Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inţenýrství
Katedra managementu kvality
Aplikace plánovaného experimentu v procesu lakování DIPLOMOVÁ PRÁCE
2016 Bc. Sylvie Boháčová
Poděkování:
Poděkování
Ráda bych poděkovala vedoucí své bakalářské práce Ing. Mgr. Petře Half
Poděkování
Ráda bych poděkovala vedoucí své diplomové práce Ing. Mgr. Petře Halfarové, Ph.D. za odborné vedení, účinnou podporu a cenné připomínky při vypracování této diplomové práce.
Anotace
Diplomová práce řeší téma aplikace metody plánovaného experimentu v procesu lakování komponentů na deskách plošných spojů v oblasti výroby elektroniky pro osobní automobily. V první části diplomové práce jsou popsána teoretická východiska řešené problematiky, konkrétně teorie plánování experimentu, jeho historie, postup při aplikaci a další. Obecně byla představena technologie osazování desek plošných spojů elektronickými komponenty a vysvětlen proces lakování. V praktické části diplomové práce je popsaná společnost, jeţ zpracovává a kompletuje desky plošných spojů do finální podoby klíčků pro osobní automobily. Dále byly popsány týmové metody řešení problémů, s jejichţ pomocí byly vybrány vstupní faktory pro aplikovaný experiment v konkrétních podmínkách společnosti. Na základě vybraných faktorů a jejich úrovní byl proveden experiment při současném zaznamenávání jednotlivých výsledků dílčích pokusů. V závěrečné části diplomové práce jsou zhodnoceny výsledky experimentu a doporučeno nastavení konkrétních parametrů procesu lakování.
Klíčová slova: DOE, plánování experimentu, lakování, deska plošných spojů, faktor, klidový proud
Anotation
This thesis solves the topic application of method Design of Experiment in coating process of components on printed circuit boards in automotive electronics manufacturing.
There are describe theoretical bases of the problem concretely the theory of Desing of Experiment it‘s history procedure for application and so more in the first part of the thesis.
Generally was introduced the mounting technology of printed circuit boards and explained the coating process. In the practical part was described company which processes and assembles PCBs into the final key for cars. In the next part was described team problem- solving methods which helped us selected input factors applied to experiment in the particular condition of the company. Based on the selected factors and their levels was experiment conducted while recording the results of individual sub-attempts. There are evaluated the results of the experiment and recommended setting specific parameters of the coating proces in the final part of the thesis.
Keywords: DOE, design of experiment, coating, printed circuit board, factor, quiescent current
Seznam pouţitých označení
FMMI Fakulta metalurgie a materiálového inţenýrství VŠB-TUO Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava DOE Design of Experiment (plánování experimentů) TQM Tolal Quality Management
QFD Quality Function Deployment SPC Statistical Process Control
3P 3 základní charakteristiky plánu experimentu (počet pokusů, podmínky, pořadí pokusů)
PCB Printed Circuit Board (deska plošných spojů) DPS Deska plošných spojů
THT Through Hole Technology (technologie prostrčení vývodů drátových komponent dírou v DPS)
SMT Sourface Mount Technology (povrchová montáţ součástek) SMD Surface-Mount Device (součástky určené pro povrchovou montáţ) NCC Non Conformance Costs (vícenáklady)
AOI Automatická optická inspekce DMX Datamatrix kód (typ čárového kódu)
FIFO První dovnitř – první ven (First In First Out) ICT Měření komponent v obvodu (In Circuit Test)
n Počet pokusů
k Počet faktorů
X1, X2, X3 Obecné značení faktorů
Y Výsledek pokusu
m Počet opakování pokusů xmax Horní úroveň faktoru (1) xmin Dolní úroveň faktoru (-1)
µA Mikroampér
μm Mikrometr
MSA Measurement System Analysis (analýza systému měření)
OBSAH
ÚVOD ... 10
1 TEORETICKÁ VÝCHODISKA PLÁNOVANÉHO EXPERIMENTU ... 11
1.1 Cíl metody DOE ... 13
1.1.1 Popis procesního modelu DOE ... 14
1.1.2 Základní pojmy při aplikaci DOE ... 15
1.1.3 Podmínky plánovaného experimentu ... 17
1.2 Historie DOE ... 18
1.3 Deska plošných spojů a elektronické komponenty ... 19
1.3.1 Historie DPS ... 20
2 POSTUP PLÁNOVÁNÍ EXPERIMENTU ... 22
2.1 Vybrané nástroje kvality ... 24
2.1.1 Vícenáklady ... 24
2.1.2 Brainstorming ... 25
2.1.3 Metoda JE / NENÍ (IS / IS NOT) ... 26
2.1.4 ISHIKAWŮV DIAGRAM ... 26
2.1.5 Metoda 5x PROČ (5 WHY)... 27
3 TYPY FAKTOROVÝCH PLÁNŮ ... 28
3.1 Klasický přístup k DOE ... 28
3.1.1 Úplný faktorový plán nk ... 28
3.1.2 Úplný faktorový plán na 2 úrovních ... 29
4 CHARAKTERISTIKA PODNIKU ... 31
4.1 Historie společnosti Continental AG ... 31
4.2 Continental Automotive Czech Republic s.r.o. ... 32
4.3 Výrobkové portfolio a struktura firmy ... 34
4.4 Certifikáty společnosti ... 35
5 POPIS PROCESU LAKOVÁNÍ ... 36
6 APLIKACE PLÁNOVANÉHO EXPERIMENTU V PODMÍNKÁCH SPOLEČNOSTI ... 38
6.1 Představení výrobku ... 38
6.2 Představení výroby klíčku ... 39
6.2.1 Výroba Front-end ... 39
6.2.2 Výroba Back-end ... 42
6.3 Aplikace metody DOE v procesu lakování ... 45
6.3.1 Výběr faktorů pro DOE ... 45
6.3.2 Výběr a nastavení úrovní definovaných faktorů ... 49
6.3.3 Definování klíčových výstupů z DOE ... 51
6.3.4 Provedení vlastního experimentu ... 52
7 DOSAŢENÉ VÝSLEDKY A ZÁVĚREČNÉ ZHODNOCENÍ ... 59 ZÁVĚR ... 60 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A DALŠÍCH ZDROJŮ ... 61
10 ÚVOD
Velká většina organizací si začíná uvědomovat skutečnost, ţe základem fungujících procesů je jejich správný popis a zároveň tyto procesy sama organizace musí umět řídit.
Právě k tomu, aby mohly být jednotlivé procesy řízeny, musíme je umět měřit, sledovat, pracovat s nimi a zlepšovat je. S tím dále souvisí vztah mezi vstupními a výstupními parametry daných procesů a očekávané výstupní parametry jednotlivých znaků. Pokud si zároveň umíme odpovědět na otázku, co na procesu chceme zlepšit, je pro nás na místě aplikace různých statistických metod. Právě tyto statistické metody pracují se vstupními a výstupními daty měřených procesů.
Nosným pilířem matematické statistiky i všech procesů jsou data, která mají v sobě informaci. Ty lze díky metodám matematické statistiky vhodně zpracovat a vyuţít. Ovšem v praxi nastává otázka, jak vhodně poţadovaná data získat, neboť ze špatných dat nemůţeme učinit objektivní analýzu s věrohodnými závěry. Právě díky plánování experimentů dokáţeme vyhodnocovat nastavení daných vstupů a sledovat jejich působení na výstupní veličinu.
11
1 TEORETICKÁ VÝCHODISKA PLÁNOVANÉHO EXPERIMENTU
V oblasti matematické statistiky si můţeme představit pod pojmem experiment takové situace, kdy měníme obvyklé pracovní podmínky s cílem nalézt ty nejvhodnější pracovní postupy a zároveň získat detailnější poznatky o vlastnostech výrobku i výrobního procesu.
Plánování experimentů (Design of Experiment – DOE) se řadí mezi nejúčinnější nástroje nejen v předvýrobních etapách, ale i v etapě zlepšování procesů pro nalezení takových faktorů, které mají největší dopad na výrobní proces i jeho výstupy. Tato metoda také dokáţe stanovit, jak námi vybrané vstupy nastavit, abychom dosahovali cílených výstupů při maximální stabilitě, minimální variabilitě a dostatečné odolnosti proti takzvaným šumům, které představují negativní vliv na výrobní proces. [2]
Norma ČSN ISO 3534-3:2001 uvádí, ţe: navrhování experimentů je strategie pro plánování experimentů takovým způsobem, že je možné účinně a ekonomicky dosáhnout požadovaného cíle. [1]
Pro jakoukoliv organizaci je nesmírně důleţitý spokojený zákazník. Spokojenost je tedy výsledkem jakéhosi subjektivního procesu, kdy zákazník srovnává své představy s realitou. Právě díky spokojeným zákazníkům je organizace schopna uspět na trhu a zároveň musí být schopna rychle reagovat na neustále a rychle se měnící potřeby svých zákazníků. Zároveň se snaţí sniţovat náklady a zvyšovat úroveň sluţeb a produktů. Pokud se organizace rozhodne vyuţít metodu plánování experimentu, můţe očekávat například tyto pozitivní dopady:
sníţení nákladu na reklamace,
sníţení času potřebného na vývoj,
redukce celkových nákladů a zároveň zvýšení kvality,
zvýšení výtěţnosti z procesu,
sníţení počtu zmetků a definování kritických parametrů,
pochopení souvislostí mezi vstupními a výstupními hodnotami klíčových procesů,
sníţení variability procesu,
zlepšení způsobilostí procesů,
12
rychlejší a snadnější dosaţení stanovených cílů,
odolnost vůči podmínkám vnějšího okolí. [4]
Obecně vzato ne příliš mnoho organizací v současné době vyuţívá výhody metody plánovaného experimentu k dosaţené kýţeného výsledku. Často můţeme slyšet, ţe metoda DOE je pro organizace zbytečnou časovou zátěţí, chybí k provedení experimentu finanční prostředky, ale v důsledku jde především o to, ţe právě v mnoha českých organizacích chybí povědomí o tom, co to právě metoda DOE je. Pokud zaměstnanci dokáţí rozklíčovat tuto zkratku anglického výrazu, jedná se o jakousi vzácnost. Právě intelektuální kapitál zaměstnanců a jejich iniciativa jsou značnou překáţkou v pouţívání DOE.
S aplikací plánovaného experimentu se můţeme setkat ve výrobních organizacích v sériové výrobě, jejichţ výstupy z jednotlivých procesů jsou kvantifikovatelnými veličinami. Jak jiţ bylo zmíněno, pro neustálé zlepšování výrobních procesů je důleţité umět popsat veličiny vstupující do procesu, proces umět měřit, vyhodnocovat a umět interpretovat jeho výstupní veličiny. [5]
Dnešní moderní řízení kvality je zaloţeno na japonské a americké filozofii, která je velmi známá pod pojmem Total Quality Management (TQM). Částečným kompromisem, který vybírá z TQM řadu praktik, je normativní přístup. Ten zakládá péči o kvalitu na mezinárodních normách ISO řady 9000, kdy splnění poţadavků mezinárodních norem představuje nezbytné minimum, které je potřeba ve vztahu ke kvalitě a k jejímu řízení realizovat.
Jak můţeme registrovat, v dnešní době je naplnění poţadavků standardu ISO 9001 bráno jako samozřejmost, kdy zákazníci hodnotí firmu podle toho, které další postupy pro zabezpečování kvality uplatňují. Tyto další postupy jsou především metodika Six Sigma a pouţívání pokročilých nástrojů kvality (DOE, QFD – Quality Function Deployment, SPC – Statistical Process Control). [6]
13 1.1 Cíl metody DOE
Plánování experimentů je metoda, jak s co nejmenším rozsahem experimentu zjistit co nejvíce informací, které nám umoţní pochopit, jaké vstupní faktory a jejich nastavení (označované X1, X2 aţ Xn) ovlivňují výstupy (označované Y1, Y2 aţ Yn). Čili zjišťujeme, kterými vstupy procesu můţeme řídit poţadované výstupy.
Plánovaný experiment se realizuje podle plánu experimentu, který obsahuje:
počet pokusů, ze kterých se experiment skládá,
podmínky, za kterých se jednotlivé pokusy uskutečňují (úrovně faktorů),
pořadí pokusů.
Princip plánovaného experimentu lze obecně vyjádřit pomocí obrázku č. 1.
Obr. 1: Princip plánovaného experimentu (procení model) [6]
V běţné praxi se za začátek plánovaného experimentu povaţuje procesní model s několika vstupními regulovanými faktory. Tyto faktory lze různě nastavovat na poţadované úrovně. Naopak předpokladem výstupních veličin jsou hodnoty spojitého charakteru. Při navrhování DOE se musí brát v úvahu i mnoho nekontrolovatelných faktorů (tvořící šumy), které vstupují do procesu a ovlivňují jeho výstupy. Na proces ovšem můţe také působit teplota okolí, vlhkost atd. [7]
14 1.1.1 Popis procesního modelu DOE
Znak kvality
Je veličina, pomocí které vyjadřujeme určité vlastnosti produktu nebo procesu. Tato veličina představuje charakteristiku kvality, závislou proměnnou, pomocí které kvantifikujeme výsledky experimentu. [6]
Faktor (parametr)
Je nezávislá navrhovaná proměnná, která má vliv na charakteristiku kvality. Symbolicky se faktory označují velkými písmeny s indexem, tj. X1, X2, atd. Druhým typem faktorů jsou jiţ dříve zmiňované faktory, které nelze řídit (šumové).
Podle způsobu definování se faktory dělí na 2 skupiny:
Spojité – pro danou úroveň můţeme nastavit jejich libovolnou hodnotu, například teplota, otáčky, mnoţství látky, hustota
Diskrétní – pro danou úroveň můţeme nastavit konkrétní jednu hodnotu nebo status, například typ materiálu, dodavatel
Regulovaný faktor
Je námi navrhovaná proměnná, o které máme mínění, ţe ovlivňuje odezvu (charakteristiku kvality) a je přitom začleněna do experimentu. Hodnotu proměnné chceme a zároveň jsme schopni ji nastavit a udrţovat. Například mnoţství látky, rychlost otáčení, viskozita, a podobně.
Šumový faktor
Jedná se o faktor, který má negativní vliv na odezvu (charakteristiku kvality) a určitým způsobem narušuje funkce výsledného produktu. Tento faktor nechceme nebo ani nemůţeme nastavit a udrţovat na poţadované hodnotě. Ovšem během experimentu jsme schopni do jisté míry jej ovlivnit. Jedná se například o takové faktory, jako jsou vlhkost prostředí, individuální podmínky pouţití výrobků, atd.
15
Pokud máme zájem studovat, jaký má faktor vliv, musíme provést experimenty se dvěma nebo i s více úrovněmi faktorů. V tomto případě nejmenší moţný experiment bude sledování jednoho faktoru na dvou úrovních, čili provedeme dva pokusy. [6]
Celkový počet všech reálných kombinací testování (anglicky full factorial design) při zadaném počtu faktorů na dvou úrovních dostaneme tak, ţe počet úrovní umocníme počtem faktorů:
3 faktory na 2 úrovních => 23 = 8 15 faktorů na 2 úrovních => 215 = 32 768
Z výše uvedených hodnot je zřejmé, ţe v podnikové praxi nelze provádět takovéto obsáhlé experimenty. Z tohoto důvodu se Taguchi zabýval sestavováním plánů, které počítají pouze s malou části z celkového počtu moţných pokusů.
1.1.2 Základní pojmy při aplikaci DOE
Abychom se dále mohli zabývat metodou DOE, je na místě si vysvětlit a shrnout základní pojmy, se kterými se budeme v této diplomové práci setkávat. V hranatých závorkách je vţdy uveden význam slova v anglickém jazyce, tak jak jej uvádí zahraniční literatura.
Faktor [factor] – predikční proměnná, která se mění s cílem posoudit její vliv na odezvu.
Úroveň [level] – hodnota, potenciální nastavení, nebo vymezení faktoru.
Odezva [response variable] – proměnná vystupující z experimentu (obecně nazývaná
„výstupní proměnná“).
Model [model] – popis udávající vztah mezi odezvou a predikční proměnnou (predikčními proměnnými). [3]
16
Predikční proměnná [prediction variable] – proměnná, která můţe přispět k objasnění výstupu z experimentu (obecně pouţívané synonyma jsou: „vstupní proměnná“, „popisná proměnná“, „vysvětlující proměnná“).
Interakce [interaction] – vzájemné působení dvou a více faktorů, které mají vliv na odezvu.
Plán experimentu [experimential plan] – přidání „ošetření“ kaţdé experimentální jednotce a vytvoření časového rozvrhu aplikací „ošetření“.
Jednofaktorový experiment [one-factor experiment] – experiment, ve kterém je zahrnut jediný faktor z hlediska jednoho vlivu (pokud existuje) na odezvu.
k-faktorový experiment [k-factor experiment] – experiment, ve kterém se společně aplikuje k rozdílných faktorů (k≥2) z hlediska moţných vlivů na odezvu.
Navrhovaný experiment [designed experiment] – plán experimentů zvolený tak, aby se dosáhlo vytýčeného cíle.
Úplný faktorový experiment [full factorial experiment] – experiment skládající se ze všech moţných pokusů vytvořených ze dvou, nebo více faktorů, přičemţ kaţdý z nich je na dvou, nebo více úrovních.
Částečný faktorový experiment [fractional factorial experiment] – experiment, který je tvořen podmnoţinou úplného faktorového experimentu.
Faktorový experiment 2k [2k factorial experiment] – experiment, ve kterém se sleduje k-faktorů, kdy kaţdý z faktorů je na dvou úrovních.
Faktorový experiment 3k [3k factorial experiment] – experiment, ve kterém se sleduje k-faktorů, kdy kaţdý z faktorů je na třech úrovních. [3]
17 1.1.3 Podmínky plánovaného experimentu
Při navrhování plánovaného experimentu v reálných podmínkách výrobního, respektive průmyslového prostředí, musíme počítat i s takovými faktory, které nám ať chceme nebo ne, ovlivňují výsledek celého experimentu. Pokud bychom se chtěli konkrétně zmiňovat o těchto faktorem, určitě bychom měli brát v potaz například chyby operátorů provádějící experiment, různé kolísání teploty a vlhkosti, určitá proměnlivost, nestálost surového materiálu, atd. Všechny tyto zmíněné faktory většinou ovlivňují výstupy plánovaného experimentu. V reálných podmínkách tyto faktory v zásadě nijak neřídíme, nebo nekontroluje, jelikoţ jejich nastavování na poţadovanou úroveň je velmi nákladné, obtíţné, ba i nereálné. Tyto obtíţně nastavitelné faktory nepříznivě ovlivňují výsledky jednotlivých pokusů i celého experimentu a naší snahou je minimalizovat je, nebo v lepším případě zcela odstranit. [5]
Znáhodnění je jedna z metod plánovaného experimentu, pomocí které můţeme sníţit dopad těchto negativních faktorů. Znáhodnění můţe být aplikováno na různých úrovních, nebo v různých fázích experimentu. Před jeho samotným pouţitím bychom měli zváţit tyto stanoviska:
jak je nastavena časová prodleva mezi experimenty,
jakým způsobem jsme zakomponovali rušivé faktory do návrhu experimentu,
jaké nám vzniknou náklady spojené se změnou faktorů,
kolik faktorů v experimentu je obtíţně kontrolovatelných,
Znáhodnění v plánovaném experimentu se pouţívá například v těchto situacích:
jeden z významných faktorů není pod statistickou kontrolou,
experimenty vedené velkým počtem operátorů,
experiment, jehoţ výsledkem mají být fakta prezentována například zákazníkům, nebo týmu za účelem přijetí okamţitého nápravného opatření. [9]
Další významnou roli v plánování experimentu hraje replikace. Ta nám pomáhá dosáhnout mnoho pozitivních vlastností dobře plánovaného experimentu. Je to primární nástroj v analytických studiích pro sledování stability a efektů faktorů. Replikace nám pomáhají odhadnout přibliţnou chybu, tak i přibliţný odhad interakce mezi různými
18
faktory. V případě, ţe máme v pokusu zařazen dostatečný počet replikací, naše výstupy týkající se efektů jednotlivých faktorů a interakcí se stávají mnohem objektivnější.
V reálných podmínkách prováděných experimentů musíme počítat ovšem i s náklady na provedený experiment, tzn. s cenou materiálů, či spotřebou výrobků. S narůstajícím počtem replikací (opakování) se nám DOE můţe značně prodraţit, nebo časově prodlouţit.
Pomocí vhodného pouţití replikací lze především minimalizovat vliv rušivých proměnných. [8]
1.2 Historie DOE
Teorie plánování experimentu se řadí pod oblast matematické statistiky, která vznikla na počátku 20. století. Původ DOE je spojován se jménem Ronaldem Fisherem, jeţ byl anglický statistik, evoluční biolog a genetik. Můţeme jej povaţovat za osobnost, která poloţila základy pro analýzu rozptylu (ANOVA) a plánování experimentů. Jeho nejvýznamnější průlomovou publikací se stala kniha nesoucí název „Statistical Methods for Research Workers“, do češtiny překládaná jako „Statistické metody pro výzkumné pracovníky“, jeţ byla vydána v roce 1925 a později i v několika edicích. Zároveň byla přeloţena do mnoha světových jazyků. Návrh experimentů (DOE) je v knize zaloţen na statistických metodách, studiu společných efektů několika proměnných vlivů a určení kombinace hodnot faktorů pro optimální výsledek. [10]
Ve 40. letech 20. století se do popředí začal dostávat přístup k řešení DOE od dalšího významného inţenýra, jehoţ jméno je Genichi Taguchi. Byl to japonský statistik, který standardizoval a zjednodušil pouţití technik DOE. Zároveň navrhl koncept zlepšování kvality ve všech fázích návrhu a vývoje.
V 70. letech se objevují přístupy k DOE od jednoho z nejvýznamnějších statistických myslitelů 20. století, a to od Georga E. P. Boxe. Byl to anglický statistik zabývající se studiem časových řad a především DOE. V literaturách se můţeme dočíst o několika jeho navrţených modelech experimentu, například Box-Behnken designs. [12]
Další významnou osobností, která rozvinula oblast matematické statistiky a plánování experimentu, je americký statistik Douglas C. Montromery. Jeho nejvýznamnější publikace je kniha Design and Analysis of Experiments, vydána v roce 1976.
19
K významnějšímu rozšíření metody DOE v USA a Evropě došlo aţ v 80. letech 20.
století. U nás jsme se s touto metodou začali setkávat v 90. letech díky rozmachu automobilového průmyslu. [13]
1.3 Deska plošných spojů a elektronické komponenty
Deska plošných spojů, neboli zkráceně DPS, či v angličtině slýchávaný výraz PCB (Printed Circuit Board) se v elektronice vyuţívá pro mechanické připevnění a zároveň elektrické propojení elektronických součástek. Součástky jsou zároveň na DPS propojeny vodivými cestami. Ty jsou tvořeny měděnými cestami nalepenými na izolační laminátové desce. DPS slouţí zároveň k fixaci elektronických součástek.
Obr. 2: Deska plošných spojů
Klasické elektronické součástky mají drátové vývody. Ty jsou prostrčeny skrz prokovené otvory v DPS a na druhé straně připájeny ke spojům. Upevnění součástek se provádí cínovou pájkou, elektronické propojení je pak dále díky měděným vrstvám v DPS.
Obr. 3: Komponenty s drátovými vývody
20
V současné době při sériové výrobě DPS začíná více převládat technologie povrchové montáţe elektronických komponent, tzv. SMT (Surface-Mount Technology). Součástky určené pro povrchovou montáţ, SMD (Surface-Mount Device) mají na svém pouzdře kontaktní plošky, pomocí nichţ jsou připájeny stejnou stranou DPS, jako jsou osazeny.
[22]
Obr. 4: SMD komponenty
Desky plošných spojů se v elektronické výrobě pouţívají zejména díky těmto výhodám:
fixace komponentů,
vysoká automatizace výroby s opakovatelností,
zmenšení velikosti a váhy výrobků,
niţší nároky na vzdělání operátorů. [22]
1.3.1 Historie DPS
První patent na výrobu DPS si podal 2.3.1925 Charles Ducas, který tvořil vodivé cesty pomocí sítotisku. Jedná se o nanášení vodivé pasty pomocí síta na izolační vrstvu. O pouhých 17 dní později podal svůj patent Francis T. Harmann, který objevil metodu odleptávání vodivé vrstvy.
Obr. 5: Čtyř-vrstvá DPS v řezu
21
Významnější pokrok v rozvoji výroby DPS byl přiřazen Paulu Eislerovi, jeţ pokročil v technologii plátování mědi na izolační základní materiál. Zabýval se vývojem rozhlasového rádia a DPS zde vyuţil. Jeho osobnost zároveň přiřazujeme k rozvoji dvoustranných a vícevrstvých desek plošných spojů.
Dalším důleţitým milníkem ve vývoji DPS byly roky 1953-1955. V této době představila Motorola proces pokovování mědí ve vyvrtávaných otvorech v DPS, coţ znamenalo efektivnější propojení obou stran vodivých cest. Nyní v automobilovém průmyslu se pouţívají 4 aţ 8 vrstvé DPS a při výrobě mobilních telefonů 8 aţ 12 vrstvé.
[22]
22 2 POSTUP PLÁNOVÁNÍ EXPERIMENTU
Kaţdý plánovaný experiment prochází několika cykly, které mají určitou posloupnost. V prvé řadě je nesmírně důleţité najít takové faktory, které významně ovlivňují jakost sledovaného výrobku, jeţ je na výstupu z celého procesu (tzv. screening).
Obecně zle tedy říci, ţe kaţdý experiment zle rozdělit na tyto dílčí fáze:
1) analýza procesu, 2) návrh experimentu,
3) provedení zkoušek ve stanoveném pořadí, 4) analýza výsledků,
5) závěry. [14]
Dále lze tento postup vyjádřit dle níţe uvedeného postupového diagramu.
Obr. 6: Postupový diagram fází DOE [14]
Nyní si můţeme jednotlivé kroky DOE o něco více přiblíţit.
Fáze 1: Analýza procesu
V této fázi je hlavní otázkou, jakou si v našem experimentu zvolíme odezvu. Ta můţe být přímo charakteristikou jakosti procesu, nebo s ní můţe velmi úzce souviset.
Odezva se můţe chovat jako spojitá náhodná veličina, či jako diskrétní. Tedy udávající
23
počet neshod, nebo v opačném případě počet neshodných jednotek. Uvaţujeme i o tom, které faktory budou do experimentu zahrnuty a jaké budou mít úrovně. V první fázi je rovněţ důleţitá týmová práce a pouţití různých nástrojů kvality pro stanování klíčových faktorů. Ovšem tuto oblast popíšu v další části diplomové práce. [14]
Fáze 2: návrh experimentu
V této chvíli zvaţujeme, jaký typ návrhů experimentů je pro naše podmínky nejvhodnější. Existuje jich celá řada, ale jak jiţ bylo zmíněno, je nutno se řídit jak časovou, tak i finanční náročností, aby výsledné DOE bylo tím nejvhodnějším a nejobjektivnějším kompromisem všech omezujících veličin. Nejdůleţitější typy DOE jsou uvedeny v normě ČSN ISO 3534-3: Navrhování experimentů. [1]
Ve fázi návrhu experimentu rovněţ uvaţujeme o randomizaci, blokování atd.
Jestliţe jednotlivé pokusy provádíme v blocích, musíme počítat s tím, ţe celkové výsledky budou vykazovat větší homogenitu a niţší úroveň variability, neţli existuje mezi bloky. Cíl randomizace jsme si jiţ popisovali (zabránění směšování rušivých vlivů, jako například teplota prostředí, vlhkost vzduchu, únava pracovníka atd.).
Fáze 3: provedení zkoušek ve stanoveném pořadí
Zkoušky a jednotlivá měření se uskuteční v daném pořadí. Všechny výsledky se zaznamenají do předem připravených formulářů, či rovnou do pouţívaného softwaru.
Fáze 4: analýza výsledků
Při analýze výsledků bereme v potaz formu navrţeného experimentu a zároveň provádíme vyhodnocování vlivu jednotlivých faktorů a jejich společného působení (interakcí). Stěţejním bodem analýzy je nalézt takové faktory, které mají statisticky významný vliv na úroveň kvality. Pro tyto účely se pouţívají metody testování hypotézy (t-test, F-test), metody analýzy, rozptylu či kovariance, regresní analýzy atd.
Fáze 5: závěry
Při závěrečném zhodnocování DOE by nám mělo vyplynout, které faktory, nebo interakce mají zásadní vliv na výstupní úroveň kvality a naopak. [14]
24 2.1 Vybrané nástroje kvality
Norma ČSN ISO 9000:2006 definuje kvalitu jako stupeň splnění poţadavků souborem inherentních znaků. Znak je pak rozlišující vlastnost, můţe být inherentní (existující v něčem, zejména jako trvalý znak) nebo přiřazený (např. cena výrobku, vlastník produktu). [15]
Při jakémkoliv řešení problému v oblasti kvality je velmi důleţité v rámci týmu dojít k závěru, jaká je u daného problému kořenová příčina, najít způsoby pro eliminaci těchto příčin a zabránit jejich opakovanému výskytu. Tento postup se můţe zdát klamně jednoduchý. Proto je zapotřebí nepodcenit úsilí pro nalezení skutečných příčin problému.
[16]
Obr. 7: Proces řešení problému [16]
2.1.1 Vícenáklady
Obecně jeden z dílčích cílů kaţdé organizace je sniţování jak nákladů, tak i vícenákladů. Ty se dělí na výdaje na interní vady, externí vady, výdaje na promrhané příleţitosti, škody na prostředí, výdaje na hodnocení a prevenci. Jsou to takové výdaje, které nejsou zahrnuty v ceně výrobků a v závislosti na jejich příčině jsou připisovány
25
určitému subjektu (dodavatel, výrobní závod, subdodavatel, zákazník, atd.). V podnikové praxi můţeme slyšet téma vícenáklady pod zkratkou NCC, neboli Non Conformance Costs.
Jako naprosto zbytečně vynakládané prostředky jsou výdaje na interní vady. Pod interními výdaji na vícenáklady si můţeme představit zhruba tyto druhy:
vady vztahující se ke kvalitě dodávek,
výdaje vztahující se k vadám návrhu a vývoje,
výdaje na vady vzniklé při poskytování sluţeb a při výrobě,
další výdaje na interní vady,
Nejúčinnější forma sniţování vícenákladů je vyrábět takový produkt, který má velice robustně zvládnutou fázi APQP. [17]
2.1.2 Brainstorming
Pojem brainstorming můţeme někdy slyšet ve volném překladu jako bouření mozků.
Je to jedna z nejvíce vyuţívaných technik při hledání nápadů. V rámci schůzky čítající několik členů, má kaţdý účastník prostor k vyslovení svého nápadu. Ostatní členové se zároveň vyslovenými nápady inspirují a přicházejí s dalšími. Nosnou myšlenkou je předpoklad, ţe skupina lidí na základě podnětů ostatních vymyslí mnohem více, neţ by vymysleli jednotlivci. Poprvé tuto metodu začal pouţívat v roce 1939 reklamní pracovník Alex Faickney Osborn. Všechny vyslovené nápady se zapisují na viditelné místo a dále pak rozpracovávají.
Hlavní výhody při pouţití této techniky jsou následující:
originalita nápadů,
rozvoj tvořivosti účastníků,
kompletní přehled o problému v krátkém čase,
zachycení velkého mnoţství nápadů,
eliminace moţných problémů jiţ v počátku.
Nevýhody:
ne všichni umějí takto pracovat,
daný počet účastníků (minimálně 3 a dle doporučení maximálně 12). [18]
26 2.1.3 Metoda JE / NENÍ (IS / IS NOT)
Jedná se o analytický nástroj za účelem zjištění podmínek vzniku určitého problému. Tuto metodu pouţijeme ve fázi, kdy máme identifikovaný problém a snaţíme se jej vysledovat. Pátráme po tom, kde se nám problém objevil, kdy, jak a v jakém rozsahu.
Následně problém popisujeme exaktním, avšak pro všechny členy řešitelského týmu srozumitelným způsobem. Pro tuto metodu existuje několik druhů formulářů, jako příklad je uveden jeden na obrázku č. 8 (jedná se o část formuláře).
Problém nastavení:
(logicky by mělo být, ale) NENÍ (IS NOT) Které konkrétní objekty
mají odchylku?
Které podobné objekty by mohly mít tuto odchylku, ale nemají?
Jaká je konkrétní odchylka?
Které ostatní odchylky by mohly být pozorovány, ale nejsou?
Kde je odchylka na objektu?
Kde jinde by mohla být odchylka na objektu pozorována, ale není?
Kde je objekt, když je odchylka pozorována?
Abnormality
zeměpisně
Popis problému JE (IS)
Chybějící
informace Rozdíly Změny
Objekt sledování
Problém
pozorování na objektu
CO?KDE?
Obr. 8: Metoda JE / NENÍ [16]
2.1.4 ISHIKAWŮV DIAGRAM
Ishikawův diagram je jednoduchá grafická metoda pro vizualizaci a následnou analýzu příčin a následků. Duchovním otcem této metody je Kaoru Ishikawa. Tento grafický nástroj patří do skupiny sedmi základních nástrojů kvality (vývojový diagram, histogram, kontrolní tabulky, Paretův diagram, regulační diagramy, bodový diagram). Dle
27
svého tvaru je nazýván také jako diagram rybí kosti. Důleţitým předpokladem při pouţití této metody je efektivní vyuţití týmové práce a brainstormingu.
Na začátku si tým přesně definuje řešený problém (následek), který zaznamená na pravou stranu diagramu. Dále si zakreslíme hlavní vodorovnou osu, viz obrázek č. 9.
V týmu si stanovíme hlavní kategorie příčin, nejčastěji materiál, zařízení, prostředí, lidé, metoda. Následně v těchto hlavních kategoriích analyzujeme všechny moţné příčiny.
Cílem Ishikawova diagramu je nalézt kořenovou příčinu problému. Pokud máme v diagramu všechny příčiny zaznamenány, tu nejpravděpodobnější můţeme definovat např. pomocí bodového hodnocení. [20]
Obr. 9: Ishikawův diagram [16]
2.1.5 Metoda 5x PROČ (5 WHY)
Nástroj kvality 5x proč (pět krát proč) nebo také anglicky častěji slýchávaný výraz 5 Why je velmi jednoduchá a účinná metoda pro zjištění skutečných počátečních příčin vzniku vad na výrobcích, nebo defektů na zařízeních. Tato metoda je velmi často pouţívána v automobilovém průmyslu.
Jestliţe má být odstranění problémů účinné, je na místě vysledovat kořenovou příčinu vzniku daného problému. V opačném případě, pokud nevysledujeme a neodstraníme kořenovou příčinu, nelze počítat s vyřešením dané problematiky. I přesto v takových případech můţe docházet k opakování defektů. Otázkou nyní vyvstává, z jakého důvodu klást proč právě 5 krát? Autoři pouţili poznatky z praxe. Ve většině případů stačí právě 5 krát poloţit otázku proč a dojdeme k nalezení kořenové příčiny.
Ovšem pokud tomu tak není, můţeme v pokládání otázek pokračovat dále. [16]
28 3 TYPY FAKTOROVÝCH PLÁNŮ
V literaturách se můţeme dočíst o různých druzích faktorových plánů lišících se přístupy daných autorů a úrovní plánovaného experimentu. V praxi vyvstává otázka, jak daný experiment provést na základě časových, finančních, znalostních a dalších hledisek.
V této kapitole se zaměřím na objasnění základních typů faktorových plánů.
3.1 Klasický přístup k DOE
Klasický přístup je jedním ze čtyř ér přístupů k DOE, který v dvacátých aţ třicátých letech 20. století vypočítal R. Fischer. Ten definoval 3 základní jiţ zmíněné principy, a to náhodnost (randomization), opakovatelnost (replication) a třídění (blocking), které později zavedl do plánování experimentu spolu se statistickým myšlením. [4]
3.1.1 Úplný faktorový plán nk
Úplný faktorový plán se skládá z maximálního počtu opakování všech moţných kombinací úrovní faktorů. Například máme-li tři úrovně jednoho faktoru a u dalších dvou faktorů máme 2 úrovně, budeme počítat s 12 pokusy. A to z toho důvodu, ţe faktor na třech úrovních se vynásobí se zbývajícími faktory na dvou úrovních a výsledkem je 3x2x2 pokusů. Zároveň chceme zamezit vzniku chyby měření. Toho nejúčinněji docílíme opakování kaţdého z pokusů a dostaneme nyní 24 pokusů.
Existuje mnoho důvodů, proč vykonávat úplný faktorový plán. Jeden z nich je ten, ţe nám poskytne kompletní výsledek daného experimentu. Další výhoda je ta, ţe takto provedený experiment umoţní posouzení všech interakcí mezi faktory. Nevýhodou ovšem je to, ţe takto navrţený experiment bývá často značně velký a obsahuje spoustu pokusů, které se musí vykonat. Tento případ ovšem nastane tehdy, pokud experiment obsahuje velké mnoţství faktorů, jejich úrovní a kombinací. [11]
29 3.1.2 Úplný faktorový plán na 2 úrovních
Úplný faktorový plán na dvou úrovních představuje takový plán experimentu, jehoţ faktory jsou na dvou úrovních. Tyto úrovně jsou značeny jako dolní a horní. V kódovaných proměnných značeny ve formě „+“ a „-“, případně u numerických výpočtů se můţeme setkat se značením 1 a -1. Přepočet reálných hodnot úrovní faktorů na faktory kódované se aplikuje podle vzorce (1).
(1)
kde xc je hodnota kódované proměnné
x0 je průměrná hodnota v původních (reálných) jednotkách xmax horní úroveň x
xmin dolní úroveň x
Pokud vezmeme v potaz návrh experimentu, jeţ zahrnuje všechny kombinace faktorů, hovoříme o úplném faktorovém plánu na dvou úrovních. Nechť k je počet faktorů na dvou úrovních, potom plán experimentu bude mít právě 2k opakování. Počet opakování u takovéhoto plánu s navyšujícími se faktory roste exponenciálně. Z toho můţeme usoudit, ţe pro např. 5 a více faktorů bude úplný faktorový plán neefektivní s velkým počtem opakování. V takovýchto případech je vhodné uvaţovat o částečných faktorových plánech, nebo Plackett-Burmanovho návrhu.
Zaměřme se na obrázek č. 1, kde vstupní regulované veličiny máme označeny X1, X2, X3 a výstupní veličiny Y1, Y2, Y3. Toto značení je obecné a záleţí na tom, kolik vstupních a výstupních veličin budeme v experimentu sledovat. Obecné rozepsání kódovaných faktorů a sledování odezev můţeme vidět v tabulce č. 1.
30 Tab. 1: Úplný plán experimentu
X1 X2 … Xn Y1 Y2 … Yn Yi Průměrný efekt
1 -1 -1 … -1
2 1 -1 … -1
3 -1 1 … -1
4 1 1 … -1
… … … … … … … … … … …
Faktor
Pokus Opakování výsledků (odezvy)
kde i je průměrný výsledek měření v i-tém pokusu Xj je j-tý faktor nebo interakce
n počet pokusů
Dále počítáme průměrný efekt dle vztahu (2):
(2)
Abychom vyjádřili velikost průměrného efektu daného faktoru, případně interakcí, spočítáme rozdíly průměrů výstupních hodnot. Nejdříve spočítáme průměrné hodnoty i
pro horní úroveň + daného faktoru (interakce) podle vzorce 3 a průměrné hodnoty i pro dolní úroveň - faktoru (interakce) dle vzorce (4).
(3)
(4)
Výsledný průměrný efekt se počítá dosazením vzorce (3) a (4) do vzorce (2) pro kaţdý faktor a interakci. Spočítané hodnoty průměrných efektů faktorů a interakcí se dále zapíší do příslušného sloupce tabulky č. 1. [2], [11]
31 4 CHARAKTERISTIKA PODNIKU
Svou diplomovou práci jsem řešila ve společnosti Continental Automotice Czech Republic s.r.o., jeţ sídlí ve Frenštátu pod Radhoštěm. V následujících podkapitolách se zaměřím na přestavení této společnosti obecně, jako celkového koncernu Continental a na jeho historii. Dále představím závod ve Frenštátu pod Radhoštěm a uvedu jeho základní výrobkové portfolio.
4.1 Historie společnosti Continental AG
Společnost „Continental-Caoutchouc- und Gutta-PerchaCompagnie“ byla zaloţena 8. října 1871 v Hannoveru. První výrobky, které akciová společnost v 70. letech 19. století vyrobila, byly tlumiče pro podkovy a celopryţové obruče pro povozy. Coţ objasňuje, proč od roku 1882 má ve svém koncernovém znaku koně.
V roce 1892 pak společnost Continental jako první začala vyrábět pneumatiky pro jízdní kola. Touto etapou se spustil začátek úspěšné historie. Continental jako první rovněţ vyvinul velké pneumatiky vyztuţené ocelovým kordem, které byly do té doby u vozidel celopryţové. V roce 1921 je uvedl do prodeje. O tři roky později v roce 1924 Continental představil zdokonalené pneumatiky vyztuţené ocelovým kordem a v podobě výrobku
„Conti-Cord“ představil nízkotlakou balonovou pneumatiku. Ta náhle měla lepší jízdní komfort a mnohem delší ţivotnost.
Obr. 10: Současné logo společnosti Continental [21]
Jako jeden z největších výrobců špičkových pneumatik pro uţitková i osobní vozidla Continental nabízí široký výběr vysoce výkonných produktů. Ty odráţí potřeby pro pouţití těţkých, tak i lehkých nákladních vozů, autobusů a terénních vozidel.
Pneumatiky vyrábí pod značkami Continental, Uniroyal, Semperit a Barum.
32
V roce 2007 Continental Corporation koupil veškeré podíly společnosti Siemens VDO, čímţ se dostal mezi 5 největších výrobců v oblasti automobilového průmyslu a rozšířil své portfolio výrobků především o elektronickou výrobu. [21]
Obr. 11: Závody společnosti Continental AG v České Republice [21]
4.2 Continental Automotive Czech Republic s.r.o.
Závod Continental Automotive Czech Republic s.r.o. ve Frenštátě pod Radhoštem (dále jen Continental Frenštát) byl zaloţen v roce 1995 jako odnoţ Siemens Elektromotory s výrobou pro automobilový průmysl a „bílé zboţí“ (řídící jednotky a ovládací panely myček, praček a varných desek). O rok později byla otevřena výrobní hala postavena „na zelené louce“.
Od roku 1999 pak byla firma vedena pod názvem Siemens automobilové systémy s.r.o. jako samostatný podnikatelský subjekt se stoprocentní majetkovou účastí společnosti Siemens AG Mnichov, který byl organizačně řízený Siemensem VDO Automotive AG se sídlem v Regensburgu v Německu. Společnost dále prošla více organizačními změnami a aţ v roce 2012 byla lokace ve Frenštátě pod Radhoštěm přejmenována na Continental Automotive Czech Republic s. r. o. [21]
33
Obr. 12: Continental – závod ve Frenštátě pod Radhoštěm [21]
V současné době společnost vyrábí a dodává proudky pro přední automobilky. Na obrázku č. 13 je uveden výčet hlavních zákazníků. Na obrázku č. 14 jsou zákazníci Continentalu rozděleni dle podílů z prodejů.
Obr. 13: Zákazníci Continental Frenštátu pod Radhoštěm [21]
Obr. 14: TOP 10 zákazníků dle podílu na trţbách
34 4.3 Výrobkové portfolio a struktura firmy
Závod Continental ve Frenštátě pod Radhoštěm se skládá ze tří samostatných oddělení, tzv. Focus Factory (FF) a dalších jejích podpůrných oborů. Kaţdá tato FF má své vlastní vedení, plánování kvality, výroby, logistiku, controlling, základní servis výrobních zařízení atd.
FF1 – Body&Security, Commercial Vehicles, Aftermarket: zaměřuje se na výrobu ovládacích panelů, střešních soustav, dveřních kontrolních systémů, kontrolních modulů, náhradních dílů. Příklady výrobků jsou na obrázku č. 15.
Obr. 15: Výrobky Focus Factory 1 [21]
FF2 – Engine systems, Transmission, Fuel Supply: tato FF se zaměřuje na řídící jednotky benzínových a dieselových motorů, řídící jednotky převodových systémů, speciální řídící moduly, elektronika palubních desek, řídící jednotky palivových systémů.
Příklady výrobků jsou uvedeny na obrázku č. 16.
Obr. 16: Výrobky Focus Factory 2 [21]
35
FF 3 – Sensors&Actuators, Sensorics: teplotní sensory, vysokoteplotní senzory, rychlostní sensory, tlakové sensory, čerpadla a pumpy. Příklady jsou na obrázku č. 17.
Obr. 17: Výrobky Focus Factory 3 [21]
Podpůrné celopodnikové odbory jsou:
centrální kvalita,
centrální logistika,
vývoj senzorů,
správa strojů a budov (včetně údrţby),
personální odbor,
informační technologie (správa hardware a software).
4.4 Certifikáty společnosti
Momentálně je Continental ve Frenštátě drţitelem těchto certifikátů a ocenění:
ISO 9001
ISO/TS 16949
ISO 14001:2004
Ford Q1 Certifikát
V pravidelných intervalech jsou prováděny recertifikační audity, čímţ je udrţována stálá platnost certifikátů. Velkým úspěchem firmy je drţení si Ford Q1 Certikátu, který deklaruje Continental jako předního dodavatele pro zákazníka Ford.
36 5 POPIS PROCESU LAKOVÁNÍ
Proces lakování osazených desek plošných spojů je metoda, jak co nejúčinněji ochránit elektronické výrobky před nepříznivými vlivy vnějšího okolí. Jedná se zejména o vlhkost, působení různých chemických látek, vibrace a otřesy.
V dnešní době existují různé klasické metody pro aplikaci ochranných laků.
Z těchto metod můţeme zmínit namáčení, stříkání a nanášení laku štětcem. Jako hlavní nevýhoda u zmíněných metod lakování je nutnost určitým způsobem maskovat místa, jeţ nemají, nebo nemohou být lakem pokryta. Proces maskování definovaných oblastí na DPS přitom značně celý proces lakování zpomaluje a zároveň prodraţuje.
Současná moderní technologie selektivního strojního lakování umoţňuje aplikovat lak pouze na definovaná místa na DPS bez nutnosti maskovat místa, na nichţ se lak nesmí nacházet. Lak tak můţeme nanášet na přesně určená místa a v dané tloušťce 50 aţ 200 μm.
Pro proces nanášení ochranného laku je jako pro všechny ostatní procesy důleţitá jeho přesnost, opakovatelnost, rychlost a samozřejmě i moţnost kontroly po lakování.
Pro lakované elektronické komponenty a plochy desek plošných spojů jsou zároveň důleţité i vlastnosti pouţívaného laku a jeho typ. Lak musí mít dobré dielektrické vlastnosti, musí dobře přilnout k povrhu a nesmí docházet k ţádnému dodatečnému mechanickému namáhání součástek při schnutí a vytvrzování laku. Pokud pro proces vybíráme lak, musíme brát v potaz, v jakém prostředí se bude výrobek nacházet, v němţ je lakovaná deska plošných spojů instalována. V jakých teplotách se bude výrobek pohybovat, v jaké vlhkosti, zda na něj bude působit nějaká chemická látka, nebo bude vystaven velkým otřesům.
Laky pro lakování osazených desek plošných spojů se dělí podle dvou kritérií:
podle sloţení: laky akrylátové, polyuretanové, epoxidové a silikonové.
podle typu rozpouštědla: laky na vodní bázi, na bázi organických rozpouštědel a laky vytvrditelné UV zářením.
Většina laků pro selektivní lakování je transparentních. Pro zviditelnění laku a pro vizuální kontrolu lakování se do laků přidává tzv. UV tracer, který zviditelní lak pod UV světlem. [23]
37
Pro selektivní lakování se dnes pouţívají tzv. selektivní lakovací automaty. Jedno z nejmodernějších zařízení pro selektivní lakování je automat společnosti Asymtek SL-940E.
Tento selektivní lakovací automat je určen pro kvalitní a rychlé provádění procesu selektivního lakování osazené desky plošných spojů. Patentovaná technologie nahrazuje tradiční metody aplikace laků a virtuálně nahrazuje proces maskování desky plošných spojů před lakováním. Zařízení SL-940E je velmi rychlé a přesné s integrovanými zpětnovazebními systémy pro zabezpečení excelentní kvality a opakovatelnosti lakovacího procesu. [23]
Obr. 18: Lakovací modul Asymtek SL-940E
38
6 APLIKACE PLÁNOVANÉHO EXPERIMENTU V PODMÍNKÁCH SPOLEČNOSTI
Tématem mé diplomové práce je „Aplikace plánovaného experimentu v procesu lakování“ ve společnosti Continental Automotive Czech Republic s.r.o. se sídlem ve Frenštátě pod Radhoštěm (dále jen Continental).
6.1 Představení výrobku
Ze širokého portfolia výrobků společnosti Continental jsem se zaměřila na klíček s pasivní funkcí pro koncového zákazníka Ford. Na obrázku č. 19 je vidět klíček v jeho finální podobě. Tento klíček je v sériové produkci od roku 2007 a jeho průměrná produkce je zhruba 1 200 000 kusů ročně. Základem pro tento výrobek je DPS (deska plošných spojů, anglicky označována PCB – Printed Circuit Board). DPS je osazena elektrickými komponenty, jako jsou například mikroprocesory, rezistory, kondenzátory, diody, cívky a další. Dále se skládá z mechanických prvků, jako jsou tlačítka, pouzdro atd. Na dalším obrázku č. 20 vidíme klíček skládající se ze všech jednotlivých dílů.
Obr. 19: Finální výrobek - klíček
Na základě nejnovějších poţadavků v automobilovém průmyslu se jedná o
„bezolovnatý“ produkt, jeţ přispívá k naplnění stále přísnějších poţadavků na ekologii.
39
Obr. 20: Klíček skládající se z daných dílů
6.2 Představení výroby klíčku
Výroba klíče je rozdělena do několika částí. Obecně se dělí na výrobu Frond-end, začínající vypálením DMX (data matrix) kódu na jednotlivé neosazené DPS v panelu a pokračuje dále na SMT (Surface Mount Technology – technologie povrchové montáţe).
Po osazení elektronickými komponenty se kusy předávají do FIFO zóny. Back-end začíná touto FIFO zónou a končí po zabalení hotového výrobku do zákaznického balení.
6.2.1 Výroba Front-end
Prvním procesním krokem výroby klíčku je vypálení DMX kódu pomocí laseru na jednotlivé DPS v panelu. Panel obsahuje 25 DPS. Vypálený DMX kód je unikátní identifikátor, který je dále v průběhu výroby pouţíván v systému traceability (zpětné dohledatelnosti) a interlockingu (blokování následující operace, pokud předchozí neproběhla s kladným výsledkem).
40
Obr. 21: Panel s 25 DPS
Laserové zařízení se skládá ze vstupní stanice, transportního dopravníku, laserové části, čtečky DMX kódů a výstupní část (obrázek č. 22).
Obr. 22: Laserové centrum pro vypalování DMX kódu
Po vypálení DMX kódu následuje procesní krok SMT, kdy jsou na jednotlivé DPS v panelu osazeny SMD komponenty. SMT linka se skládá z několika na sebe navazujících stanic, kde transport výrobků je zajištěn pomocí dopravníkového pásu. Prvním výrobním krokem na SMT lince je tisk pasty na neosazený panel s jednotlivými DPS. Tisk pájecí pasty je zajištěn pomocí stanice sítotisku. Zde je přes síto nanesena vrstva pájecí bezolovnaté pasty na pájecí plošky DPS.
41
Obr. 23: Oboustranně osazená DPS klíčku
Proces nanášení pájecí pasty je jedním z klíčových procesních kroků, jeţ má vliv na celkovou kvalitu a funkci finálního výrobku. Aby byla zajištěna správná pozice, tvar a mnoţství nanesené pájecí pasty je v lince instalována 3D SPI (Solder Paste Inspection – kontrola pájecí pasty). Jedná se o systém s barevnou řádkovou kamerou, jeţ s rychlostí snímání a vyhodnocování 90 cm2/s při rozlišení 20 µm v ploše a 3 µm ve výšce kontroluje všechny nanesené oblasti.
Obr. 24: 3D kamerová kontrola pájecí pasty
Po nanesení pájecí pasty dochází na další stanici v SMT lince k osazování SMD komponent na desku plošných spojů. Součástky jsou ze zásobníků nabírány pomocí rotačních vakuových pipet a pokládány na pájecí pastu s rychlostí okolo 27 000 součástek za hodinu.
Po osazení komponentů výrobek dále pokračuje po transportním pásu do pájecí pece, kde dochází k přetavení pájecí pasty a k zapájení SMD komponentů. Této technologii pájení se z anglického výrazu říká „reflow“. Pájecí pec se skládá z předehřívacích, pájecích a chladících zón. Pro kaţdý výrobek se automaticky nastavuje
42
jiný teplotní profil pece dle vyčtení daného DMX a automatického přiřazení definovaného programu.
Po zapájení SMD komponentů je výrobek kontrolován na AOI (automatická optická inspekce). Jedná se o kontrolu po reflow peci, která za pomocí kamer vyhodnocuje kvalitu zapájených spojů, jejich polaritu, přítomnost a další definované parametry.
6.2.2 Výroba Back-end
Jak jiţ bylo zmíněno, finální procesy se v Continentalu nazývají „Back-end“. Je to část výroby začínající zpracováváním panelů s jednotlivými DPS. Tyto DPS jsou jiţ osazeny všemi SMD komponenty, jsou připraveny na lakování, vizuální kontrolu, dělení panelů a zpracování jednotlivých desek plošných spojů ve finální „U“ buňce.
6.2.2.1 Předvýroba a přípravné operace
Dalšími procesními kroky, které napomáhají zefektivnit proces výroby, jsou vytříděné přídavné operace. Ty nejsou začleněny do výrobní U buňky (linky), ale jsou umístěny mimo pracoviště. Přídavné operace zajišťují plynulou přípravu vstupního materiálu, který následně vstupuje ve výrobních dávkách do výrobní buňky (U-CELL).
Těmito přípravnými operacemi je proces lakování a dělení DPS.
Lakování je prováděno pomocí lakovacího zařízení Asymtek SL940. Lakování jednotlivých DPS dochází v panelu, kdy po načtení DMX dojde k automatickému výběru lakovacího programu. Po lakovacím procesu pokračuje panel automaticky do UV pece, kde dochází k vytvrzení laku pod UV světlem.
Obr. 25: Osazovací plán DPS pro vizuální kontrolu
43
Na obrázku č. 25 můţeme vidět osazovací plán desky plošných spojů vyráběného klíčku. Červeně je vyznačena oblast, která nesmí obsahovat ţádný lak. Modře pak minimální oblast, která musí být zalakovaná. Kaţdý vyrobený klíček se takto vizuálně kontroluje pod UV lampou na pracovišti vizuální kontroly. Rozmístění tohoto pracoviště můţeme vidět na obrázku č. 26.
Obr. 26: Rozmístění pracoviště „vizuální kontrola po lakování“
Obr. 27: Vizuální kontrola kusů pod UV lampou
K dělení je určená speciální automatická pila, kdy jednotlivé DPS v panelu jsou separovány uţ na konkrétní desky plošky spojů.
44
DPS - WIP
Final Montage
Opt ica l
Gat e
R P AE S S D (H )
Laser
COVER ASSY
Pre tes t
Final Test
Press
PR E A SS
(S D)
Hotovévýrobky
PCB
1 1
1 1
1 6
3 1
31 2
6.2.2.2 Montáţní linka (U-CELL)
Sekundárním procesním krokem je následná finální montáţ klíčku. Finální montáţi předchází přípravné operace, které zajistí potřebné vstupy pro výrobu výrobku, jako jsou nalakování, dělení DPS a nakupované vstupní materiály. První operací je testování elektrických parametrů nadělených DPS na testovacím zařízení Pre-Test. Poté následuje předmontáţ středního a spodního dílu, konečná montáţ a finální otestování elektrických funkcí smontovaného klíčku. Po otestování se klíček označí laserovým vypálení kódu výrobku, následně se připevní krytka s logem, klíček se zabalí přes optickou bránu do balení, které se odesílá do skladu a k zákazníkovi.
Na obrázku č. 28 je zobrazeno schéma výrobní linky. Zařízení jsou ve výrobní buňce uspořádána tak, aby byl zajištěn tok jednoho kusu a tím i maximálně vyuţita celková kapacita linky.
Obr. 28: Schéma montáţní linky (U-CELL)
V následující tabulce č. 2 jsou vysvětleny pouţité symboly z obrázku č. 28.
45 Tab. 2: Vysvětlení symbolů schématu montáţní linky
Frekvence a schéma střídání Předávací místo mezi
operátory
Barva určuje operátora 1 Vizuální kontrola V
Pohyb operátora s výrobkem –
barevná šipka Rizikové pracoviště
Pohyb operátora bez výrobku Maximální rozpracovaná dávka na
pracovním místě 1
Úzké místo
6.3 Aplikace metody DOE v procesu lakování
Důvodem, proč byla pouţita metodika DOE v procesu výroby klíčků na lakovacím zařízení, byla zákaznická reklamace, kdy zákazník reklamoval klíček, v němţ se rychle vybíjela baterie. Proto bylo nezbytností ihned zahájit hledání kořenové příčiny daného problému a zajistit, aby se k zákazníkovi dostaly jen shodné kusy a zabránilo se opakovaným výpadkům.
V takovémto případě je rovněţ velmi důleţité ihned ohraničit dávky, které jsou neshodné. V případě, ţe známe kořenovou příčinu, je na místě selekce všech vyrobených podezřelých kusů, které jsou jak v expedičním skladu společnosti, na cestě k zákazníkovi, nebo přímo u zákazníka ve skaldu, či v procesu výroby.
Velmi důleţitým krokem při hledání jakýchkoliv kořenových příčin jsou týmové metody, které se velmi účinně zaměřují na snadné nalezení všech potenciálních kořenových příčin. Jejich uplatnění na konkrétním případu si ukáţeme v následující kapitole, kdy aplikujeme metodu DOE na procesu lakování.
6.3.1 Výběr faktorů pro DOE
Abychom mohli aplikovat metodu plánovaného experimentu na určitý problém, musíme si daný proces velmi pečlivě analyzovat a zváţit moţné příčiny. K tomuto, jak jiţ bylo zmíněno, jsou nejúčinnější metody týmové. V našem případě jsme řešili stíţnost
46
zákazníka na rychle se vybíjející baterii v klíčku pro osobní automobily. Ihned po obdrţení této informace byl svolán tým skládající se z několika členů, a to: plánovače kvality daného projektu, plánovače výroby, business team managera, group leadera, vedoucího směny, techniků, new product launch managera, kvality managera a dalších.
Po prvním obdrţeném reklamovaném kuse jsme se v týmu zaměřili na zákaznický popis defektu, a to vybitá baterie v klíči. V rámci týmu jsme aplikovali metodu
„JE / NENÍ“ pro snadnější popis problému a objasnění si, kde, kdy, proč a za jakých okolností se chyba vyskytla. Konkrétní aplikovanou metodu „JE / NENÍ“ na daný problém můţeme vidět v tabulce č. 3.
Tab. 3: Metoda řešení problému „JE / NENÍ“
Po prvotním zmapování si problému metodou „JE / NENÍ“ byla pouţita další, velmi efektivní týmová metoda pro řešení kvalitativních problémů, a to Ishikawův diagram skládající se jiţ z definovaného týmu osob ze závodu ve Frenštátě pod Radhoštěm, tak i vývojového projektového týmu sídlícího v Continentalu v Německu.
Problém
Před náběhem procesu lakování nebyl problém zaznamenán.
- baterie v klíči se vybíjí postupně
- K vybíjenní dochází postupně a nahodile - Nový design - Lakovaná verze - K vybíjenní dochází postupně a nahodile
První nález
CO?KDE?
- Nový design desky - Nové komponenty - Použitý lak - Lakované komponety
Kdy to bylo v procesu zjištěno (životní
cyklus)?
Lakovaná verze se pilotně dodává pouze do tohoto závodu.
- Nový / starý design - lakovaný / nelakovaný Objekt sledování
Problém
Pozorování na objektu
Vyskytuje se u nové verze klíčů užívající technologii lakování.
Nevyskytuje se u starší verze klíče, které lakované nejsou a u nové verze klíče bez laku.
Odchylka se projevila u zákazníka (Turecko) i během analýzy v Continental FST.
Odchylka se neprojevila během výroby v závodě Continental FST.
KDY?
Jak byla chyba objevena
JAK?
Zvýšené vybíjení baterie v klíči Abnormality
- Nový / starý design - lakovaný / nelakovaný
Zeměpisně
Popis problému JE (IS)
Chybějící
informace Rozdíly Změny
NENÍ (IS NOT)
Ve fázi zahájení prvních dodávek nových typu klíčů.
Dříve nedetekováno.
Reklamace zákaznníka Interně ve výrobě (před odesláním na sklad) nebylo detekováno Zvýšený odběr klidového
proudu (Quiescent Current) v procesoru.
Nezpůsobuje jednorázové vybití nebo zkrat klíče před testováním.
Nový design elektrického obvodu (okruhu) pro klidový proud po lakování.
Starý design elektrického obvodu (okruhu) pro klidový proud, který se nelakuje.
Výrobní závod zákazníka v Německu.
Ostatní výrobní závody - nezjištěno
47
Sestavenou Ishikawu na kvalitativní problém, problém vybíjejícího se klíčku u zákazníka, můţeme vidět na následujícím obrázku č. 29. Ishikawův diagram, nebo-li diagram rybí kosti je sloţena z části zabývající se výskytem daného defektu a z části řešící detekci.
Po vydefinování a zapsání všech moţných potenciálních příčin do Ishikawova diagramu se přistoupilo k výběru těch příčin, které se jevily týmu jako nejpravděpodobnější. Postupovalo se k nim metodou bodového hodnocení, kdy kaţdý člen týmu dostal k dispozici 6 bodů, které mohl dle svého uváţení přidělit k těm příčinám, které povaţoval za kořenové. Těchto 6 bodů kaţdý rozděloval jak pro část diagramu řešící výskyt (tj. levá část rybí kosti), tak i pro část pravou (řešící detekci).
