Tillämpning av statistisk försöksplanering
vid industriell brödtillverkning
Oliver Angelöv
2015
Civilingenjörsexamen Industriell ekonomi
Luleå tekniska universitet
Tillämpning av statistisk försöksplanering vid industriell
brödtillverkning
Application of design of experiments in industrial bread
manufacturing
Examensarbete utfört inom ämnesområdet kvalitetsteknik vid Luleå tekniska universitet och ett företag i livsmedelsbranschen.
Av:
Oliver Angelöv Luleå 2015-06-10
Handledare:
Erik Vanhatalo, Luleå tekniska universitet
I
Förord
Examensarbetet markerar slutet av mina fem års studier inom civilingenjörsprogrammet industriell ekonomi vid Luleå tekniska universitet. Det har varit en fantastisk upplevelse att spendera denna tid vid universitetet där jag inte bara har tagit del av utbildning i världsklass utan även skapat oförglömliga minnen tillsammans med många vänner jag träffat genom studierna. Detta tar jag med mig när jag nu påbörjar en ny fas i livet där jag ser fram mot nya spännande utmaningar. Examensarbetet har varit mycket intressant och lärorikt. Hela arbetsprocessen har lärt mig mycket om försöksplanering men även mycket om mig själv, då vägen inte var utstakad och där det fullständiga ansvaret vilade på mina axlar.
Det finns många som förtjänar ett tack, över den resa som nu är över. Jag vill tacka Carina för att du tog dig tid för mig när jag behövde det som mest. Du gav mig råd och idéer men också ett lugn, när saker inte gick som planerat. Jag vill också tacka min handledare Erik Vanhatalo för dina ovärdeliga åsikter. Du hjälpte mig utveckla examensarbetet till något större än vad jag själv planerat. Till slut vill jag tacka mina nära och kära som hjälpt mig under examensarbetets gång. Pernilla, Rickard och Erik, tack.
Luleå, Juni 2015 Oliver Angelöv
II
Abstract
In a world where quality is increasingly important, the industry has a need to continuously improve product quality. One way to improve quality is through the use of statistical methods which can produce information needed to better understand cause and effect relationships in production processes. Several of these statistical methods, such as design of experiments and statistical process control, are however not used in a large scale in industry due to usage barriers. This thesis aims to lower one of these barriers which is the lack of a tangible approach to design of experiments, which is one of the least used statistical methods in the industry.
This thesis consists of a case study at a company within the food industry where several cycles of design of experiments are executed in order to identify improvements to the design of experiments process as well as improving product quality. A bread product is chosen to be investigated. The case study includes analysis of historical production data and previous studies as well as interviews with employees in order to identify possible affecting factors. Based on this screening, three cycles of design of experiments are performed. The mixing time of the dough is investigated in the first cycle. The second cycle includes the mixing time, the fermentation time of the bread as well as the fermentation temperature. The last experiment once again focuses on the mixing time of the dough. The result shows that the mixing time does not affect the bread quality but the fermenting time and temperature affects the height of the products.
While performing the design of experiments process several complications and differences from the recommended approaches in the literature occurred. For example this thesis uses historical data, interviews and previous studies as means for screening while the literature typically recommends the use of fractional factorial experiments. Based on these complications and differences the recommendations of the thesis are constructed to improve the design of experiment process.
The recommended design of experiments approach includes includes six phases. One of the phases is newly developed by the author and the purpose is to make use of the production operators and their experiences from performing the experiments. The contents of the phases are also developed from the case study where a new checklist is made for the planning of future experiments. The checklist is based on the literature as well as conclusions from this study and it aims to address complications that occurred in this thesis.
III
Sammanfattning
I en värld där kvalitet blir allt viktigare behöver industrin fortsätta att kontinuerligt förbättra produktkvaliteten. Genom statistiska metoder kan organisationer skapa kunskap om produkter och processer som sedan kan användas i förbättringsarbete. Dock används statistiska metoder såsom försöksplanering och statistisk processtyrning i en relativt liten utsträckning inom industrin på grund av användningsbarriärer. Syftet med examensarbetet är att försöka reducera en barriär till en av de minst använda statistiska metoderna, försöksplanering. Den valda barriären är en oklar arbetsgång vid användning av försöksplanering.
Examensarbetet genomförs som en fallstudie på ett företag inom livsmedelsbranschen, där flera omgångar av försöksplanering utförs i syfte att identifiera förbättringsmöjligheter i försöksplaneringsprocessen och att förbättra företagets produkt. Den utvalda produkten är en typ av bröd. Fallstudien innefattar analys av historisk data och tidigare studier samt intervjuer med anställda inom företaget för att identifiera potentiellt påverkande faktorer. Därefter utförs experiment i tre omgångar där tre olika faktorer undersöks. Först studeras rörtidens påverkan. Därefter görs experiment med rörtiden, jästiden samt jästemperaturen och slutligen utförs ytterligare experiment med rörtiden. Slutsatsen är att rörtiden inte påverkar produktkvaliteten medan jästiden och jästemperaturen påverkar höjden av produkterna.
Under försöksplaneringens gång påträffas flertalet komplikationer samt skillnader i jämförelse med litteraturens rekommendationer. Exempelvis används granskning av tidigare data, intervjuer och tidigare studier för att identifiera inressanta försöksfaktorer i detta examensarbete. Detta skiljer sig då litteraturen normalt rekommenderar användning av reducerade faktorförsök vid screening. Utifrån dessa komplikationer och skillnader skapas en rekommenderad arbetsgång för försöksplanering.
Arbetsgången innehåller sex faser. En av faserna är ny och innebär att produktionspersonalen ger feedback till försöksplaneringsansvarig hur de uppfattade försöken och vad de observerade i produktionen när försöken utfördes. Flera av fasernas innehåll utvecklas också. Exempelvis ska framtida planeringar av försök göras via en checklista. Checklistan baseras på litteratur och utvecklas för att minska problemen som upplevdes inom examensarbetet.
IV
Innehållsförteckning
1 Introduktion ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Problembeskrivning ... 2
1.3 Syfte och avgränsningar ... 3
1.4 Rapportens struktur ... 4 2 Företagspresentation ... 5 2.1 Företaget ... 5 3 Teoretisk referensram ... 7 3.1 Försöksplanering ... 7 3.2 Analys av faktorförsök ... 12
3.3 Kritiska faktorer för försöksplaneringsprocessen ... 13
3.4 Industriell brödbakning ... 15 4 Metod ... 16 4.1 Sammanfattning av metod ... 16 4.2 Forskningssyfte ... 16 4.3 Forskningsansats ... 18 4.4 Forskningsstrategi ... 19
4.5 Datainsamling och analys ... 19
4.6 Validitet och reliabilitet ... 21
5 Resultat ... 24
5.1 Resultatkapitlets struktur ... 24
5.2 Analys av befintlig data ... 24
5.3 Mätsystemanalys ... 31
5.4 Försök med jäseffekt och rörtid ... 32
5.5 Utredning om rörtidens påverkan ... 39
5.6 Försöksplaneringsprocessen ... 43
6 Slutsatser och rekommendationer ... 45
6.1 Försöksplaneringsprocessen ... 45
6.2 För företaget ... 48
7 Diskussion ... 50
7.1 Validitet och reliabilitet ... 50
7.2 Examensarbetets övergripande syfte ... 51
7.3 Examensarbetets underliggande syfte ... 52
7.4 Förslag till fortsatt arbete ... 53
Litteraturförteckning ... 54
Bilagaförteckning
Bilaga 1 – Samtliga variabler ... a-b Bilaga 2 – Analys av befintlig data ... c-o
1
1 Introduktion
Introduktionen presenterar att försöksplanering inte används i en tillräckligt stor utsträckning och identifierar tänkbara anledningar till detta. Kapitlet börjar med bakgrund samt beskrivning av problemet för att ge en förståelse av kontexten. Därefter definieras examensarbetets syfte och sist presenteras rapportens struktur.
1.1 Bakgrund
Kvalitet har definierats av Juran & Gryna (1988) som ”fitness for use” vilket betyder lämplighet för användning. De fortsätter sedan med att beskriva produkter som inte bara fysiska, utan allt som är resultatet av en process. Kvalitet är en essentiell del i ett företags framgångar enligt Montgomery (2009). Gavin (1984) understryker detta genom att påvisa en positiv korrelation mellan kvalitet och marknadsandelar. Offensiv kvalitetsutveckling är ett system av värderingar, arbetssätt och verktyg som användas för att arbeta med ständiga förbättringar. Begreppet definieras enligt Bergman och Klefsjö (2012, s. 38) som ”att man ständigt strävar efter att uppfylla och
helst överträffa kundernas behov och förväntningar till lägsta möjliga kostnad genom ett kontinuerligt förbättringsarbete i vilket alla är engagerade och som har fokus på organisationens processer”, där kunskap om processer används för att bedriva
förbättringar. Detta är viktigt även ur ett hållbarhetsperspektiv då resurseffektivisering har pekats ut som en kritisk faktor för en hållbar utveckling globalt sett (Fegler & Unemo, 1999/2000).
Statistiska metoder är viktiga i kvalitetsutveckling enligt Ryan (2011) då de utgör besluthjälpmedel för att till exempel avgöra när variationen i en process är onormal eller identifiera faktorer som påverkar processen. Statistiska metoder bidrar därför med ökad kunskap om processen. Bergman och Klefsjö (2012) håller med föregående och beskriver att vanligt använda statistiska metoder inom kvalitetsutveckling inkluderar statistisk processtyrning (SPS), tillförlitlighetsberäkningar, duglighet och försöksplanering. SPS används enligt Montgomery (2009) för att synliggöra variationer i processer och är en grund för förbättringsarbete vars mål är att reducera variation. Tillförlitlighetsberäkningar består bland annat av att tiden mellan fel, tiden det tar att reparera samt tiden innan reparationer kan påbörjas utvärderas för att få högsta möjliga tillförlitlighet i ett system (Bergman & Klefsjö, 2012). Duglighet används för att kontrollera i hur stor grad produkternas egenskaper uppfyller kundernas specifikationskrav (Stuart, Mullins & Drew, 1996).
2
Enligt Lye (2005) är försöksplanering en metod för att systematiskt applicera ett statistiskt angreppssätt vid planering, genomförande och analys av experiment. Metoden har under en längre tid varit en viktig del i kvalitetskoncept såsom Sex Sigma (Montgomery, 2009) och Total Quality Management (TQM) (Powell, 1995). Försöksplanering är enligt Montgomery (2013) ett arbetssätt för att identifiera kausala samband mellan försöksfaktorer och en eller flera responsvariabler (kvalitetsparametrar) hos produkten eller processen. Bergman (1992) beskriver på ett liknande sätt syftet med försöksplanering som att skapa kunskap om processer, att få fram underlag till att lösa kvalitetsproblem samt att förbättra processutbytet.
1.2 Problembeskrivning
Enligt Bergman (1992) har industrin ett stort behov av att använda sig av försöksplanering. Det finns inga tecken på att detta har förändrats de senaste 20 åren. Det har gjorts flertalet undersökningar på hur utspridd användningen av försöksplanering är och det verkar finnas en stor potential till ökad användning. Gremyr, Arvidsson och Johansson (2003) visade i en studie av tillverkningsindustrin i Sverige att 53 % av de 105 intervjuade företagen använde sig av någon form av försöksplanering där stora företag använder det i högre utsträckning. I en liknande undersökning av alumner från Luleå tekniska universitet av Bergquist och Albing (2006) visade användningen av försöksplanering vara låg. Speciellt i de viktigaste processerna där endast 4 % av företagen använde sig av metoden. Nyligen gjordes en uppföljningsstudie där det konstaterades att användningen av försöksplanering gått upp generellt, men att användningen fortfarande är låga 4 % i de viktigaste processerna (Lundkvist, Bergquist & Vanhatalo, 2014). Detta är ett problem eftersom många företag då inte antas ha anammat ett statistiskt tänkande fullt ut. Enligt Hoerl och Snee (2010) är det endast när statistiska metoder används i de viktigaste processerna, som det statistiska perspektivet får fäste i företaget samt de statistiska metoderna blir som effektivast.
Det finns tendenser att vissa industrier använder sig av försöksplanering i högre utsträckning än andra. Exempelvis identifierade Allias, Perrot, Curt och Trystam (2007) att processer i traditionella livsmedelsindustrier oftare styrs utifrån de anställdas erfarenheter. Med detta som grund uppmärksammade Purlis (2014) att behovet av att implementera ett statistiskt kvalitetsutvecklingsarbete är stort i livsmedelsindustrier.
3
Undersökningar har även gjorts i andra länder än Sverige, en studie av tillverkningsföretag i Baskien visade att endast 20 % av företagen använde sig av en statistisk metodologi vid experiment (Tanco, Viles, Ilzarbe & Álvarez, 2008). Till följd av detta gjordes en uppföljningsstudie av Tanco, Viles, Ilzarbe och Álvarez (2010) som undersökte anledningarna varför försöksplanering inte används i tillverkningsindustrin i större utsträckning. Studien identifierade en brist på en konkret arbetsgång som en stor barriär i användandet av försöksplanering. Bristen uppstår då utbildningar fokuserar mer på numerisk analys än själva implementeringen av försöksplanering (Tanco, Viles, Ilzarbe & Alvarez, 2009).
Sammanfattningsvis har det identifierats att industrin i allmänhet och livsmedelsindustrin i synnerhet har ett behov av att använda sig av försöksplanering. En viktig barriär till varför industrin inte använder försöksplanering i större utsträckning är att försöksplaneringens arbetsgång inte är tillräckligt konkret.
1.3 Syfte och avgränsningar
Examensarbetets övergripande syfte är att beskriva och exemplifiera hur initial användning av försöksplanering kan se ut inom ett företag. Examensarbetet utförs för att visa en konkret arbetsgång för metoden då en otydlig arbetsgång tidigare identifierats som en stor barriär för användandet av försöksplanering. Förhoppningen är att examensarbetet kan exemplifiera en tydlig arbetsgång och därmed bidra till ökad användning av försöksplanering. Syftet avgränsas genom att fokusera på ett företag som inte använt sig av metoden tidigare, inom en bransch där försöksplanering används i mindre omfattning. Avgränsningen är gjord av författaren då det bedöms viktigt att påvisa att företag som inte tidigare använt sig av försöksplanering kan ha nytta av metoden. Branschen i det akuella fallet är livsmedelsbranschen.
För att exemplifiera en tydlig arbetsgång samt hitta förbättringar till arbetsgången behöver försöksplanering utövas, därför skapades ett sekundärt syfte. Det sekundära syftet innefattar användning av försöksplanering för att höja kvaliteten på produkter samt eventuellt förbättra processutbytet hos det aktuella företaget. Utifrån det sekundära syftet dras slutsatser som används för att skapa en konkret arbetsgång, se Figur 1-1. Enligt Montgomery (2013) ligger det i försöksplaneringens natur att endast kunna undersöka en produktionslinje och en produkt samtidigt. Av den anledningen innebär avgränsningarna i examensarbetet att endast en produktionslinje och en produkt inkluderas.
4
FIGUR 1-1.ILLUSTRATION AV DE TVÅ SYFTENS RELATION.
FÖRSÖKSPLANERING UTÖVAS FÖR ATT EXEMPLIFIERA EN KONKRET ARBETSGÅNG FÖR FÖRSÖKSPLANERING.
1.4 Rapportens struktur
Examensarbetet uppfyller syftet genom att först beskriva företaget och dess processer. Nästkommande kapitel är ett teorikapitel som beskriver tidigare studier samt teorier och modeller inom det aktuella området. Vidare presenteras metoder för datainsamling och analys. Därefter redovisas resultatet som innehåller både analyser och presentation av empiri. Utifrån resultatet dras slutsatser och rekommendationer skapas. Sista delen av rapporten diskuterar validiteten, reliabiliteten, rekommendationer samt ger förslag på hur fortsatt arbete inom samma område kan utformas. Rapportens struktur kan ses i sin helhet i Figur 1-2.
Konkret arbetsgång Försöksplanerings-
utövning
5
2 Företagspresentation
Kapitlet behandlar information om det studerade företaget. I arbetet kan känslig data förekomma, av den anledningen vill företaget vara anonymnt samt att viss data maskeras. Först presenteras generell information om företaget och sedan presenteras en karta över processen som examensarbetet behandlar.
2.1 Företagsinformation
Företaget har tillverkat bröd i flera generationer och har idag en omsättning på cirka en miljard kronor. De arbetar i dagsläget inte med Sex Sigma eller TQM, men de vill undersöka vilka möjligheter de har att utveckla sitt kvalitetsarbete genom att använda sig av försöksplanering.
2.1.1 Övergripande processkarta
Produktionslinjen som studeras börjar med blandaren, där brödets ingredienser tillsätts i kärl som blandas på olika sätt beroende på vilket bröd som tillverkas. I detta steg kan ingrediensernas mängder bestämmas. En komplett lista på inställningarna som kan göras på linjen finns i Bilaga 1. Degen jäses sedan på transportband som slutar i en utmatning av degen på produktionslinjen där det finns ett kontinuerligt flöde av deg.
Det finns automatiska kavlar på produktionslinjen som imiterar manuell kavling, sedan tunnas degen ut genom att föras mellan lansar där brödens tjocklek bestäms i två steg. I nästa delprocess stansas brödens form ut för att i nästa steg transporteras fram till en av de två jäsugnarna där bland annat temperaturen, tiden och luftfuktigheten kan bestämmas. Till sist gräddas bröden i ugnen för att sedan kylas i spiralkylen och slutförvaras i frysen innan leverans till kund. I Figur 2-1 finns en schematisk bild av brödtillverkningsprocessen. Längs produktionslinjen finns delprocesser som strör mjöl både på och under degen, maskiner som strör frön på brödet samt en delprocess som sprayar en spraylösning på brödet som får frön att fastna lättare. Mellan lansarna och stansningen finns också ”naggar” som gör ett mönster på degen. Deg som uteblir efter stansningen återanvänds och transporteras tillbaka till utmatning på linjen.
6
Det finns tre kvalitetskontroller på produktionslinjen (representeras av röda cirklar i figuren), den första är efter stansningen av bröden. Där kontrolleras vikten på 10 stycken bröd samtidigt för att avgöra om de är tillräckligt tjocka. Vid den andra kvalitetskontrollen mäts brödets vikt, höjd, bredd samt längd på 10 stycken individuellt utvalda bröd. Dessa två kvalitetskontroller tar prover kontinuerligt under produktion i fasta intervaller.
Den sista kvalitetskontrollen sker när brödet varit fryst under minst 24 timmar, vilket är ett krav innan leverans till kund. Brödet tinas och sedan mäts fukt, höjd, vikt, mögel (hur många dagar det tar för bröden att mögla) och textur (hur mjukt brödet är). Efter utförd mätning kasseras produkterna vilket gör att nya bröd testas varje gång. Mögelmätningar görs genom visuell inspektion medan textur-, höjd- och fuktighetsmätningar görs maskinellt. Höjd- och texturmätningar görs med 3 bröd staplade på varandra. I detta examensarbete används data från den sista kvalitetskontrollen. I Tabell 2-1 redovisas kvalitetsresponserna samt hur de bedöms.
TABELL 2-1.TABELL SOM BESKRIVER VAD SOM MENAS MED ETT KVALITATIVT BRÖD UTIFRÅN KVALITETSRESPONSERNA.
Kvalitetsrespons: Önskat värde:
Vikt Över ett visst värde
Fukt Så högt värde som möjligt Höjd Över ett visst värde
Mögel Över ett visst värde Textur Så lågt värde som möjligt
FIGUR 2-1.SCHEMATISK BESKRIVNING AV BRÖDTILLVERKNINGSPROCESSEN DÄR DE RÖDA RINGARNA VISAR KVALITETSKONTROLLERNAS PLACERINGAR.
7
3 Teoretisk referensram
Kapitlet beskriver litteratur som använts vid planering och analys av försöksplanering i examensarbetet. Kritiska faktorer till lyckad försöksplanering och tidigare studier inom industriell brödbakning introduceras även för att ge läsaren en grundläggande förståelse för området.
3.1 Försöksplanering
Enligt Montgomery (2013) måste processers variabler ändras för att orsak och verkan ska förstås i processen. Då försöksfaktorer ändras, observeras förändringar i den utåtgående produkten eller i andra processvariabler, se illustration i Figur 3-1. Försök inkluderar ofta flertalet faktorer. Syftet med försöksplanering är att bestämma vilka variabler som påverkar och hur de påverkar en viss egenskap av produkten
8
FIGUR 3-1.ILLUSTRATIV BILD HUR FAKTORER PÅVERKAR EN PROCESS OCH PRODUKTERNA SOM UTKOMMER FRÅN DEN (MONTGOMERY,2013).
När en faktor i taget undersöks krävs många försök, vilket resulterar i höga kostnader inom industrin (Bergman & Klefsjö, 2012). En-faktor-i-taget-försök medför också att samspel mellan variabler (flerfaktorsamspel) inte kan undersökas (Montgomery, 2013).
3.1.1 Faktorförsök
Faktorförsök utvecklades för att maximera informationsutbytet av försöken samt för att reducera kostnaderna. Montgomery (2013) definierar faktorförsök som ”att alla
möjliga kombinationer av faktorernas nivåer undersöks genom experiment” (s. 183) där
faktorernas effekter beskriver ändringen hos slutprodukten när faktorn ändras. De vanligaste faktorförsöken är tvånivåers faktorförsök då de snabbt ger en överskådlig bild över påverkande faktorer. Faktorförsök betecknas som 𝐹𝑘, där k representerar
antalet faktorer (variabler) som undersöks och F representerar antalet nivåer (Barker, 1994).
Montgomery (2013) påpekar att tvånivåers faktorförsök endast kan upptäcka linjära samband och att försök med fler än två nivåer kan upptäcka kurvaturer i effekterna. Med kurvaturer menas effekter som har ett kvadratiskt samband med responsvariabeln (Bergman, 1992). Centrumpunkter (försök vars nivåer är i mitten av den höga och den låga nivån) inkluderas ofta i försöksplaner för att utvärdera om det finns indikationer på kvadratiska effekter.
Om sannolikheten för flerfaktorsamspel bedöms liten kan det vara fördelaktigt att använda reducerade faktorförsök (Bergman & Klefsjö, 2012). Detta görs genom att ytterligare variabler överlagras på samspel, vanligast samspelen som har flest faktorer i sig (Bergman, 1992). Detta medför en osäkerhet, om det är samspelseffekten eller överlagringen som påverkar processen då de har samma teckenföljd. Ett exempel på en sådan överlagring finns i tabell Tabell 3-1.
TABELL 3-1.EXEMPEL PÅ EN 𝟐𝟒−𝟏 REDUCERAD FÖRSÖKSPLAN DÄR FAKTORN D ÖVERLAGRAS PÅ SAMSPELET AXBXC.
Delförsök
nr: A B C AxB AxC BxC AxBxC D
1 - - - + + + -
2 + - - - - + +
3 - + - - + - +
9
5 - - + + - - +
6 + - + - + - -
7 - + + - - + -
8 + + + + + + +
I Tabell 3-1 kan det genom visuell inspektion identifieras att de två samspelen CxD samt AxB har samma teckenföljd vilket gör det problematiskt att avgöra vilka samspel som är aktiva (påverkande). Hur dessa samspel överlagras på varandra kallas för överlagringsmönster (Bergman, 1992). I Tabell 3-1 överlagrades D=AxBxC vilket enligt Bergman (1992) benäms som den definierade likheten. Genom matrismultiplikation med faktorn D på båda sidor kan enhetsmatrisen I=AxBxCxD beräknas, vilket kallas för försöksplanens definierade relation. Enligt Bergman (1992) kan försöksplanens upplösning identifieras genom att titta på den kortaste ordlängden i den definierade relationen hos en försöksplan. Upplösning tre innebär att tvåfaktorssamspel finns överlagrade på huvudeffekterna, upplösning fyra innebär att trefaktorsamspel finns överlagrade på huvudeffekterna och så vidare. De vanligaste upplösningarna som används är tre, fyra och fem (Montgomery, 2013). Generellt anses samspel mellan tre faktorer och högre osannolika vilket gör att de ofta bortses vid analysen enligt Montgomery (2013). Genom reducerade faktorförsök kan fler variabler testas vilket gör att färre försök behövs. Kraftigt reducerade faktorförsök används ofta enligt Barker (1994) för screeningförsök. En screening innebär initiella försök som ger en generell uppfattning om vilka faktorer som är aktiva (påverkar responsen) (Bergman, 1992).
Enligt Montgomery (2013) borde screeningförsök maximalt stå för 25 % av försöksbudgeten. Screening är viktigt då icke-påverkande faktorer sållas bort i ett tidigt stadie vilket sparar tid, material och andra resurser. Även Bergman (1992) anser att screening är viktigt och han rekommenderar tre stycken försöksomgångar som ett vanligt försöksupplägg. Hans strategi är att först använda ett hårt reducerat försök, följt av ett mindre hårt reducerat försök och slutligen ett fullständigt försök med centrumpunkter. Enligt Bergman (1992) och Montgomery (2013) är det viktigt att bedriva sekventiell försöksplanering då de inblandande personerna lär sig mycket om processen under experimentens gång.
Utöver de beskrivna faktorförsöken ovan finns en speciell variant som kallas för split-plot försök. Enligt Montgomery (2013) innebär split-plot försök att randomisering frångås, istället anpassas försöken till att vissa faktorer är svårare att
10
variera än andra. Konkret medför ett split-plot försök färre ändringar av nivåer på en eller flera variabler, vilket innebär att det är svårare att upptäcka effekter på de faktorerna. Fördelen med split-plot försök är att experimenten blir lättare att utföra. Ett split-plot försök innebär att de olika försöken delas in i subplots och wholeplots där wholeplotsen beskrivs som varje ändring av den svårare variabeln. Inom dessa wholeplots finns ett antal subplots som beskriver nivåerna av de övriga faktorerna (Montgomery, 2013).
3.1.2 Planering av försök
Coleman och Montgomery (1993) skapade en checklista för hur planering av försök kan göras och den presenteras i Tabell 3-2. Listan är konstruerad för att hantera komplexa experiment på ett strukturerat sätt. Den kommer enligt författarna till mest nytta när den används i tidigt skede inom projekt. Checklistan ska enligt Montgomery (2013) användas i syfte om att skapa diskussion hos de inblandande i projektet för att diskutera både design av försöksplan och hur försök ska genomföras från olika perspektiv.
Vidare påpekar Montgomery (2013) vikten av att utföra mätsystemsanalyser för att garantera att mätningarna representerar det de är avsidda att göra. Oavsett mätinstrumentens precision är det viktigt att ha kunskap om mätsäkerheten innan experimenten utförs, eftersom åtgärder kan införas för att hantera problem som ett oprecist mätinstrument medför.
Begreppen reproducerbarhet och repeterbarhet är viktiga inom mätsystemsanalyser enligt Montgomery (2009). Reproducerbarhet utvärderar om andra personer/instrument kan utföra mätningen och erhålla samma resultat. Repeterbarhet utvärderar om samma resultat fås när mätningar är gjorda under samma förutsättningar. En mätsystemsanalys är svårare att utföra då det inte är möjligt att mäta samma produkt flera gånger, vid till exempel förstörande provtagningar. Det normala tillvägagångssättet för att hantera dessa problem är att flera produkter inom samma batch tas ut och testas där inomgruppsvariaitonen antas
11
vara noll (Phillips, Jeffries, Schneider & Frankoski, 1997). Metoden innebär att all variation som uppmätts tillskrivs mätsystemet.
TABELL 3-2.CHECKLISTA VID PLANERING AV FÖRSÖK (COLEMAN &MONTGOMERY,1993).
Nr: Vad ska göras:
1 Namn, organisation och titel: Bestäm namn och organisation för utföraren av
experimenten samt titel för arbetet.
2 Mål: Beskriv målet med experimenten. Målet ska vara specifierat, mätbart och
praktiskt.
3 Bakgrund: Beskriv bakgrunden till responsvariablerna. Bakgrunden kan bestå
av teoretiska resonemang, erfarenheter och tidigare experiment.
4 Responsvariabler: Bestäm vilka responsvariabler som ska mätas, vilka nivåer
som är normala för variabeln samt precisionen den kan mätas på.
5 Försöksfaktorer: Bestäm vilka försöksfaktorer som ska mätas, vilka nivåer som
är normala för faktorn, hur mycket den kan varieras, precisionen som den kan mätas på samt vad för förväntad effekt den har på responserna.
6 Konstanta variabler: Bestäm vilka variabler som ska hållas konstanta, vilka
nivåer som de får varieras under, precisionen som de kan mätas på, hur de kan kontrolleras samt förväntad effekt de har på responserna.
7 Störfaktorer: Identifiera störfaktorer, hur de kan mätas, hur de ska förhindras
att påverka resultatet samt vad den förväntas påverka.
8 Samspel: Identifiera eventuella samspel som tros påverka.
9 Avgränsningar: Beskriv avgränsningar för experimenten, till exempel hur
många försök som får göras eller svårigheter i hur variabler kan varieras.
10 Design/Försökspreferenser: Beskriv vald design och skälen för dessa, till
exempel om randomisering är att föredra, hur många försök som ska göras och vilken upplösning som är tänkbar.
12 och presenteras.
12 Ansvarig: Bestäm ansvarig för experimenten.
13 Provförsök: Ska provförsök användas, varför / varför inte?
3.2 Analys av faktorförsök
För att avgöra vilka faktorer som påverkar responserna måste data från experimenten analyseras. Detta delkapitel presenterar tre vanliga metoder som används för att analysera data vid försöksplanering.
3.2.1 Hypotestest (vid försök av endast en faktor)
Enkla experiment analyseras ofta med hypotestester (Montgomery, 2013). Generellt kan en modell som beskriver när en faktor ändras mellan två nivåer beskrivas som:
𝑌𝑖𝑗 = µ𝑖+ ϵ𝑖𝑗�𝑗 = 1,2, … . , 𝑛𝑖 = 1,2
𝑖 [1]
µ representerar medelvärdet av kvalitetsresponsen när faktorn är på nivå i och ϵ representerar variationen runt medelvärdet på faktornivån i och experiment j. Därefter kan t-tester utifrån värden på µ och ϵ göras för att avgöra om responsen skiljer sig åt mellan de olika nivåerna (Montgomery, 2013).
3.2.2 Normalfördelningsplot (vid icke upprepade försök)
Vid analys av icke
upprepade experiment
används oftast
FIGUR 3-2.EXEMPEL PÅ NORMALFÖRDELNINGSPLOT DÄR
13
normalfördelninsplot (Bergman, 1992). Tekniken innebär att faktorernas effekter plottas i en normalfördelningsplot för att visuellt identifiera påverkande faktorer. Metoden bygger på antagandet att icke påverkande faktorers effekter är normalfördelade med väntevärde noll. Om detta inte uppfylls är det troligt att det rör sig om en påverkande faktor (Bergman, 1992). Nedanför återfinns ett exempel där en effekt är klart påverkande, se Figur 3-2.
3.2.3 Variansanalys (ANOVA) (vid upprepade försök)
ANOVA står för ANalysis Of VAriance och används när två eller fler experiment görs med samma inställningar i åtminstone ett delförsök (Montgomery, 2013). ANOVA utgår enligt Montgomery (2013) från att den totala variansen i data kan delas in i två komponenter. Den ena komponenten beskriver skillnaderna i medelvärdet vid olika inställningar av faktorerna. Den andra komponenten är det totala medelvärdet, plus variationerna inom de olika replikaten. Sammanfattningsvis representerar ena delen hur faktorerna påverkar responsen och den andra delen respresenterar den naturliga variansen, det vill säga hur processen normalt varierar. Variansanalysen har tre grundvillkor som data måste följa enligt Barker (1994) och först är ett antagande om att varianserna oavsett processens inställningar ska vara liknande. Felaktiga slutsatser kan dras om varianserna inte är liknande. Andra villkoret är att observationerna måste vara normalfördelade, på grund av att F-tester för att jämföra de olika kvadratsummorna görs. F-tester görs bland annat för att bestämma sannolikheten att en faktor påverkar responsen. Det sista villkoret är att den naturliga variansen i processen är oberoende oavsett inställningar. Riskerna för att detta inte stämmer minimeras genom att randomisera försöken vilket gör att eventuell systematisk variation minimeras.
Det finns andra analysmetoder som exempelvis Maximum Likelihood Estimation of the variance components (MLE), som har fördelar jämfört med ANOVA. Den största fördelen är att konfidensintervaller lättare kan beräknas på de olika variationskomponenterna (Montgomery, 2013). Den vanligaste MLE metoden är REML (REstricted Maximum Likelihood) och används ofta vid split-plot försök på grund av att metoden kan uppskatta flera olika variationskomponenter. I fallet med split-plot försök handlar variationskomponenterna om subplots och wholeplots.
3.3 Kritiska faktorer för försöksplaneringsprocessen
Flertalet studier har undersökt svårigheterna vid användandet av försöksplanering. Tanco, Viles, Ilzarbe och Alvarez (2009) identifierar totalt 16 barriärer till användandet av försöksplanering, som delas upp i tre stycken områden: barrärer på
14
grund av utbildning, tekniska barriärer samt barriärer inom företaget. Tanco et al. (2009) belyser att publicerade böcker och artiklar ofta fokuserar på matematiska problem istället för att fokusera på försöksplanerings utförande. Utöver detta fokuserar 70-80 % av försöksplaneringsutbildningar på val av design och analys vilket leder till ett mindre fokus på praktiska problem. Tekniska barriärer som Tanco et al. (2009) identifierat inkluderar att försöksplanering anses vara en komplex metod vilket minskar användandet. Vidare finns inte tillräckligt många metoder som guidar användare av försöksplanering vid implementering inom industrier. En sammanfattning av samtliga barriärer identifierade av Tanco et al. (2009) finns i Tabell 3-3.
Tanco et al. (2009) beskriver förändringsmotstånd som en stor barriär samt att chefer inte är tillräckligt engagerade i användandet av försöksplanering. Det låga engagemanget hos chefer är troligtvis grundat i att chefer har en oförståelse för statistiska metoder (John och Johnson, 2002). Costa och Pires (2006) beskriver att resursallokering är viktigt samt att lagarbete är kritiskt för en framgångsrik användning av försöksplanering. Även Anderson och Shari (1999) identifierade nyckelfaktorer till användning av försöksplanering där de argumenterar att det alltid måste göras verifieringsförsök för att vara säker på att försöksplaneringens resultat säger.
TABELL 3-3.SAMTLIGA BARRIÄRER TILL FÖRSÖKSPLANERING ENLIGT TANCO ET AL.(2009).
Barriärer inom företaget: Barriärer på grund av
utbildning: Tekniska barriärer:
Förändringsmotstånd Publikationer når inte
ingenjörer Begränsad programvara Lågt engagemenag från chefer Brist på statistisk bakgrund Statistiskt språk används för att beskriva försöksplanering För lite resurser Försöksplanering lärs inte
ut på universitet Brist på metoder som guidar användare Brist på teamwork Försöksplanering lärs ut
på ett briställigt sätt
Tidigare dåliga erfarenheter av försöksplanering Negativ bild av statistisk Bristande konsultering av
statistisker Brist på teoretiska metoder att lösa praktiska problem
15
3.4 Industriell brödbakning
I över 12000 år har bakning utövats men processen är relativt outforskad. Flertalet studier har gjorts, med syfte att undersöka vilka delar i bakprocessen som är viktiga för brödets kvalitet (Mondal & Datta, 2008). En sammanfattning av delkapitlet kan hittas i Tabell 3-4.
En studie utförd på platta bröd uppmärksammade att en degblandning på totalt 10 minuter var bra för att få ett poröst bröd och en lång jäsning precis innan gräddning är viktig för att få en lång hållbarhet (Jahromi, Yazdi, Karimi & Mortazavi, 2014. En annan studie av Theirdthai, Zhou och Adamczak (2002) undersökte temperaturen och tiden i ugnen i syfte om att förbättra brödet med hänsyn till ytans färg, temperaturen i brödet samt förlusten av fukt. Resultatet visade att värmen i ugnen borde vara runt 115-176°C utspritt på 4 olika zoner där zon 1 (den första zonen i processens riktning) borde ha lägst temperatur och den sista zonen bör ha högst temperatur.
TABELL 3-4.SAMMANFATTNING AV FAKTORER SOM ÄR VIKTIGA FÖR BRÖDETS KVALITET.
Del av produktionslinje: Vad den påverkar för egenskap i brödet:
Ugn Ytans färg, viktminskning i brödet (fukthalt i brödet)
Jäsningsbana Hållbarhet
16
4 Metod
Kapitlet beskriver hur examensarbetet utförts och bakgrunderna till valen. Metodkapitlet innefattar val av forskningssyfte, ansats, strategi och datainsamling. Sist beskrivs åtgärder som tagits för att säkerställa arbetets validitet och reliabilitet.
4.1
Sammanfattning av metod
För att presentera metodvalen i examensarbetet konstruerades en sammanfattande tabell, se Tabell 4-1.
TABELL 4-1.SAMMANFATTNING AV METODVAL.
Område: Val av inriktning:
Forskningssyfte Explorativ/Hypotesprövande Forskningsansats Abduktiv
Metodiskt angreppssätt Mixmetod med fokus på kvantitativ data Forskningsstrategi Fallstudie med experimentella inslag Datainsamling Sekundärdata: Tidigare mätningar
Primärdata: Experiment, intervjuer samt observationer
Validitet och Reliabilitet Triangulering
Tidigare mätningar endast gjorda under samma förutsättringar
Transkribering av intervjuer Mätsystemsanalys
4.2 Forskningssyfte
Enligt Saunders, Lewis och Thornhill (2008) och Cargan (2007) finns tre vanligt använda studiesyften; explorativ, beskrivande och hypotesprövande. Dessa används för att klargöra vilken sorts studie som gjorts och vilken kunskap den resulterar i. Vilket av dessa syften som användes är beroende av studiens ämne. Studien kan också klassificeras utifrån hur mycket information som fanns om problemet innan studien påbörjas (Patel & Davidson, 2003).
Den hypotesprövande studiens syfte är enligt Saunders, Thornhill och Lewis (2012) att undersöka hur en variabel påverkar en annan variabel i en viss situation eller inom ett visst problem. Cargan (2007) håller med Saundersk Thornhill och Lewis (2012) och beskriver målet som att kunna förutse vad som händer när en variabel
17
ändras och varför. Dessa studier kräver enligt Patel och Davidson (2003) att det finns en förståelse om problemet i form av tidigare studier, litteratur och modeller för att kunna förklara varför situationen eller problemet uppstår och hur.
Enligt Cargan (2007) fokuserar den beskrivande studien på att identifiera variabler som normalt karakteriserar en viss företeelse. En företeelse kan till exempel vara en situation eller en grupp av människor (Kothari, 2004). Enligt Saunders et al. (2008) krävs en klar bild över fenomenet för att kunna specificera data som ska samlas in. Detta innebär att en beskrivande studie kräver att det finns tidigare forskning gjord inom området vilket också Patel och Davidsson (2003) håller med om.
Enligt Saunders et al. (2008) ska en explorativ studie undersöka en viss företeelse för att medföra nya insikter. Detta bekräftas av Kothari (2004) och han adderar att det är viktigt att en explorativ studie är utformad för att smalna av under studiens gång. Vidare beskriver Cargan (2007) att en explorativ studie karaktäriseras av ett relativt ostuderat område där målet är att ge rekommendationer för framtida forskning. Ett hypotesprövande syfte kan användas för att utreda om försöksplanering kan användas i vissa branscher. Ett sådant syfte kan användas för ett liknande examensarbete, men passar inte i detta examensarbete då det är barriärerna för användning av försöksplanering som ska minskas. En hypotesprövande studie skulle kunna undersöka hur dessa barriärer ser ut, men inte minska dem i sig.
Vidare skulle en beskrivande studie kunna användas, för att undersöka hur försöksplaneringens arbetsgång ser ut i företag som använder sig av metoden, i branscher där försöksplanering normalt inte används. Detta alternativ valdes dock bort, då det bedömdes som ett för stort område och att resursåtgången skulle bli för omfattande för ett examensarbete.
Ett explorativt syfte passar examensarbetets övergripande syfte, då nya insikter ska erhållas angående arbetsgången vid en initiell användning av försöksplanering. Ett tidigare relativt icke-undersökt område ska undersökas, vilket stödjer valet av ett explorativt syfte ytterligare.
Utöver det explorativa syftet har examensarbetet ett syfte relaterat till användningen av försöksplanering som har ett hypotesprövande syfte, där målet är att undersöka vilka faktorer som påverkar.
18
4.3 Forskningsansats
Enligt Saunders et al. (2012) finns tre forskningsansatser: induktion, deduktion och abduktion. Ghauri och Grønhaug (2005) beskriver induktion som att dra slutsatser från observationer och bygga teori utifrån dessa. Vidare beskriver Ghauri och Grønhaug (2005) att deduktion innebär att slutsatser dras genom logiska resonemang. Abduktion beskrivs som en blandning mellan induktion och deduktion (Saunders et al, 2012). Examensarbetets sekundära syfte innebär att processinställningar undersöks i omgångar, vilket är en abduktiv ansats. Även examensarbets övegripande syfte passar in på den abduktiva karaktären, då befintliga teorier används som sedan anpassas till empirin i ett abduktivt förhållningssätt.
Det metodiska angreppssättet kan vara kvalitativt eller kvantitativt. Angreppssättet beskriver hur insamling, bearbetning och analys av data ska utföras. I den kvalitativa forskningen är målet att få ett djup i den insamlade informationen vilket innebär att intervjuer är vanliga (Kothari, 2004). Dock påpekar Saunders et al. (2008) att det finns risker med att intervjuer blir skeva (partiska) vilket är negativt för resultatet. En kvantitativ studie skiljer sig mot den kvalitativa då den innehåller numerisk data genom bland annat undersökningar eller grafiska och statistiska hjälpmedel (Saunders et al, 2009).
De kvalitativa och kvantitativa synsätten kan dock kombineras till en mix-metod enligt Weathington, Cunningham och Pittenger (2012). Bryman (2013) beskriver att det vanligaste är att enkätundersökningar kompletterar kvalitativa studier och att intervjuer kompletterar kvantitativa studier.
Fokus i detta examensarbete ligger på kvantitativ data i form av mätningar från produktionslinjen. Vikten av att erfarenheter om processen tas till vara är belyst i den teoretiska referensramen. Av den anledningen är det aktuellt att samla kvalitativ data om produktionspersonalens erfarenheter. Det är särskilt viktigt då det inte finns tidigare studier som kan användas för att få kunskap om processen i fråga. Slutligen är det viktigt att kvalitativ data relaterad till examensarbetets övergripande syfte samlas in. Sammanfattningsvis användes en mixmetod med fokus på kvantitativ data.
19
4.4 Forskningsstrategi
Enligt Saunders et al. (2012) finns flera forskningsstrategier såsom experimentell studie, fallstudie, enkätstudie och arkivsökningsstudie. En fallstudie baseras på en organisation eller en plats och har fokus på ett verkligt fall där kontexten är viktig (Bryman & Bell, 2011).
Enligt Patel och Davidson (2003) och Saunders et al. (2008) syftar en experimentell studie till att undersöka variabler medan kontexten hålls under kontroll. Examensarbetet är en fallstudie då det övergripande syftet är att exemplifiera hur en initiell användning av försöksplanering kan se ut på ett företag, där kontexten är viktig. Kontexten är viktig då försöksplanering bedrivs på olika sätt beroende på hur företagets processer ser ut. Examensarbetet innehåller även experimentella delar kopplat till det sekundära syftet då processvariabler undersökts via experiment.
4.5 Datainsamling och analys
Enligt Kothari (2004) finns två sorters data, primär och sekundärdata. Primärdata samlas in första gången till studien medan sekundärdata samlas in med ett annat syfte än att inkluderas i den aktuella studien (Saunders et al. 2009). Examensarbetets datainsamling i sin helhet kan ses i Figur 4-1, kapitlet börjar med att beskriva
sekundärdata då den samlades in först.
4.5.1 Sekundärdata
Enligt Saunders et al. (2008) finns olika typer av sekundärdata där dokumenterat nerskrivet material är en typ. Enligt Bryman (1989) kan mätvärden som exempelvis lönsamhet, användas som sekundärdata och Saunders et al. (2008) påpekar även att mätvärden från produktionen kan ingå.
Tidigare
mätningar Intervjuer Experiment Observationer
FIGUR 4-1.EXAMENSARBETETS DATAINSAMLING DÄR DEN LJUSBLÅA FÄRGEN RESPRESENTERAR SEKUNDÄRDATA OCH DEN MÖRKBLÅ FÄRGEN REPRESENTERAR PRIMÄRDATA.
20
Examensarbetet har använt sekundärdata då viss data utgår ifrån tidigare mätningar från produktionslinjen. Sekundärdata användes för att förstå hur processen har fungerat och därmed hur den kan fungera i framtiden. Informationen samlades in via produktionshistorik som fanns att tillgå, där produktionsvariabler och kvalitetsresponser loggats. Totalt fanns data lagrad från över ett år bakåt i tiden, men har i flertalet fall fall inte varit komplett. Sekundärdatan fanns i excelformat som sammanställdes av författaren.
4.5.2 Primärdata
Enligt Kothari (2004) finns flera sätt att samla in primärdata, bland annat experiment, intervjuer och observationer. Experiment kan användas i syfte att samla in både kvantitativ och kvalitativ data (Luna-Reyes & Andersen, 2013). Det finns tre sorters intervjuer där graden av flexibilitet skiljer dem åt. De olika intervjuformerna är strukturerad, semistrukturerad och ostrukturerad (Kothari, 2004). Enligt Saunders et al. (2012) kan observationer användas för att samla in kvalitativ data.
I examensarbetet användes kvantitativ data (mätningar) från produktionslinjen utifrån försöksplaneringen. Utöver detta intervjuades anställda inom produktionen, totalt utfördes två intervjuer. Semistrukturerade intervjuer genomfördes där respondenterna belyste erfarenheter om produktionslinjen och tolkade den visuella analysen. Intervjun utfördes genom att respondenten fick ta del av analyserna och sedan beskriva hur de tolkade dem. Därefter ställdes följdfrågor om respondenternas erfarenheter om produktionslinjen. Intervjuerna krävde viss struktur då de utgick från tidigare analyser. Samtidigt var det viktigt att låta den intervjuade tala relativt fritt då författaren själv inte hade erfarenheter av processen. En sammanfattning av intervjuernas innehåll redovisas i resultatkapitlet, ingen komplett transkribering bifogas.
Slutligen är det nödvändigt att samla in data angående försöksplaneringsprocessen (arbetsgången av försöksplaneringen). Datainsamlingen behövs då slutsatser ska dras relaterat till examensarbetets övergripande syfte. Datainsamlingen gjordes via observationer av hur försöksplaneringen genomfördes samt komplikationer som uppstod under tiden.
4.5.3 Analys av data
Sekundärdata analyserades i programvaran Statgraphics Centurion via spridningsdiagram för att undersöka hur variablerna påverkar processen. Med hjälp av diagrammen kan korrelationer mellan processens inställningar och kvalitetsresponserna uppskattas. Eftersom sekundärdata inte utgått från
21
strukturerad försöksplanering, finns en viss osäkerhet i analysen. Denna brist gör att kausalitet mellan oberoende variabler och kvalitetsparametrar inte kan garanteras.
Information om intervjuernas tillvägagångssätt kan ses i delkapitel 4.5.2. Intervjuerna utfördes för att kontextualisera spridningsdiagrammen vilket kan ge ökad säkerhet i tolkningen. Respondenternas erfarenheter om produktionslinjen tillsammans med historisk data och tidigare studier användes för att bedöma vilka faktorer som skulle undersökas genom försöksplanering. Kompletterade försök gjordes i fallet där historisk data saknades.
Mätinstrumenten analyserades genom att undersöka variationen i mätningarna, för att säkerställa att de hade tillräckling hög precision och därmed minimera risken att felaktiga slutsatser dras. Därefter utarbetades en försöksplan som genomfördes och analyserades med hjälp av variationsanalys, där faktorer som påverkar kvalitetsresponsen kunde urskiljas. Analysen gjordes i programvaran Design Expert 9. Resultatet blev motsägelsefullt jämfört med de tidigare försöken och av den anledningen gjordes ytterligare en försöksomgång för att säkerställa att rätt slutsats drogs. Mätningarna analyserades med hjälp av hypotestest i programvaran Statgraphics Centurion.
Slutligen användes observationer om försöksplaneringsprocessen för att jämföra litteraturen med genomförd försöksplanering. Jämförelsen gjordes för att få mer kunskap om komplikationer som uppkom under arbetsgången. Detta för att utveckla en försöksplaneringsprocess utifrån lärdomar av genomförd försöksplanering.
4.6 Validitet och reliabilitet
För att minimera risken för felaktiga resultat har två dimensioner som är viktiga för studiers trovärdighet identifierats, validitet och reliabilitet (Saunders et al, 2012).
4.6.1 Validitet
Johnston och Pennypacker (2008) definierar validitet som, vilken grad den observerade informationen representerar det den ska göra. Exempelvis kan tidigare händelser leda till att resultatet får låg validitet då intervjurespondenten undanhåller information eller att situationen ändras under studiens gång (Saunders et al. 2009). Den externa validiteten beskriver hur generaliserbar en studie är, där en hög extern validitet innebär att studien är generaliserbar utanför den studerade kontexten (Saunders et al. 2012).
22
Intervjuer gjordes i examensarbetet vilket enligt Bell (2006) innebär risk för skevhet. Denna risk minimeras genom att fler intervjuer utförs, då risken för skevhet minskar när information från olika intervjuer jämförs. Totalt utfördes två intervjuer, vilket innebär att risken för skevhet inte är stor. Om intervjuerna blir skeva är risken för felaktiga slutsatser liten då intervjuresultatet testas genom experiment. Detta gör att resultatet kommer vara trovärdigt men det kan innebära att onödigt mycket resurser slösas grund av skevhet i intervjuerna. Examensarbetet använder triangulering vilket enligt Saunders et al. (2012) innebär att fler datakällor används för att stärka validiteten. I detta fall används datakällor i form av tidigare mätningar (sekundärdata) samt två intervjuer som sedan jämförs.
Det finns risk att sekundärdata inte är applicerbar på produktionslinjen i dagsläget, då linjen kan förändrats sedan data samlades. Risken har minimerats genom att endast använda mätdata som samlats in när produktionslinjen såg ut som den gjorde under arbetets gång.
Den externa validiteten i examensarbetet bedöms hög då arbetsgången som rekommenderas är ett ramverk som inte är känsligt för yttre omständigheter. Av den anledningen kan ramverket användas inom tillverkande företag utanför livsmedelsbranschen. Det bör dock påpekas att arbetsgången är beroende av produktionens utformning, därför borde arbetsgången alltid anpassas till den aktuella situationen.
4.6.2 Reliabilitet
Johnston och Pennypacker (2008) definierar reliabilitet som stabiliteten av förhållandet mellan observerade värden och händelsen som skedde. Enligt Saunders et al. (2012) finns skevhet och misstag som kan drabba både författaren och andra delaktiga i studien.
Som tidigare nämnts finns risk för skevhet vid intervjuer. Risken minimerades genom en kontinuerlig dialog mellan författare och respondenter, i syfte om att fylla i eventuella luckor av information. Intervjuerna spelades in och transkriberades, vilket gav båda parter möjlighet att korrigera eventuella missförstånd i efterhand. Viss information i rapporten kommer från informella samtal som inte spelades in eller transkriberades.
Mätningarna utvärderades med mätsystemsanalys, vilket innebär att det finns underlag för hur precisa mätinstrumenten är. Inställningarna som görs i datorn antas representera korrekta värden inom produktionslinjen.
24 Befintlig data Analys Intervjuer Kompletterande experiment med rörtid Analys Mätsystemanalys Analys Försök med jäseffekt och rörtid
Planering och genomförning av försök Analys Motsägelser i resultaten Utredning om rörtidens påverkan Planering och genomförning av försök Analys Utvärdera mot föregående resultat Försöksplanerings-processen Analys
FIGUR 5-1.RESULTATKAPITLETS STRUKTUR
5 Resultat
Avsnittet inleds med granskning av historisk data tillsammans med intervjuer och resultat från tidigare studier för att fokusera försöksplaneringen på intressanta faktorer direkt. Därefter presenteras emperi och analyser i omgångar.
5.1 Resultatkapitlets struktur
Insamling av empiri och analyser sker i omgångar eftersom kunskapen om de påverkande faktorerna utvecklades över tid när experiment och analyser utfördes, se kapitlets struktur i Figur 5-1. Arbetsgången inleddes med analys av sekundärdata och en uppfattning om påverkande faktorer skapades. Därefter intervjuades två anställda som är väl insatta i produktionslinjen för att undersöka deras erfarenheter. Dessa två datainsamlingar tillsammans med granskning av tidigare studier användes för att uppskatta vilka faktorer och responsfaktorer som var intressanta att undersöka. Därefter gjordes en mätsystemsanalys för att utvärdera dess precision. Nästa steg var att planera, genomföra och analysera försöket med jäseffekten och rörtiden. Försöket blev underlag för kommande försöksomgång. Därefter utfördes och analyserades utredningen om rörtidens påverkan. Samtliga analyser av data utfördes genom att applicera verktyg från den teoretiska referensramen, oftast med stöd av programvaror. Slutligen jämfördes försöksplaneringsprocessen med litteratur om hur försöksplanering bör bedrivas.
5.2 Analys av
befintlig
data
Sekundärdata saknar värden för ett antal variabler och det finns få mätvärden generellt vilket försvårar analysen. Utöver detta har flera variabler inte varierats vilket försvårar analysen ytterligare då ingen korrelation kan identifieras mellan
25
variablerna. Spridningsdiagram väljs som analysmetod då mer avancerade verktyg inte bedöms passa den bristfälliga datamängden.
Utifrån samtliga variabler (se Bilaga 1) uppmärksammades 28 misstänkta korrelationer mellan responser och faktorer, se Bilaga 2. Ett exempel på misstänkt korrelation redovisas i Figur 5-2. Sambandsdiagrammen behöver dock sättas i en kontext, vilket kommer göras via intervjun i nästa delkapitel. Vissa responser var svårtolkade då det fanns få mätvärden, av den anledningen fokuseras intervjuerna i större omfattning på dessa responser. Exempelvis hade responsen fukthalt i brödet endast 9 mätvärden.
5.2.1 Redovisning av intervjuer
Nedan presenteras information från de två utförda intervjuerna. Informationen summerades för att underlätta för läsaren.
De två respondenterna betonade vikten av att degen blir rätt gjord från början då det är svårt att korrigera resultatet senare på produktionslinjen. Det finns variation i
FIGUR 5-2.DIAGRAM FRÅN STATGRAPHICS CENTURION SOM VISAR EN MISSTÄNKT KORRELATION MELLAN ÖVRE VALSAR SAMT VIKTEN OCH HÖJDEN.
26
råvarorna, vilket gör att det ofta krävs inställningsändringar mellan produktionstillfällena. Variationerna är större i den aktuella produkten vilket inneburit problem historiskt. Variationerna medför att degen behöver olika mycket bearbetning. Den bearbetas mestadelsgenom jäsning och blandning där det senare är att föredra på grund av att produkten tappar i höjd om den jäser för mycket. Om degen inte bearbetas tillräckligt uppstår problem med bland annat släpp1.
Respondenterna anser att jäsningen och blandningen av degen är viktig då faktorerna påverkar de viktigaste kvalitetsparametrarna: texturen, möglet och höjden. Det anses mest fördelaktigt att ha en lång jästid och en låg jästemperatur. Men eftersom produktionspersonalen haft problem med den aktuella produkten har de tvingats öka jästemperaturen vilket påverkar brödets kvalitet negativt. Processen uppfattas även bli mer robust när jästemperaturen är lägre.
Ugnen är viktig, då den kan påverka brödets höjd samt hur stor andel fukt som behålls i brödet. Men det är oklart hur inställningarna påverkar brödet eftersom respondenterna inte har experimenterat med ugnen tidigare. Vidare påpekade den ena respondenten att han tror att det finns förbättringspotential i hur produkterna kyls ner efter bakning. Detta är inte heller något som företaget experimenterat med. De olika valsarna på produktionslinjen anses påverka hur degen bearbetas vilket innebär att de påverkar slutprodukterna. Det rådde dock konsensus om att valsarna har en mindre påverkan på kvaliteten.
Höjden är en viktig kvalitetsparameter då en ökad höjd medför en lägre textur, vilket är positivt då det leder till ett mjukare bröd. Texturen anses viktig då brödet håller sig mjukare över tid och att det blir en trevligare upplevelse för kunden att äta brödet. Med andra ord innebär en lägre textur en högre kvalitet för produkten. Brödens vikt anses också vara viktig kvalitetsparameter men responsen ska bara vara över ett minimumvärde och detsamma är det för möglet, där brödet ska hålla ett antal dagar utan att det möglar.
5.2.2 Bedömning av intervjudata
Respondenterna uttryckte områden på produktionslinjen som kan undersökas närmare genom försöksplanering. Dessa redovisas i Tabell 5-1.
TABELL 5-1.INTRESSANTA OMRÅDEN ATT FOKUSERA FORTSATT ARBETE PÅ SAMT POTENTIELLA FÖRSÖKSFAKTORER SOM INKLUDERAS I VARJE OMRÅDE.
Område: Potentiella försöksfaktorer:
27
Blandning av deg samt jäsning Rörtid, Jästid och Jästemperatur.
Kyl Kyltid, Kyltemperatur och Inställning av fläktar. Ugn Ugnstemperaturer, Förvärmning, Turbofläktar
och Gräddningstid.
Blandningen och jäsningen av degen har varit ett problemområde för den aktuella produkten under en tid. Respondenterna identifierar att rörtiden har stor påverkan, faktorn har dock inte varierats i sekundärdata vilket betyder att det inte gick att genomföra någon analys på den faktorn. Respondenternas synpunkter (förutom rörtiden) stödjs av tidigare analys vilket innebär att blandning och jäsning av deg är högintressant att undersöka samt att rörtiden med hög sannolikhet också påverkar. Spiralkylen antas ha en påverkan för nedkylningen anses påverka hur fukten binds i brödet. Produktionspersonalen har dock inte experimenterat med kylen tidigare vilket gör att det finns ett behov av att undersöka kylen närmre. Det finns dock inget starkt stöd för att kylen påverkar kvalitetsresponserna enligt tidigare analys.
Ugnen är ett område som bör undersökas eftersom produktionspersonalen inte har tillräcklig förståelse för dess påverkan hos slutprodukten. Analysen av sekundärdata visar att ugnen är en viktig faktor för höjden och texturen hos brödet. Tidigare studier har också identifierat att ugnen påverkar brödens kvalitet.
Blandning och jäsning av deg bedöms intressantast att undersökas vidare genom försöksplanering då området stödjs mest av datainsamlingen. Dessutom bedöms området ha störst förbättringspotential. Det är svårt att undersöka flera områden samtidigt då det är för många faktorer som behöver inkluderas vilket skulle föra med sig att examensarbetets omfattning blir för stor. Texturresponsen identifierades som ett problemområde i intervjuerna och därför görs avgränsningen att framtida försöksplanering ska förbättra texturen. Då jäsning och blandning av deg anses ha en stor påverkan på brödets textur passar avgränsningen bra.
Under examensarbetets gång bedrevs ett liknande projekt hos företaget vilket resulterade i en ändring av receptet. Ändringen medför att en optimering av jäsning och blandning av deg är nödvändig. Examensarbetet bedöms passa som fortsättning på det tidigare projektet. Beslutet möjliggör ett mindre experiment då det ska utvärderas om receptändringen kräver ändringar i andra inställningar. I experimentet väljs rörtiden ut eftersom faktorn inte var inkluderad i analysen av sekundärdata. Experimentet med rörtiden kommer användas som underlag för ett
28
bestämmande av faktornivåer samt för att bedöma hur faktorn påverkar brödens kvalitet.
5.2.3 Kompletterande experiment med rörtid
Det aktuella testet utvärderar endast en faktor och därför görs inte en fullständig planering som redovisat i den teoretiska referensramen då det inte bedöms fördelaktigt. Testet analyseras genom hypotestest. Då tiden är starkt begränsande väljs två replikat på två nivåer vilket innebär totalt fyra försök. Testet bör ge en bra bild av rörtiden och hur den påverkar brödet. Responsvariablerna höjd och textur väljs ut för försöket då dessa två responser är de viktigaste för brödets kvalitet. Rörtiden antas endast påverka dessa två responser. Texturen kan mätas under flera dagar, men i detta experiment görs endast mätningen dag ett då det ger en fingervisning hur texturen ser ut övriga dagar. Faktornivåerna bestäms till 25 % respektive 50 % längre än standard, då intervjurespondenterna misstänker att degen behöver bearbetas under en längre tid. Försöksplanen redovisas i Tabell 5-2.
TABELL 5-2.FÖRSÖKSPLAN INFÖR UTVÄRDERING AV FAKTORN RÖRTID.
Försök nr: Rörtid:
1 Ursrungsläget +25 % 2 Ursprungsläget + 50 % 3 Ursprungsläget + 25 % 4 Ursprungsläget + 50 %
På grund av kommunikationsproblem (produktionspersonalen uppfattade inte att två replikat skulle tillverkas), utfördes endast ett replikat på varje nivå. Detta medför att resultatet av analysen blir mindre säker. Mätningen av bröden utfördes genom att
FIGUR 5-3.LÅDADIAGRAM ÖVER HÖJDENS PÅVERKAN DÅ RÖRTIDEN ÖKAS MED 25 RESPEKTIVE 50%, FRÅN
29
15 stycken bröd från samma batch mättes när rörtiden var på respektive nivå, totalt 30 bröd testades. Bröden staplades 3 och 3 inför mätning och valdes ut slumpmässigt vilket ytterligare minimerade inomgruppsvariationerna. Anledningen till att bröden togs ur samma batch var för att minska påverkan av annan variation från processen som till exempel råvaruvariationer. Resultaten från analysen presenteras i Figur 5-3 och Figur 5-4.
Resultatet visar att texturen förbättras när rörtiden ökas (medelvärdet har minskat med 13 %) vilket höjer brödets kvalitet samtidigt som variansen halveras. Sannolikheten att rörtiden påverkar texturens medelvärde beräknas till 96,5 % enligt Statgraphics Centurion. Resultatet bekräftar både tidigare studier inom området samt vad respondenterna uttryckte. Detta betyder att en ökad rörtid leder till en minskad textur i brödet och kvaliteten på brödet blir högre. Det finns också tendenser att höjden ökar med ökad rörtid. Dessa skillnader är dock betydligt mindre (medelvärdet har ökat med 0,8 %) samt har en betydligt lägre sannolikhet (53,7 %). De låga värdena innebär att inga konkreta slutsatser kan dras om rörtiden effekt på brödens höjd. De statistiska testerna som gjordes på försöken redovisas ej då de innehåller känslig data i form av konfidensintervaller för responsernas värden.
FIGUR 5-4.LÅDADIAGRAM ÖVER TEXTURENS PÅVERKAN DÅ RÖRTIDEN ÖKAS MED 25 RESPEKTIVE 50%, FRÅN
30
31
5.3 Mätsystemanalys
En mätsystemsanalys görs för att minimera risken att felaktiga slutsatser dras. Det finns problem i mätningen av textur och höjd då bröden kasseras efter mätning. Av den anledningen utvärderas mätsystemet med metoden beskriven i den teoretiska referensramen. Kort sagt innebär metoden att inomgruppsvariaionen antas vara noll och all uppmätt variation tillskrivs mätsystemet (då produkterna tas från samma batch). Vidare kommer inte skillnaden mellan operatörer eller instrumenten att undersökas då det endast finns en operatör och ett instrument som utför kvalitetsmätningarna. Detta innebär att endast repeterbarheten kan utvärderas.
Höjdens och texturens mätsystem utvärderas genom att 24 stycken bröd mäts i 8 omgångar (brödet staplas 3 och 3 inför mätning). Bröden i staplarna och mätordningen randomiseras för att minska eventuella systematiska variationer i mätsystemet. Resultatet för höjden är att standardavvikelsen motsvarar 1,12 % av medelvärdet, motsvarande siffra för texturen är 5,45 %. Det kan konstateras att den uppmätta variationen i mätsystemet verkar vara liten och av den anledningen behövs direkta åtgärder för att minska mätsystemsvariationen. Framtida mätningar utgår därför från den normala proceduren hos företaget, det vill säga att 9 slumpmässiga bröd väljs ut och testas i tre omgångar per experiment.
32
5.4 Försök med jäseffekt och rörtid
Försöket med jäseffekt och rörtid är en fortsättning av tidigare experiment. Delkapitlet beskriver hur försöket planeras, genomförs och analyseras.
5.4.1 Planering och utförande av försök med jäseffekt och rörtid
Vid planering används checklistan beskriven i den teoretiska referensramen. I Tabell 5-3 återfinns en beskrivning över vad som ska undersökas, hur det ska undersökas samt vad målet med försöket är.
TABELL 5-3.FULLSTÄNDIG PLANERING INFÖR FÖRSÖK MED JÄSEFFEKT OCH RÖRTID.
Steg: Val:
1 Namn, organisation och titel: Planerare av experimentet är författaren,
organisationens namn är under sekretess och experimentens titel är: Försök med jäseffekt och rörtid.
2 Mål: Målet med experimenten är att undersöka vilka faktorer som påverkar
brödets kvalitet. Specifikt textur och höjden är responserna som kommer utvärderas. Dock är det viktigt att påpeka att det främst är texturen som ska undersökas då företaget har haft problem med texturen i denna produkt tidigare.
3 Bakgrund: Produktionspersonalen anser att rörtiden, jästiden och
jästemperaturen spelar stor roll för tillverkning av bröd, främst för texturen. Detta bekräftas både av tidigare analyser och experiment gjorda i delkapitel 5.2 samt tidigare studier.
4 Responsvariabler: Det finns 5 responsvariabler (se Tabell 2-1) som kan
mätas men detta bör avgränsas. Försöket fokuseras på texturen och höjden av bröden då det är dessa responser som tros påverkas av jäsning och blandning av deg. Texturen kan mätas under flera dagar men då texturen under första dagen ger en bra fingervisning hur responsen ser ut de övriga dagarna mäts den endast dag ett. Responserna mäts i samma maskin vid samma tillfälle.
Normala nivåer för responserna är under sekretess då det anses vara känslig data. Precisionen som responserna kan mätas på är hög och responserna mäts med hög säkerhet enligt tidigare gjord mätsystemsanalys. Normalt görs 3 mätningar i varje kvalitetsmätning och detta kommer också göras på varje enskilt prov i denna försöksomgång.
