5.4 Analýza systému měření
5.4.1 Vyhodnocení analýzy měřícího systému
Pro zjištění opakovatelnosti a reprodukovatelnosti bylo připraveno 10 vzorků jehel, které byly hodnoceny dvěma operátory po dvou replikacích. Vyhodnocení bylo uskutečněno prostřednictvím softwaru Minitab 16 dle [24], ve kterém byl vytvořen seznam náhodně uspořádaných vzorků pro oba hodnotitele, do kterého se následně ukládaly naměřené hodnoty, které jsou k nahlédnutí v příloze F. Tvorba Worksheetu v softwaru Minitab je vyvolána následujícím příkazem:
Stat > Quality Tools > Gage Study > Create Gage R&R Study Worksheet Pro grafické znázornění jednotlivých měření slouží příkaz:
Stat > Quality tools > Gage study > Gage Run Chart
30 Gage name: Měření plochy opotřebení šicí jehly
Date of study : 18.4.2013
Obr. 5-6 Graf jednotlivých měření
V grafu na obr. 5-6 jsou znázorněny jednotlivé hodnoty měření operátorů, které představují počty čtverců mřížky, do kterých zasahovalo opotřebení šicí jehly. Pod čísly 1 – 10 jsou označeny jednotlivé vzorky jehel a přímka Mean označuje průměr celkového počtu čtverců ploch mechanického opotřebení všech vzorků. Z grafu je vidět nízkou
80 variabilitu měření vzorku jedním operátorem, tedy opakovatelnost a nízkou variabilitu měření mezi operátory navzájem, tedy reprodukovatelnost. Největší variabilitu představují hodnoty měřených vzorků navzájem.
Pro podrobnější analýzu je možné použít metodu analýzy rozptylu prostřednictvím následujícího příkazu v softwaru Minitab. Výsledkem je report, jehož vzorce výpočtů jednotlivých hodnot, jsou uvedeny v příloze G.
Stat > Quality tools > Gage study > Gage R&R study Crossed
Gage R&R Study - ANOVA Method
Gage R&R for Measurements
Two-Way ANOVA Table With Interaction
Source DF SS MS F P
Prostřednictvím dvoufakrotové metody ANOVA s interakcemi, lze konstatovat, že dle výsledků P-hodnot, při hladině významnosti α = 5%, zamítáme hypotézu o stejných středních hodnotách prvku vzorků jehel (Parts) a hodnotitelů opotřebení (Operators).
Nejvyšší variabilitu do testu vnáší prvky vzorků jehel (Parts) mezi sebou.
Gage R&R
%Contribution StdDev (SD) Study Var
Source VarComp (of VarComp) (6 * SD) %Study Var(%SV)
Total Gage R&R 0,7167 0,94 0,84656 5,0794 9,71
Repeatability 0,2000 0,26 0,44721 2,6833 5,13
Reproducibility 0,5167 0,68 0,71880 4,3128 8,24
Operators 0,0000 0,00 0,00000 0,0000 0,00
Operators*Parts 0,5167 0,68 0,71880 4,3128 8,24 Part-To-Part 75,3556 99,06 8,68076 52,0845 99,53 Total Variation 76,0722 100,00 8,72194 52,3316 100,00 Number of Distinct Categories = 14
Rozeznává více než 5 kategorií dat
81 mechanického opotřebení šicích jehel. Z výsledků si lze také povšimnout, že variabilita replikací měření jednoho operátora je nižší, než variabilita reprodukovatelnosti měření mezi operátory. Číslo 14 udává počet rozeznatelných kategorií dat, přičemž minimum pro věrohodnost testu je 5.
Grafické vyjádření pro zhodnocení přijatelnosti metody měření je shrnuto prostřednictvím šesti grafů na obrázku 5-7.
Part-to-Part
Obr. 5-7 Grafické vyjádření metody měření
Graf 1 znázorňuje, že největší procento odchylky měření je mezi měřenými vzorky navzájem.
Graf 2 znázorňuje odchylky replikací každého operátora. Pokud je bod umístěn na LCL, byla měření obou replikací shodná.
Graf 3 znázorňuje průměrné hodnoty z replikací jednotlivých měření každého operátora. Variabilita mezi vzorky převyšuje variabilitu systému měření.
Graf 4 znázorňuje hodnoty naměřených vzorků a variabilitu mezi nimi.
Graf 5 znázorňuje shodnost měření obou operátorů.
Graf 1
82 Graf 6 znázorňuje variabilitu mezi operátory z průměrů replikací jednotlivých měření operátorů.
Z výsledků matematických výpočtů i grafického vyjádření lze tedy metodu měření opotřebení plochy šicí jehly prostřednictvím mřížky prohlásit za přijatelnou.
5.5 Vyhodnocení ploch opotřebení šicích jehel
Na základě přijatelného systému měření, bylo pomocí mřížky připraveno a naměřeno celkem 24 vzorků jehel viz příloha H, jejichž plochy opotřebení jsou vyjádřeny počtem čtverců a výsledky měření jsou zaznamenány v tabulce přílohy I.
Vyhodnocení ploch mechanického opotřebení šicích jehel bude provedeno prostřednictvím dvoufaktorové metody ANOVA, přičemž jedním faktorem bude povrch šicí jehly s chlazením a bez chlazení, dále zvaný jako Typ jehly a druhým faktorem bude Strana jehly, která přestavuje pozici umístění jehly v jehelní tyči dvoujehlového šicího stroje s vázaným stehem. Hodnocení zmíněných dvou faktorů bude provedeno celkem třikrát a to po 8 hod., 16 hod. a 24 hod. Vzorce pro výpočet ANOVA v Minitabu jsou vloženy do přílohy J.
V grafu obrázku 5-8 jsou znázorněny jednotlivé hodnoty opotřebení jehel postupně po třech směnách. Za povšimnutí stojí zejména rozdíl v hodnotách pravých a levých jehel, kde u pravých jehel přibývá hodnota opotřebení povětšinou pozvolna, oproti skokovitému přírůstku opotřebení u jehel levých.
Titan bez chlazení; L Titan bez chlazení; R
Titan chlazení; L Titan chlazení; R
Velikost opotřebení šicí jehly po 8 hod, 16 hod a 24 hod
Panel variables: Typ jehly; Strana
Obr. 5-8 Hodnoty opotřebení šicích jehel po 8 hod., 16hod. a 24 hod.
83 5.5.1 Vyhodnocení mechanického opotřebení jehel po 8 hodinách
Prostřednictvím softwaru Minitab 16 byla zpracována data stavu opotřebení šicí jehly po 8 hodinách. Následující report shledává rozdíly mezi faktory Typ jehly a Strana, dle P-hodnoty, jako nevýznamné. Po 8 hodinách provozu nemá na šicí jehlu z hlediska mechanického opotřebení vliv typ jehly, ani strana uložení šicích jehel v jehelní tyči.
Two-way ANOVA: 8 hod versus Typ jehly; Strana
Source DF SS MS F P jehly s povrchovou úpravou nitridu titanu mají po 8 hodinách provozu větší odolnost proti mechanickému opotřebení oproti jehlám chromovaným. Při porovnání jehel stejné povrchové úpravy z hlediska chlazení ouška jehly, lze říci, že není jednoznačně potvrzen jeho kladný vliv na mechanické opotřebení šicí jehly. U chromových jehel bylo mechanické opotřebení při aktivním chlazení dokonce výrazně vyšší, než u jehel bez chlazení což popírá jeho vliv na plochu opotřebení.
Individual 95% CIs For Mean
Uložení jehel v jehelní tyči tedy nemá na šicí jehlu po 8 hodinách provozu vliv.
Individual 95% CIs For Mean
Na grafu obrázku 5-9 je vidět výše popsané vztahy úrovní jednotlivých faktorů. U faktoru Typ jehly jsou vidět odlehlé hodnoty chromových jehel oproti titanovým, jejichž hodnoty jsou stejnoměrné.
84
Obr. 5-9 Stav opotřebení šicích jehel po 8 hod.
Shrnutím výsledků z testu mechanického opotřebení šicích jehel po 8 hodinách lze konstatovat, že se projevil kladný vliv povrchové úpravy nitridu titanu, která lépe odolala mechanickému opotřebení, a dále se neprojevil vliv uložení jehel v jehelní tyči ani kladný vliv chlazení jehly.
5.5.2 Vyhodnocení mechanického opotřebení jehel po 16 hodinách
Prostřednictvím softwaru Minitab byla zpracována data stavu opotřebení šicí jehly po 16 hodinách. Následující report shledává rozdíly mezi faktory Typ jehly a Strana, dle P-hodnot, jako nevýznamné. Dále se však dá říci, že snižující se P-hodnota faktoru Strana po 16 hod., oproti P-hodnotě faktoru Strana po 8 hod., ukazuje na zvyšující se významnost tohoto faktoru oproti faktoru Typ jehly.
Two-way ANOVA: 16 hod versus Typ jehly; Strana
Source DF SS MS F P titanová jehla bez chlazení, která je charakterizována nízkým stupněm mechanického opotřebení na obou stranách, jak je vidět v grafu na obrázku 5-10.
85 hodinách provozu šicích jehel je vidět vzrůstající plocha opotřebení na levých jehlách.
Individual 95% CIs For Mean hodnota opotřebení jehel bez chlazení oproti jehlám s chlazením.
R
Obr. 5-10 Stav opotřebení šicích jehel po 16 hod.
Shrnutím výsledků z testu mechanického opotřebení šicích jehel po 16 hod. lze konstatovat, že mechanické opotřebení jehel se z hlediska typu povrchové úpravy začíná sjednocovat a narůstá rozdíl mechanického opotřebení vzhledem k uložení jehel v jehelní tyči, přičemž větší plochu opotřebení vykazují jehly uložené na levé straně.
86 5.5.3 Vyhodnocení mechanického opotřebení jehel po 24 hodinách
Prostřednictvím softwaru Minitab byla zpracována data stavu opotřebení šicí jehly po 24 hodinách. Následující report shledává rozdíly mezi faktory Typ jehly a Strana, dle P- hodnot, jako nevýznamné. Nízká P-hodnota faktoru Strana poukazuje na stále se zvyšující významnost faktoru, který dále poukazuje na významné opotřebení levých jehel.
Two-way ANOVA: 24 hod versus Typ jehly; Strana
Source DF SS MS F P Typ jehly 3 21 7,000 0,13 0,937 Strana 1 288 288,000 5,30 0,105 Error 3 163 54,333
Total 7 472
Průměry úrovní faktoru Typ jehly se s přibývající dobou provozu jehly sjednocují, přičemž lze říci, že stav mechanického opotřebení je u titanových jehel nepatrně lepší.
Individual 95% CIs For Mean zvětšují, přičemž plocha opotřebení levých jehel je o více než polovinu větší než u jehel pravých. s nejnižšími plochami opotřebení, jež u tohoto typu jehly nebyly předpokládané a mohou být výsledkem působení náhodných vlivů. Na grafu faktoru Strana je jasně vidět rozdíl mezi opotřebením pravých a levých jehel, kde je plocha opotřebení levých jehel výrazně větší.
87
Obr. 5-11 Stav opotřebení šicích jehel po 24 hod.
Shrnutím výsledků z testu mechanického opotřebení šicích jehel po 24 hod. lze konstatovat, že s přibývající dobou provozu titanových jehel se plochy opotřebení sjednocují s plochami opotřebení chromových jehel. Výrazným rozdílem je plocha opotřebení z hlediska uložení jehel v jehelní tyči.
5.5.4 Doporučení na základě testů opotřebení ploch v čase
Z výsledků výše uvedených testů vyplývá, že největším problémem na strojích šijících odskočené štepování je rapidně narůstající plocha opotřebení levých jehel, čímž je potvrzena hypotéza z kapitoly 4.1.4 o zatížení pravých a levých jehel. Z hlediska povrchů jehel vykazuje lepší odolnost mechanickému opotřebení jehla s povrchem nitridu titanu, jejíž opotřebení se však po 24 hodinách srovnává s opotřebením chromových jehel.
Z výsledků testu plošného sběru se ukázalo, že spodní hranice životnosti šicích jehel na stroji s odskočeným štepováním na dílně Y283 se nejčastěji pohybuje v rozmezí 15,1 až 30,53 hod.
Při vynesení průměrných hodnot ploch opotřebení na levých a pravých jehlách s chromovaným i titanovým povrchem na grafu obr. 5-11 je vidět, že hodnoty titanové levé jehly a chromové pravé jehly spolu korespondují a je tedy možná jejich kombinace. I když je opotřebení levých chromových i titanových jehel po 24 hodinách srovnatelné, jejich plochy opotřebení se po 8 a 16 hod. liší ve prospěch titanové jehly. Použitím titanové jehly na levou stranu by bylo docíleno pomalejšího nárůstu opotřebení levé jehly a zvýšení pravděpodobnosti prodloužení její životnosti. Výsledkem by byla úspora mezioperačního
88 času šičky, který je spotřebováván chůzí šičky z důvodu výměny jehel. Úspora času se projeví v prodloužení životnosti levé jehly, která již nebude muset být tak často měněna a zároveň je větší pravděpodobnost sjednocení životnosti levých i pravých jehel, čímž dojde v obou případech k eliminaci mezioperačního času.
Obr. 5-11 Průměrné hodnoty opotřebení
Doporučením je tedy zavedení zkušebního provozu titanových jehel na levé straně, přičemž by četnost výměny obou jehel byla po dobu testovacího provozu sledována a dokumentována pro následnou analýzu výsledků.
Návrhem pro navázání na DP je možnost stanovení alternativní metody vyhodnocení míry opotřebení povrchu šicích jehel např. prostřednictvím užití softwaru.
5.6 Finální test povrchových úprav
Finální test povrchových úprav spočívá ve stanovení vhodné povrchové úpravy šicí jehly a doporučení přítomnosti či absence chlazení ouška jehly. K provedení vyhodnocení byla použita data získaná sestavením již dříve zmíněných čtyř testů se třemi opakováními, které jsou výsledkem kombinace dvou faktorů, a to povrchové úpravy a chlazení.
Data v tabulce 5-2 představují množství kusů potahů ušitých jehlami do prvního výskytu třepení alespoň na jedné jehle, po kterém bylo měření ukončeno. Z dat pro vyhodnocení testu byly vyřazeny barevně označená měření s nejnižšími hodnotami z každého testu, aby nedocházelo ke zkreslení výsledků a byly zachovány stejné podmínky testu. Nízké hodnoty, které můžeme pozorovat zejména u 3. testu titanové jehly s chlazením, mohou být zapříčiněny například výrobní vadou jehly, špatným vložením jehly do jehelní tyče či jiným náhodným vlivem. Z důvodu testování na jednom typu stroje
14,5 14
89 za stejných podmínek, jehož zatížení se nemění, byla jednotka životnosti stanovena na počet kusů.
Tab. 5-2 Životnost jehel v závislosti na povrchové úpravě Číslo
testu Povrchová úprava Stav chlazení Měření 1 ks
Test byl vyhodnocen prostřednictvím metody ANOVA, která byla realizována v softwaru Minitab 16.
Z reportu níže lze pozorovat významnost faktoru chlazení, která je dána nízkou P-hodnotou. Aktivní chlazení ouška jehly nemá přímý vliv na míru opotřebení šicí jehly, ale na snižování teploty kritických oblastí jehly, jež vysokou teplotou zapříčiňují destrukci termoplastické šicí nitě. Vlivem aktivního chlazení lze tedy prodloužit použitelnost i mechanicky opotřebených šicích jehel.
Two-way ANOVA: Kusy versus povrch_1; chlazení_1
Source DF SS MS F P
Porovnáním středních hodnot a intervalů spolehlivosti jehel vzhledem k povrchové úpravě lze říci, že nebyl pozorován nijak zásadní rozdíl mezi jehlami s povrchovou úpravou chromu a nitridu titanu. Rozdílem je 44 kusů ve prospěch chromových jehel, což znamená v případě dílny Y283 4 hodinový rozdíl životnosti jehel.
Individual 95% CIs For Mean
90
Graf na obr. 5-12 znázorňuje životnost šicích jehel prostřednictvím počtu odšitých kusů potahů. Z grafu je patrné, že z hlediska povrchové úpravy je nepatrně lepší chromovaná šicí jehla a v případě chromových i titanových úprav dosahují vyšší životnosti či použitelnosti jehly, u nichž je v průběhu šití aktivní chlazení ouška jehly.
povrch_1
Obr. 5-12 Životnost jehly v závislosti na povrchu a chlazení ouška
Shrnutím testů povrchových úprav nelze jednoznačně prokázat delší životnost šicích jehel s povrchem nitridu titanu. Prostřednictvím testů byla prokázána nevýznamnost chlazení vzhledem k ploše mechanického opotřebení šicích jehel a významnost chlazení vzhledem k době použitelnosti šicí jehly.
5.6.1 Doporučení na základě výsledků testů povrchových úprav
Doporučení pro následující postup z hlediska výběru vhodného druhu jehly a podmínek šití, bude stanoveno na základě shrnutí výsledků testu povrchových úprav v závislosti na ceně šicích jehel.
Z výsledků testu opotřebení šicích jehel byly zjištěny nepatrně lepší odolnosti proti mechanickému opotřebení u titanových jehel, které se však s přibývající dobou provozu jehly začínají sjednocovat s opotřebením chromovaných jehel. Na základě znatelně většího
91 opotřebení levých jehel bylo na tuto stranu doporučeno nasazení titanových šicích jehel, které by měly sjednotit životnost s chromovou jehlou na pravé straně. Z hlediska finanční náročnosti není, dle cenového přehledu šicích jehel v tabulce 5-3, pořízení titanových jehel nadbytečnou investicí, naopak dojde v porovnání s cenou stávajících chromových jehel od firmy Schmetz dokonce i k úsporám. Za zvážení by stálo otestovat chromované jehly od výrobce Groz Beckert, který nabízí stejný typ jehly o 1,126 Kč na kuse levněji.
Tab. 5-3 Ceny šicích jehel
Dodavatel Povrch jehly Typ jehly Cena Kč / ks
Schmetz Chrom
140 Nm R
4,731 bez DPH s 8% slevou při odběru 1000ks
Groz Beckert Chrom 3,605 bez DPH s 33% slevou pro JC
Titan nitrid 4,523 bez DPH s 33% slevou pro JC
Na finanční náročnost různých alternativ šicích jehel lze vytvořit modelový příklad, který ukáže rozdíl finančních nákladů při různých kombinacích šicích jehel na jeden stroj v rámci pracovních směn jednoho týdne. Životnost šicích jehel u odskočeného štepování na dílně Y283 byla stanovena na (14,59 ~ 31) hod. a v tomto případě je jednotně vztažena na všechny tři cenové kategorie jehel a na levou i pravou jehlu. Týdenní fond pracovní doby je 112,5 hod. Podílem fondu pracovní doby a nižší hranice životnosti šicí jehly je četnost výměny jehel stanovena na 7,7 jehel za týden. Násobkem četnosti výměny šicí jehly a ceny jehly z tabulky 5-3 je dána cena konkrétních jehel za týden. V tabulce 5-4 jsou shrnuty týdenní náklady různých kombinací šicích jehel.
92 Tab. 5-4 Finanční náklady kombinací jehel
Týdenní finanční náklady na OS na dílně Y 283
Kombinace Levá jehla – Kč/týden Pravá jehla – Kč/týden L+R - Kč/týden/stroj Kombinace 1 Chrom Schmetz - 36,43 Chrom Schmetz - 36,43 72,86
Kombinace 2 Titan – Groz Beckert -
34,83 Chrom Schmetz - 36,43 71,26
Kombinace 3 Titan – Groz Beckert -34,83
Titan – Groz Beckert
-34,83 69,66
Kombinace 4 Titan – Groz Beckert -34,83
Chrom Groz Beckert
-27,76 62,59
Kombinace 1 představuje stávající stav používaných jehel ve výrobě a týdenní náklady na jejich výměnu. Z kombinace 2 vyplývá minimální úspora 2,2% oproti stávajícím podmínkám v případě zavedení titanových jehel na levou stranu a vzhledem k nižší ceně titanových jehel by bylo možné jejich nasazení i na pravou stranu, jak je vidět v kombinaci 3, která sníží týdenní náklady o 4,4%. V případě zanechání chromových jehel by bylo možné snížit náklady zavedením chromových jehel od výrobce Groz Beckert, přičemž by týdenní náklady v případě 4. kombinace klesly o 14,1%.
Dalšího nárůstu úspor bude docíleno prostřednictvím použití šicího stroje s aktivním chlazením ouška jehly, jehož kladné působení na dobu použitelnosti šicí jehly bylo prokázáno prostřednictvím výsledků finálního testu povrchových úprav.
93
Závěr
Cílem diplomové práce bylo stanovit životnost strojní šicí jehly v konkrétních podmínkách výrobního procesu ve společnosti Johnson Controls, která se zabývá výrobou kožených, textilních a kombinovaných potahů na sedačky osobních automobilů. Podnětem tohoto projektu byl vznik třepení nitě na dvoujehlovém dekorativním švu kožených modelů automobilových potahů. Předběžnou analýzou bylo zjištěno mechanické opotřebení šicích jehel a natavení konců vláken PE prošívací nitě, což poukazuje na destrukci nitě zapříčiněnou spolupůsobením ostrých oblastí opotřebené jehly a tepelného namáhání, které provází proces vysokorychlostního šití. DP se dále zabývala řešením problému z hlediska mechanického opotřebování šicí jehly. V rámci DP byly zorganizovány dva hlavní testy, z nichž bylo učiněno několik závěrů.
Prvním testem byl tzv. Plošný sběr, který byl založen na sběru opotřebovaných jehel ze dvou dílen s rozdílnou produktivitou. V průběhu plošného sběru byl makroskopicky kontrolován stav šicích jehel a bylo stanoveno 5 kritických oblastí opotřebení šicí jehly spolu s příčinami jejich vzniku. Nejkritičtějším opotřebením se z hlediska četností ukázalo opotřebení stran ouška a vybrání jehly na chapačové straně, jež je zapříčiněno těsným nastavením vzdálenosti chapače a jehly, z důvodu kterého dochází mezi těmito součástmi ke tření. Z důvodu prevence vynechání stehu na štepu, jež představuje u kožených modelů potahů problematicky opravitelnou chybu, má však své opodstatnění. Doporučením je tedy v tomto případě preventivní výměna šicích jehel, jež je dána intervalem životnosti šicí jehly, díky němuž bude po překročení spodní hranice intervalu životnosti zintenzivněna kontrola stavu nitě na štepu a po překročení horní hranice intervalu životnosti jehly bude jehla vyměněna za novou. Interval životnosti šicí jehly se na dílně Y413, která má velmi podobné zatížení všech strojů, pohyboval v průměru (10,99 ~ 23,39) hodin, což pro tuto dílnu s vyšší produktivitou znamená (209 ~ 445) ks potahů. U dílny Y283, kde je zatížení šicích strojů různorodější, nelze jednoznačně vztáhnout výsledek na celou dílnu a je nutno dodržovat údaje stanovené u každého stroje dle jeho zatížení. Doporučením pro eliminaci nestejnoměrného opotřebení stran ouška jehly vlivem pootočení jehly v jehelní tyči je zavedení jehel s plochou drážkou na dříku jehly, která pootočení jehly do nesprávné polohy zabrání.
Za účelem zvýšení životnosti šicí jehly byl sestaven druhý test, který se zabýval opotřebením šicích jehel v závislosti na povrchové úpravě, prostřednictvím něhož byl testován rozdíl mezi chromovanou jehlou a jehlou s povrchem nitridu titanu. Pro měření
94 plochy opotřebení šicích jehel byla stanovena a ověřena metoda měření pomocí sítě, jež
94 plochy opotřebení šicích jehel byla stanovena a ověřena metoda měření pomocí sítě, jež