnosti
• Pomocí rizikového číslo
Matice kritičnosti vychází z původní staré normy a můžeme ji chápat jako hodnocení míry rizika na základně významu a výskytu vad. Matici kritičnosti podle normy ČSN EN 60 812, která využívá čtyři způsoby hodnocení významu vady a pět možných způsobu pravděpodobností výskytu vady můžeme vidět na obrázku 2 [11].
Obrázek 4 Matice kritičnosti podle ČSN EN 60 812 [4]
16
U druhé varianty přístupu, kde se hodnotí pomocí rizikového čísla, tak norma prezentuje přistup a hodnotící tabulky, které se používají v automobilovém průmyslu, a to konkrétně v metodice QS 9000. Avšak norma také uvádí nedostatky u vyhodnocování rizikového čísla jako je například:
• Hodnoty u rizikového čísla nevyužívají celou stupnici, kterou mají k dispozici, a to je od 1 do 1000. Využívají pouze 120 čísel.
• Možné kombinace hodnocení kritérii mohou vést k výpočtu stejného rizikového čísla.
Z těchto vybraných důvodu, norma doporučuje, aby se při vyhodnocování spolu s hodnotou rizikového čísla posuzovaly také hodnoty dalších dílčích kritérií, a to zejména významu vady [11].
1.7.2.3 Metoda FMEA dle QS-9000
Norma QS-9000 byla specifická tím, že se jedná o americký standard pro automobilový průmysl. Byla vypracována skupinou výrobců automobilů Ford, Chrysler a General Motors tzv.
„velká trojka“. Norma byla vydána organizací AIAG (Automotive Industry Action Group).
Tato organizace odpovídá za vypracování, distribuci, aktualizaci norem a certifikační školení.
QS-9000 obsahuje jednak plné znění normy ISO 9001 plus další požadavky, které se týkají oblasti zavádění nových výrobků, procesu schvalování výrobků zákazníkem, aplikace vybraných metod, provádění způsobilosti procesů a také neustále zlepšování. Požadavkům ve standardu QS-900 musí vyhovět v určité úrovní nebo stupni každý dodavatel automobilového průmyslu.
V příručce FMEA podle standardu QS-9000 jsou podrobněji vysvětleny obecné informace o provádění metody FMEA návrhu produktu a FMEA procesu. Také je zde uveden podrobný návod k aplikaci těchto dvou metod.
Co se týče posledního vydání z roku 2008 došlo k mírným úpravám hodnotících tabulek, kde došlo ke změnám u hodnocení očekávaného výskytu vad, a také hodnocení odhalitelnosti vady. Největší změnou, kterou přináší nové vydání je přístup rozhodování o prioritách opatření ke zmírnění rizik. Zde se nedoporučuje rozhodovat pouze na základě porovnáni hodnot rizikových čísel s kritickou hodnotou. Je zapotřebí provést komplexní vyhodnocení všech ostatní kritérií jako je význam, výskyt a odhalitelnost vady. Pokud se tak
17
neučiní, může docházet ke ztrátě informace o konkrétních zjištěných hodnotách jednotlivých kritérií [4].
1.7.3 Základní aplikace metody FMEA
Metoda FMEA se aplikuje převážně ve dvou základních aplikacích:
• FMEA návrhu produktu (DFMEA – Desing FMEA) – zde se analyzují rizika možných vad u navrhovaného produktu, případně už realizovaného produktu.
• FMEA procesu (PFMEA – Process FMEA) – zde se analyzují rizika možných vad v průběhu navrhovaného procesu, případně už realizovaného procesu [9].
1.7.4 FMEA procesu
Metoda FMEA procesu se převážně provádí při návrhu a vývoje postupu výroby nových tak i inovovaných produktů nebo také při změnách technologického postupu [13].
Obvykle následuje po metodě FMEA návrhu výrobku, a využívá výsledky z její aplikace. Postup je velice obdobný jako u FMEA návrhu výrobku, s tím že, příčiny možných vad se nehledají v navrhovaném řešení výrobku, nýbrž v navrhovaném technologickém postupu. Metoda FMEA procesu se nemusí využívat pouze pro přezkoumání a validaci návrhu technologického procesu, ale je velmi vhodná také pro analýzu a přezkoumání již užívaného výrobního procesu, neboť umožňuje odhalit jeho slabá místa a díky nim zlepšit výrobní proces.
Metodu FMEA lze využít a rozšířit také v nevýrobních procesech [5].
1.7.5 Základní kroky tvorby FMEA procesu
Analýza FMEA procesu probíhá ve třech základních krocích:
1. Analýza a hodnocení současného stavu 2. Návrh opatření
3. Hodnocení stavu po realizace opatření
18 Ad 1. Analýza a hodnocení současného stavu
1. Příprava formuláře FMEA
Pokud chceme provádět aplikaci metody FMEA procesu nebo návrhu produktu, je zapotřebí mít připravený pracovní list (formulář) FMEA viz obrázek 3, do kterého by měly být zaznamenány všechny důležité informace. Některé organizace mají vlastní formát pracovního listu FMEA nebo si přizpůsobí tento formulář tak, aby vyhovoval jejich potřebám a požadavkům [7].
2. Rozdělení procesů na jednotlivé dílčí činnosti
Tým FMEA by měl identifikovat jednotlivé dílčí činnosti procesu a tyto činnosti zobrazit pomocí vývojového diagramu. Pokud organizace nemá vytvořený vývojový diagram, řešitelský tým je musí vytvořit. S daným vývojovým diagramem by se měli seznámit členové týmu, aby pochopili podstatu výrobního procesu nebo si ho aspoň připomenuli. Také by měli fyzicky projít procesem přesně tak, jak na sebe jednotlivé činnosti navazují [7].
Následně by se měly uvést požadavky pro každý analyzovaný krok procesu nebo operaci. Požadavky jsou vstupy do procesu, které jsou definovány a specifikovány pro splnění záměru návrhu produktu nebo výrobku a také dalších požadavků zákazníka. Pokud má daný krok procesu více než jeden požadavků, musí být každý z nich zařazen do příslušného
Obrázek 5 Základní formulář pro záznam výsledků analýzy FMEA procesu [12]
19
formuláře s přiřazením souvisejících možných vad s cílem, aby byly usnadněny následující kroky analýzy [14].
3. Analýza možných vad
Pokud každý člen rozumí danému výrobnímu procesu, může se začít přemýšlet o možných vadách, které by mohly ovlivnit výrobní proces nebo kvalitu výrobku. Analýza možných vad je definována jako způsob, jakým by proces mohl při plnění požadavků na proces potencionálně selhat. Při tvorbě FMEA procesu se předpokládá, že vstupující díly nebo materiál jsou shodné s požadavky. Postupně se vytváří seznam možných vad u jednotlivých operací výrobního procesu. Do výběru možných vad počítá se všemi možnými vadami, které se mohou vyskytnou [14].
Příklady možných vad:
• otřepy,
• mastnoty,
• vysoká tloušťka laku,
• nesmontováno,
• nadměrná vrstva vosku,
• nesvařeno,
Tento krok je velmi důležitý a musí být důkladný, jelikož na něho navazuje krok analýzy možných následků vad [7].
4. Analýza možných následků vad
V případě analýzy možných následků vad se analyzují všechny možné následky dané vady, to znamená, že jaký dopad bude mít vznik určité vady na vnitřního nebo vnějšího zákazníka nebo také na obsluhu dané operace. Jako vnitřního zákazníka můžeme chápat následující operace nebo pracoviště a vnějšího zákazníka zejména konečného uživatele.
Příklady možných následků vad:
• poranění uživatele nebo obsluhy,
• nelze pokračovat kvůli dané vadě další operaci
• nelze smontovat,
20
• vznik vibrací
• neodpovídá potřebnému vzhledu [5]
5. Analýza možných příčin vad
Následně tým FMEA ke každé možné vadě analyzuje všechny možné příčiny vad, které můžou vyvolat danou vadu. Analyzují se případné nedostatky navrhovaného procesu, nikoliv v nedostatcích návrhu výrobku [5].
Také je možná příčina popsaná jako něco, co lze opravit nebo co lze řídit. Možná příčina vady může vyjadřovat slabou stránku návrhu procesu, jejímž následkem je možná vada. Příčiny by se měly identifikovat v co největším možném rozsahu a zaznamenává se každá možná příčina u každé možné vady. Příčiny vad by měly být popsány co nejstručněji a nejsrozumitelněji [14].
Příklady možných příčin vad jsou:
• nevhodné parametry vstřikování,
• nevhodná teplota předehřevu,
• použití nevhodného pracovního nástroje,
• nevhodné parametry svařování,
• nedokonalá příprava povrchu,
• nesprávná montáž,
• nedodržení technologického postupu [5]
6. Analýza stávajících preventivních opatření a způsobu kontroly
U definovaných možných vad a jejich příčin řešitelský tým nejdříve analyzuje používaná preventivní opatření, která snižují pravděpodobnost působení možných příčin vad či vzniku vad. Následně se analyzují kontrolní postupy, které jsou v procesu používány k tomu, aby v případě výskytu dané vady byly v dostatečném časovém horizontu odhaleny. Následně v rámci detekce (odhalování) dochází k identifikování příčin vad, které vedou k vypracování navazujících opatření k nápravě nebo protiopatření [14].
21
7. Hodnocení významu (závažnosti), očekávaného výskytu a odhalení jednotlivých možných vad
Všechna tato tři kritéria význam, výskyt a odhalení se pomocí tabulek k tomu určených bodově ohodnotí na stupnici od 1–10, kde např. u významu znamená:
1 – žádný důsledek
10 – nesplnění bezpečnostních požadavků anebo požadavku předpisů
Řešitelský tým by se měl dohodnou na kritériích hodnocení a na systému hodnocení a také by je měl používat konzistentně i v případě úprav a aktualizaci metody FMEA.
• V rámci významu je hodnota spojována s nejvážnějším následkem vady.
• Výskyt neboli očekávaný výskyt znamená pravděpodobnost, že v průběhu výrobního procesu vnikne specifikovaná vada vlivem dané příčiny.
• Odhalení je specifikováno známkou hodnocení související se schopnosti odhalit vadu nebo její příčinu pomocí stávajících způsobu kontroly. Jeli identifikováno více než jeden nástroj řízení (prevence, detekce), doporučuje se, aby známka hodnocení detekce u každého nástroje řízení byla součástí popisu určitého nástroje řízení.
Sloupec kritičnost nebo také nazýván klasifikace (záleží na typu použitého formuláře) se může použít pro zdůraznění vad s vysokou prioritou příčin u kterých může být vyžadováno doplňující technické posuzování stavu. Také může být použít pro klasifikaci jakýkoliv zvláštních charakteristik produktu nebo procesu (např. kritických, klíčových, významných apod.) pro díly (komponenty) a systémy, které mohou vyžadovat doplňující nástroje řízení daných procesů.
8. Výpočet rizikového čísla RPN a jeho porovnání s kritickou hodnotou.
V tomto kroku se pro jednotlivé možné vady, které by mohly vzniknout vlivem specifikované příčiny, spočítá rizikové číslo RPN jako součin hodnocení významu, výskytu a odhalení, jehož hodnoty se mohou pohybovat v rozmezí od 1 do 1000.
RPN rizikové číslo = význam x výskyt x odhalení
22
Jakmile budou známe hodnoty rizikových čísel následuje vymezení skupiny těch rizikových čísel, která jsou příliš vysoká. U vysokých rizikových čísel, které přesahují krickou mez stanovenou zákazníkem bude muset dojít ke snížení rizika návrhem určitého opatření.
K tomu se používá porovnání již vypočtené hodnoty rizikového čísla se stanovenou kritickou hodnotou. Kritickou hodnotu rizikového čísla v nejčastějších případech stanovuje zákazník, kde hodnota rizikového čísla se pohybuje kolem hodnoty 100, přičemž u výrobků s vyššími požadavky na spolehlivost a bezpečnost bývá hodnota ještě nižší. Pokud nevyužijeme metodu porovnání rizikových čísel, můžeme využít ke stanovení priorit Paretovou analýzu.
Ovšem při analýze rizikových čísel je zapotřebí ještě analyzovat ty možné vady, které z dílčích kritérií dosahovaly vysokých hodnot. Například se může jednat o situaci viz. Obrázek 6, kde máme objekt A a B a zákazník použil subjektivní kritickou hodnotu 100, tím se požaduje, aby dodavatel přijal určité opatření u charakteristiky objektu B s RPN 120.
Ačkoli je v příkladu RPN vyšší u charakteristiky objektu B než charakteristiky objektu A, priorita by měla být zaměřena na objekt A s vyšším významem 9, přičemž RPN je 90, což je hodnota přijatelná ze strany zákazníka, jelikož je pod danou kritickou hodnotou 100 [14].
Ad. 2. Návrh opatření
1. Návrh opatření ke snížení rizik
V tomto kroku se jedná zejména o doporučení jakéhokoliv opatření, které povede ke snížení hodnoty rizikového čísla, které překročilo kritickou hodnotu. To znamená, že členové řešitelského týmu navrhují opatření, které povede ke snížení rizikového čísla. Pokud se vyskytují možné nebezpečné následky, měla by být tato opatření provedena prioritně pro snížení významu. Pokud se nejedná o možné nebezpečné následky, prioritu má snižování hodnoty pravděpodobnosti výskytu vady a v poslední řadě až zvyšování odhalitelnosti vady.
Obrázek 6 Příklad vyhodnocení RPN [14]
23
2. Určení odpovědnosti a realizace opatření ke snížení rizik
Návrhy určitých opatření se předloží vedoucímu ke schválení a následně se provede určení odpovědnosti za realizaci a splnění daného opatření včetně termínu dokončení. Ve většině případů technik nebo vedoucí týmu, který je odpovědný za proces je odpovědný také za realizaci všech doporučených navrhovaných opatření nebo za jejich odpovídající řešení [14].
Ad. 3. Hodnocení stavu po realizaci opatření
V této poslední etapě se uvádějí výsledky všech úspěšně dokončených opatření a jejich vliv na stupeň hodnocení. Zde stejný řešitelský tým znovu hodnotí všechny nová rizika jednotlivých možných vad, na které byla navrhnuta příslušná opatření, to znamená, že dochází k opětovnému hodnocení významu, očekávaného výskytu a odhalitelnosti možných vad.
Hodnotící stupnice musí odpovídat stupnici, které se použila již při hodnocení současného stavu procesu. Hodnoty nových rizikových čísel umožňují hodnotit účinnost provedených opatření.
Abychom mohli navržena opatření považovat za přijatelná, mělo by dojít k poklesu rizikového čísla pod jeho kritickou hodnotu, které je dána např. zákazníkem. Ovšem pokud se tak nepovede zajistit, je třeba navrhnout účinnější opatření a opět provést další hodnocení a přepočítat riziková čísla. FMEA je živý dokument a bere se jako forma neustálého zlepšování [9].
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.
25
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,
27
• 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]
30
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]
31
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
32
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.
