E X A M E N S A R B E T E
Kvalitetssäkring av kallbearbetande tillverkningsprocess
En fallstudie utförd hos Autoliv Sverige AB
Martin Eksedler
Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet
Industriell ekonomi
Institutionen för Industriell ekonomi och samhällsvetenskap
– TITELSIDA –
Kvalitetssäkring av kallbearbetande tillverkningsprocess
En fallstudie utförd hos Autoliv Sverige AB
Quality assurance of cold working manufacturing method
A case study performed at Autoliv Sverige AB
Av Martin Eksedler Vårgårda den 4 februari 2005
Examensarbete inom kvalitetsteknik vid Luleå tekniska universitet. Utfört hos Autoliv Sverige AB i Vårgårda.
Handledare:
Charlotte Hermansson Svensson, Autoliv Sverige AB Peter Ståhlman, Luleå tekniska universitet
SAMMANFATTNING
Detta examensarbete är utfört hos Autoliv Sverige AB i Vårgårda utanför Göteborg. Autoliv är världsledande inom säkerhetsprodukter för bilindustrin; tillverkningen består främst av krockkuddar och säkerhetsbälten. I produktfloran ingår bland annat en krockkudde vid namn Inflatable Curtain, vars uppgift är att skydda huvudet vid en sidokollision. Vid en sidokollision blåses Inflatable Curtain upp med hjälp av en gasmodul, bestående av en gasgenerator och ett diffusorrör. Sammanfogningen av dessa två komponenter sker med en, för slutproduktens prestanda mycket kritisk, kallbearbetande tillverkningsmetod kallad krimpning. Syftet med examensarbetet har varit att kvalitetssäkra denna krimpningsprocess i tre av företagets produktionslinor.
För att uppfylla syftet genomfördes först en workshop där grundorsaker till problemen med krimpningsprocessen identifierades. De grundorsaker som identifierades angreps därefter med lämpliga verktyg. Försöksplanering har haft en viktig roll att fylla i examensarbetet.
Syftet med de försök som genomförts har varit att bringa klarhet i toleransgränser för två mått hos en av gasmodulens krimpar. En duglighetsstudie som syftade till att identifiera krimpningsrelaterade mått i behov av produktionstekniska förbättringar har också genomförts. Vidare har en särskild mätstudie genomförts där syftet var att identifiera en skillnad i krimpresultat mellan olika krimpmaskiner. Slutligen har även ett studiebesök hos systerbolaget Autoliv Autoflator AB genomförts för att studera hur detta företag kvalitetssäkrar sina krimpningsprocesser.
Resultatet av de inledande försöken visade att gasgeneratorn påverkades under krimpingreppet i den krimpmaskin som användes för försökens genomförande. Detta kunde inses genom att värmebeständigheten, som användes som responsvariabel, var sämre hos de krimpta gasgeneratorerna än hos de okrimpta. Analysen visade att värmebeständigheten främst försämrades av en liten krimpdiameter, varför den lägre försöksnivån senare kom att höjas för denna faktor. Vidare antogs problemet bero på variation hos krimpens axiella läge på gasmodulen, varför ett antal maskinjusteringar gjordes för att reducera denna variation.
Uppföljningsförsök visade att modulernas värmebeständighet klart förbättrades efter dessa båda justeringar. Utifrån försöken föreslås därför en revision av den nedre toleransgränsen för krimpens diameter. När det gäller duglighetsstudien tyder denna på att krimpens axialläge är det mått som har sämst centrering och högst variation. För att förbättra detta mått föreslås två produktionstekniska åtgärder som med fördel kan installeras i berörda krimpmaskiner. Slutligen har under examensarbetets genomförande framkommit att nuvarande mätmetod, där krimparna utvärderas i en profilprojektor, är bristfällig. Därför har en ny mätmetod tagits fram, där krimparna mäts upp med en särskilt framtagen mätfixtur.
Fixturen befinner sig för närvarande i ett prototypstadium, men kommer efterhand att implementeras i produktionen.
– ABSTRACT –
ABSTRACT
This master thesis was performed at Autoliv Sverige AB in Vårgårda outside Gothenburg, Sweden. Autoliv is the world leading supplier of safety products for the automotive industry.
The production primarily consists of airbags and safety belts. One of the company’s airbag models is called Inflatable Curtain, whose function is to protect the head during a side collision. In case of a side collision, Inflatable Curtain is inflated by a gas module, consisting of a gas generator and a diffuser tube. These two components are joined with a cold working manufacturing method called crimping; a very crucial process to the function of the final product. The purpose of this thesis has been to quality assure the mentioned crimping process in three of the company’s production lines.
In order to identify root causes of the problems with the crimping process, a workshop was initially performed. The identified root causes were then treated with suitable tools. Design of Experiments has played a central role in this master thesis. The purpose of the experiments performed has been to identify proper specification limits in order to evaluate one of the crimps on the gas module. Furthermore, a capability study has also been performed to identify factors with manufacturing improvement potential. Another measurement study was performed in order to identify a potential difference in crimp result between crimping machines. Finally, the quality assurance of another company’s crimping processes was studied through a study visit at Autoliv Autoflator AB in Vårgårda.
The initial experiments indicated that the gas generator was influenced during crimping in the machine used for the trials. This conclusion could be drawn through analyzing the heat resistance of the gas modules. The heat resistance, used as response variable in the experiments, was lower for the crimped gas generators relative the uncrimped ones. The analysis showed that the heat resistance decreased primarily when using a small crimping diameter. Hence, the lower experimental level for the crimping diameter was subsequently increased. The problem was also assumed to be caused by variability in the axial position of the crimp on the gas module, which initiated a set of adjustments of the machine used for the experiments. Follow-up runs showed an evident improvement in the heat resistance of the modules. Based on the experiments, a modification of the lower specification limit for the crimping diameter is proposed. According to the capability study performed, the capability of the axial position of the crimp should be improved. In order to enhance this measure, two manufacturing related improvements are suggested. Finally, the master thesis has shown that the present measurement method, where the crimps are being evaluated in a profile projector, is not satisfactory. Consequently, a new measurement method has been developed, by measuring the crimps in a custom made measurement fixture. After completion, the fixture will be implemented in the manufacturing.
FÖRORD
Det här examensarbetet utgör avslutningen på min civilingenjörsutbildning i industriell ekonomi vid Luleå tekniska universitet. Som examensinriktning har jag läst kvalitetsteknik, medan min tekniska fördjupning varit produktionsteknik.
Att genomföra detta examensarbete i Autolivs regi har inneburit en mycket lärorik utmaning.
Dels har jag kunnat konstatera att mina akademiska kunskaper faktiskt har många praktiska användningsområden, dels har jag lärt mig väldigt mycket om uppbyggnad och tillverkning av krockkuddar.
En rad personer har varit mig behjälpliga under examensarbetets genomförande. För det första vill jag tacka Mats Bohman och Per Opland som gav mig möjligheten att genomföra mitt exjobb hos Autoliv. Mats har dessutom bidragit med mycket värdefull information kring gasgeneratorns konstruktion. Ett stort tack går även till min handledare Charlotte Hermansson Svensson som ställt upp i alla lägen. Inga-Britt Andersson ska ha en eloge för sitt idoga mätande, liksom Daniel Lundin och Niklas Hassbring för all hjälp i samband med försöken. På AMG IC har Fredrik Gustafsson och Henrik Johansson hjälpt till med diverse frågor. Ett stort tack går också till Stefan Eliasson och Bo Claesson som hjälpt till vid framtagandet av mätfixturen. På Autoflator förtjänar Ingemar Sundberg, Sören Svensson, Arne Flennfors och Jonas Jardstedt ett tack för den hjälp de bidragit med. Slutligen vill jag tacka Peter Ståhlman vid Luleå tekniska universitet, som handlett mig.
Vårgårda i februari 2005
Martin Eksedler
– INNEHÅLLSFÖRTECKNING –
INNEHÅLLSTÖRTECKNING
1 INTRODUKTION...1
1.1BAKGRUND ...1
1.2PROBLEMBESKRIVNING...1
1.3SYFTEOCHAVGRÄNSNINGAR ...2
1.4RAPPORTENSSTRUKTUR...3
2 FÖRETAGSPRESENTATION ...4
2.1HISTORIK ...4
2.2KONCERNENSVERKSAMHET ...4
2.3KVALITETSARBETE;APS ...5
3 ÖVERGRIPANDE METOD...7
3.1FORSKNINGSANSATS ...7
3.1.1 Forskningsstrategi...7
3.1.2 Deduktion och induktion...7
3.2UNDERSÖKNINGSMETOD...8
3.2.1 Metodiskt angreppssätt...8
3.2.2 Fallstudien ...8
3.3DATAINSAMLINGSMETOD ...9
3.3.1 Insamling av sekundärdata...9
3.3.2 Insamling av primärdata ...9
3.3.3 Litteraturstudie...9
3.5VALIDITETOCHRELIABILITET ...10
3.5.1 Validitet...10
3.5.2 Reliabilitet...11
4 METODOLOGISK TEORI...12
4.1KVALITATIVAKVALITETSTEKNISKAVERKTYG...12
4.1.1 Släktskapsdiagram...12
4.1.2 Ishikawadiagram...12
4.2FÖRSÖKSPLANERING ...13
4.2.1 Syfte och vanliga försökstyper ...13
4.2.2 Fullständiga och reducerade faktorförsök ...14
4.2.3 Centrumpunkt...15
4.2.4 Grundprinciper i samband med försök...15
4.2.5 Residualanalys ...16
4.2.6 Något om hypotesprövning ...17
4.3DUGLIGHET...18
4.3.1 Allmänt...18
4.3.2 Konfidensintervall för Cp och Cpk, beräkningskriterier...18
5 TEORETISK REFERENSRAM...20
5.1POKA-YOKE...20
5.1.1 Definition ...20
5.2KRIMPNING ...21
5.2.1 Översikt...21
5.2.2 Fallstudier...21
6 DEN EMPIRISKA STUDIEN...24
6.1NULÄGESBESKRIVNING ...24
6.1.1 Gasgeneratorns uppbyggnad ...24
6.1.2 Nuvarande verifikationsmetoder...24
6.2PROBLEMIDENTIFIKATION ...25
6.2.1 Släktskapsdiagram...25
6.2.2 Analys av släktskapsdiagram...26
6.3FÖRSÖK...26
6.3.1 Planering av försök ...26
6.3.2 Försöksupplägg...27
6.3.3 Genomförande...27
6.3.4 Analys och resultat ...28
6.3.5 Justeringar inför andra försöksserien ...29
6.3.6 Genomförande och resultat av andra försöksserien ...29
6.4SKILLNADMELLANKRIMPMASKINER ...29
6.4.1 Syfte med undersökningen ...29
6.4.2 Genomförande och resultat...30
6.5DUGLIGHETSSTUDIE ...30
6.5.1 Syfte ...30
6.5.2 Genomförande...30
6.5.3 Resultat ...31
6.6STUDIEBESÖKHOSFLA ...32
6.6.1 Syfte ...32
6.6.2 Genomförande och resultat...32
7 ANALYS OCH RESULTAT...34
7.1RESULTATFRÅNFÖRSÖKEN ...34
7.1.1 Revision av nedre toleransgräns krimpdiameter ...34
7.1.2 Införande av krimpmått på ritning ...34
7.2NYMÄTMETOD...35
7.2.1 Mätfixturen...35
7.2.2 Implementering av mätfixtur...35
7.3ÖVRIGARESULTAT...36
7.3.1 Förslag till säkring av axialmått...36
7.3.2 Duglighetsstudier från leverantör...37
8 DISKUSSION ...38
8.1LÄRDOMAR ...38
8.1.1 Toleransbestämning med försöksplanering, samarbete ...38
8.1.2 Uppsågning av gasmodul...38
8.2KRITISKDISTANS ...38
8.3FÖRSLAGTILLFORTSATTASTUDIER...39
REFERENSER ...40
– INNEHÅLLSFÖRTECKNING –
BILAGOR
Bilaga 1 Skiss för krimputvärdering Bilaga 2 Släktskapsdiagram
Bilaga 3 Ishikawadiagram Bilaga 4 Försöksgenomförande
Bilaga 5 Mätstudie axialläge i fyra punkter Bilaga 6 Besöksguide FLA 041123
FÖRKORTNINGAR
ALS Autoliv Sverige AB APS Autoliv Production System FLA Autoliv Autoflator AB IC Inflatable Curtain TIT Thermal Increase Test
1 INTRODUKTION
I detta kapitel diskuteras först bakgrunden till examensarbetet. Därefter presenteras problemet vilket utmynnar i examensarbetets syfte och avgränsningar. Slutligen beskrivs examensarbetets fortsatta disposition.
1.1 BAKGRUND
Enligt statistik från Vägverket omkom år 2002 382 bilförare och bilpassagerare i den svenska trafiken. Motsvarande siffra för 1992 uppgick till 485 personer [Vägverket, 2004]*. Trenden är förvisso fallande, men fortfarande skördas många liv på de svenska vägarna.
I ett företagsinternt presentationsunderlag hos Autoliv Sverige AB (fortsättningsvis ALS), som närmare presenteras i kapitel 2, ingår resultatet av en amerikansk studie där syftet var att undersöka hur personbilskollisioner fördelas mellan frontala kollisioner, kollisioner bakifrån och sidokollisioner. 29 procent av samtliga kollisioner som ingick i studien var sidokollisioner. Av olyckor med dödlig utgång orsakades hela 36 procent av kollisioner från sidan. Appliceras studien på svenska förhållanden så omkom alltså i runda tal 137 bilförare och bilpassagerare i den svenska trafiken år 2002 som en följd av sidokollisioner.
ALS har tagit vara på det faktum att sidokollisioner utgör en ansenlig del av alla dödliga trafikolyckor. År 1994 lanserade företaget den första sidokrockkudden som såldes till Volvo Personvagnar. Syftet med sidokrockkudden var, och är än idag, att trycka in kroppen mot bilens mittpunkt vid kollisionen samt att se till att den kraft som utvecklas vid kollisionen fördelas på samtliga revben, och inte bara ett (1)*. Sidokudden fyller således en viktig funktion, men den utgör inget skydd för huvud och bröstkorg. Av denna anledning utvecklade ALS den så kallade head/thorax kudden som helt enkelt var en förstorad sidokudde. Krockkudden ifråga sträckte sig ända upp i huvudhöjd och såldes till dåvarande Volvo S70 och V70 (ibid).
I samband med utvecklingen av head/thorax kudden sökte ALS hitta ett ännu mer effektivt huvudskydd för sidokollisioner. Resultatet av detta utvecklingsarbete blev produkterna Inflatable Tubular Structure, som såldes till BMW Group, samt Inflatable Curtain (fortsättningsvis IC), som introducerades i Volvo S80 år 1998. I detta examensarbete står IC i centrum.
1.2 PROBLEMBESKRIVNING
Vid en sidokollision blåses IC upp mycket hastigt. Tiden från kollision till att krockkudden är fullständigt uppblåst är cirka 25 ms. För att möjliggöra denna snabba fyllning av krockkudden används en gasmodul som innehåller ett krutämne. Vid en kollision antänds krutämnet med hjälp av en strömpuls, varpå en gasblandning sprutas in i krockkudden.
Gasblandningens utgångshastighet är 2000 km/h. (ibid) ____________________
* [x] betecknar en elektronisk referens. (n) betecknar en muntlig referens. Se referensförteckning.
– INTRODUKTION –
Gasmodulen i fråga består av två huvudsakliga komponenter; en gasgenerator och ett diffusorrör. Figur 1.1 visar en modellvariant av företagets gasmoduler för IC.
Figur 1.1. Gasmodul bestående av gasgenerator och diffusorrör.
Vid sammanfogning av gasgenerator och diffusorrör används en kallbearbetande tillverkningsmetod kallad krimpning. Krimpningen innebär att diffusorröret kläms fast vid gasgeneratorn av ett krimpverktyg bestående av åtta krimpbackar. Modulen i figur 1.1 krimps på tre ställen. Den nedre krimpen är placerad just ovanför transportsäkringen till vänster i bilden. Den mellersta krimpen är placerad strax ovanför den nedre krimpen, medan den övre krimpen placeras i närheten av den högra änden på modulen i figur 1.1. I figur 1.1 är gasgeneratorn inte synlig eftersom denna innesluts av diffusorröret.
Vid samtliga tre krimpingrepp finns ett antal potentiella felrisker. Den transportsäkring som syns i figur 1.1 monteras på en tratt vars funktion är att fördela gasen i krockkudden vid kollisionstillfället. Om den nedre krimpen, som alltså syftar till att hålla fast fördelartratten, är för lös riskerar tratten att lossna när krockkudden skall blåsas upp. Är krimpen å andra sidan för hård riskerar diffusorröret att spricka. Vad beträffar den mellersta krimpen så finns här risken att diffusorröret inte fixeras tillräckligt, eller fixeras snett, vid gasgeneratorn. I det förra fallet kan resultatet bli ett missljud hos modulen som exempelvis kan uppträda när slutkunden framför sin bil på en ojämn väg.
Felrisker finns även när det gäller den övre krimpen, som alltså placeras längst till höger i figur 1.1. I höjd med den etikett som syns på modulen i figur 1.1 sitter nämligen en så kallad brytbricka. Brytbrickan fungerar som skiljevägg mellan krutämne och gas i gasgeneratorn, och deformeras vid explosionstillfället. Om den övre krimpningen misslyckas riskerar brytbrickan att förflyttas ur sin rätta position eller på annat sätt påverkas. Detta problem kan potentiellt medföra att krockkudden gasfylls spontant.
1.3 SYFTE OCH AVGRÄNSNINGAR
Givet ovanstående bakgrund och problembeskrivning presenteras examensarbetets syfte.
Examensarbetets syfte är att kvalitetssäkra krimpningsprocessen för produktion av Inflatable Curtain.
ALS förfogar totalt över sju produktionslinor för tillverkning av IC. Två av produktionslinorna delar krimpningsprocess med varandra. I övrigt finns en krimpningsprocess per produktionslina, vilket alltså totalt innebär sex krimpningsprocesser.
Minst kunskap om krimpningsprocessen har företaget för linorna A, B och C*.
Examensarbetet kommer därför endast att fokusera på krimpningsprocessen i dessa tre produktionslinor.
Vidare kommer endast den övre krimpen av de tre beskrivna att vara föremål för undersökning. Detta för att få en lämplig omfattning av examensarbetet.
1.4 RAPPORTENS STRUKTUR
Detta inledande kapitel syftar till att introducera läsaren i problemet och examensarbetets syfte. I kapitel 2 presenteras ALS och Autoliv Inc. Kapitel 3 beskriver den övergripande metod som använts för att uppnå examensarbetets syfte. I kapitel 4 presenteras de kvalitetstekniska metoder som använts i samband med den empiriska datainsamlingen, beskriven i kapitel 6. I kapitel 6 beskrivs också gasgeneratorns konstruktion närmare, vilket ger läsaren en möjlighet att fullt ut förstå problemet. Kapitel 5 behandlar teori inom krimpning och kvalitet som senare används för att analysera problemet i kapitel 7. I kapitel 7 presenteras vidare de resultat som följer av undersökningen. Slutligen diskuteras examensarbetet och dess resultat i kapitel 8.
Ovan beskrivna rapportstruktur sammanfattas nedan i figur 1.2.
5. Teoretisk referensram
1. Introduktion 7. Analys och
resultat
6. Den empiriska studien 2. Företags-
presentation
3. Övergripande metod
4. Metodologisk
teori 8. Diskussion
Figur 1.2. Rapportens struktur.
____________________
* A, B och C betecknar nummer på produktionslinor som av sekretesskäl inte kan publiceras.
– FÖRETAGSPRESENTATION –
2 FÖRETAGSPRESENTATION
I detta kapitel presenteras koncernen Autoliv Inc. och ALS. Koncernens historik och nuvarande verksamhet diskuteras. Vidare presenteras även det kvalitetsarbete som aktivt bedrivs inom koncernen och ALS.
2.1 HISTORIK
Grunden till vad som idag är ALS lades i västgötska Vårgårda år 1953. Vid denna tidpunkt etablerade sig bröderna Lennart och Stig Lindblad som bilhandlare och reparatörer i byn.
Under namnet AB Lindblads Autoservice såldes bilfabrikat som Lloyd, Borgward och Studebaker. Försäljningen omfattade även traktorer från Porsche. (Nilsson, 2003)
Trots en del reparationsarbeten nåddes inga större framgångar med verksamheten. Brodern Stig lämnade snart företaget och startade en egen rörelse vid namn AB Stil-Industri. Lennart Lindblad beslutade samtidigt att bredda sin verksamhet genom att starta produktion av säkerhetsbälten. (ibid)
Säkerhetsbälten kom att bli kärnverksamheten för de båda företagen. I slutet av 50-talet påbörjades produktion av trepunktsbälten som monterades i bilar av märkena Renault och Ford som importerats till Skandinavien. Kundkretsen växte och 1973 slogs portarna upp till en ny fabrik i Vårgårda. AB Lindblads Autoservice hade vid denna tid bytt namn till Autoliv AB. Den stigande efterfrågan medförde att företaget även etablerade flertalet europeiska filialer under 70-talet. (ibid)
Efter en period med ägare som Gränges AB och Electrolux AB noterades Autoliv 1994 som ett självständigt bolag på Stockholmsbörsen. Två år dessförinnan hade Autoliv påbörjat produktion och försäljning av företagets andra stora produktgrupp; krockkuddar.
Leveranserna gick inledningsvis till Volvo och Saab, men snart växte både produktfloran och kundgruppen inom detta affärsområde. En viktig milstolpe i Autolivs historia var fusionen med amerikanska Morton ASP år 1997. Fusionen resulterade i koncernen Autoliv Inc. som idag är världsledande inom säkerhetsutrustning för bilindustrin. (ibid)
2.2 KONCERNENS VERKSAMHET
Autoliv Inc. har idag cirka 40 000 anställda fördelade på 80 fabriker och 30 länder.
Produktionsanläggningar finns i samtliga världsdelar. Av de anställda är 2900 sysselsatta med forskning och utveckling. Dessa förfogar över 20 krockbanor i nio olika länder. I Europa finns företaget exempelvis representerat i Sverige, England, Tyskland och Spanien.
Den viktigaste marknaden för Autoliv Inc. är den europeiska som svarar för 56 procent av den totala försäljningen. Andra viktiga marknader är Nordamerika och Japan. Koncernens omsättning har på senare år varit stadigt växande för att år 2003 uppnå 5.3 miljarder USD, eller motsvarande cirka 40 miljarder SEK (räknat i dåvarande växelkurs). De tre största kunderna till Autoliv Inc. är Ford, General Motors och DaimlerChrysler.
Koncernens största svenska bolag är ALS, som i Vårgårda sysselsätter närmare 1000 personer. Tillverkningen i Vårgårda består av bälteskomponenter, krockkuddar samt diverse specialprodukter. Bältestillverkningen omfattar rullar och lås. Produktionen av krockkuddar omfattar kuddar för förare och passagerare samt sidoskydd och IC. I Vårgårda finns även Autoliv Autoflator AB (fortsättningsvis FLA) och Autoliv Safety Center. FLA:s produktion består av gasgeneratorer för krockkuddar.
2.3 KVALITETSARBETE; APS
I det kvalitetsarbete som aktivt bedrivs hos Autoliv Inc. och ALS fyller APS, eller Autoliv Production System, en mycket viktig funktion. APS föreskriver hur all form av produktion som bedrivs i företaget ska fungera. Med begreppet produktion avses här allt från fabrikstillverkningen till produktionen av ett enskilt dokument. APS är koncernens metod för att uppnå världsklass och illustreras vanligen med hjälp av ett hus. Se figur 2.1.
Figur 2.1. APS-huset.
Huset består av en grund innehållande fem element och tre pelare. Tillsammans ska grunden och pelarna bidra till att uppnå organisationens syfte som är att ”möta behovet från våra kunder och anställda för att säkra framgången för vårt företag och förbättra samhället”.
Uppdraget som vajar på flaggan i husets topp preciseras såsom ”Autoliv vill vara den mest pålitliga och innovativa partnern, med hög kvalitet och kostnadseffektivitet”.
Grundelementet lagarbete bygger på grundtanken att en grupp alltid är starkare än en individ. Lagarbete anses nödvändigt för en framgångsrik start av nya produkter samt för förbättringar av olika slag. Elementet 5S består av de fem japanska begreppen seiri, seiton, seiso, seiketsu samt shitsuke. Översatt till svenska blir dessa (i tur och ordning) eliminera, rätt sak på sin plats, bevara ordningen, standardisera samt självdisciplin. 5S ses som ett arbetssätt för att skapa förutsättningar för resultat. Det tredje elementet standarder handlar om att alla ska tillämpa den för tillfället bästa metoden för att lösa ett problem eller utföra en arbetsuppgift. Standarder måste emellertid uppdateras och förbättras kontinuerligt. MUDA eliminering bygger på att eliminera eller reducera de arbetsprocesser som inte skapar något
– FÖRETAGSPRESENTATION –
kundvärde. Exempel är här överproduktion, kassationer, omarbete och transporter av olika slag. Slutligen står TPU för totalproduktivt underhåll. Syftet med TPU är att via inplanerat underhåll förebygga maskinhaverier och stillestånd.
När det gäller APS-husets pelare är JIT den första. JIT utläses just in time, och konceptet går i korthet ut på att utjämna produktionsvolymer, leverera till kunden frekvent samt att skapa en i övrigt “smal” organisation. Medarbetarskap bygger på att skapa en trivsam arbetsplats där säkerhet, ergonomi och flexibilitet hos de anställda värderas högt. Den sista pelaren, quality first, bygger som namnet antyder på att arbeta med kvalitet på bred front. Detta innebär i klartext att kvalitetssäkra tillverkningsprocesser, att arbeta med kvalitetsverktyg samt att långsiktigt förbättra processer med hjälp av bland annat Sex Sigma.
3 ÖVERGRIPANDE METOD
I detta kapitel beskrivs den övergripande metod som använts för att uppnå examensarbetets syfte. Först presenteras examensarbetets forskningsansats varefter undersökningsmetod och datainsamlingsmetod beskrivs. Slutligen diskuteras begreppen validitet och reliabilitet.
3.1 FORSKNINGSANSATS
3.1.1 Forskningsstrategi
Eriksson & Wiedersheim-Paul (1997) skiljer mellan tre huvudsakliga forskningsstrategier:
Explorativ forskning Beskrivande forskning Förklarande forskning.
Explorativ, eller undersökande, forskning används när problemet är svåravgränsat och oklart.
Syftet är här att skapa förståelse för det aktuella problemet genom kritiska studier.
Beskrivande forskning lämpar sig för situationer när problemet är väl känt, men inte beskrivet på ett översiktligt sätt. Ofta används statistiska urval och analysmetoder i samband med beskrivande forskning. Slutligen syftar förklarande forskning till att studera orsak- /verkanrelationer mellan variabler. I förklarande sammanhang krävs en tydlig struktur av problemet samt användning av hypoteser och experiment. (ibid)
Detta examensarbete är primärt att betrakta som en förklarande undersökning. Själva kärnan i examensarbetet har varit att bestämma om, och i så fall hur, krimpningsprocessen påverkar gasgeneratorns brytbricka. Självklara inslag i detta arbete har varit att ställa upp antaganden om processen samt att testa dessa antaganden med hjälp av experiment. Examensarbetet har emellertid också explorativa drag, då problemet till en början var tämligen oklart och svåröversiktligt.
3.1.2 Deduktion och induktion
Enligt Zikmund (2000) kan teori och kunskap genereras på två principiellt skilda sätt. När forskaren tillämpar allmän och vedertagen teori i en specifik situation sägs denne arbeta med en deduktiv ansats. Deduktion bygger på en logisk bevisföring av en slutsats utifrån en given förutsättning, eller något annat som anses sant. Motsatsen till deduktion kallas för induktion.
Induktion kännetecknas av att forskaren skapar sin teori utifrån observationer och empiriska studier. Ur dessa empiriska studier skapas teoretisk kunskap. Bildligt talat kan sambandet mellan deduktion och induktion beskrivas med hjälp av figur 3.1 på följande sida.
– ÖVERGRIPANDE METOD –
Generalisering Hypoteser
Observationer Observationer
Teori (modell)
Verkligheten (mätning, tolkning)
Induktiv ansats Deduktiv ansats
Figur 3.1. Sambandet mellan deduktion och induktion. Fritt efter Eriksson & Wiedersheim- Paul (1997, s. 229).
Detta examensarbete bygger främst på en deduktiv ansats. Befintlig teori inom kvalitetsutveckling har utgjort grunden för de försök och mätningar som genomförts under projektets gång. Resultatet av försöken och mätningarna har sedan analyserats utifrån samma teoretiska grund. Examensarbetet innehåller emellertid också induktiva inslag. Exempelvis bygger den förbättrade mätmetod som föreslås längre fram i rapporten helt på empiriska observationer.
3.2 UNDERSÖKNINGSMETOD
3.2.1 Metodiskt angreppssätt
Holme & Solvang (1997) beskriver två möjliga metodiska angreppssätt; kvalitativt och kvantitativt angreppssätt. När forskaren använder ett kvalitativt angreppssätt är målet sällan att nå generaliserbar kunskap. Forskaren strävar istället mot att förstå och beskriva ett speciellt förhållande. En kvalitativ metod kännetecknas av närhet till informationskällan. En kvantitativ metod, å andra sidan, karakteriseras av ett mer formellt och strukturerat arbetssätt. Generaliserbarhet eftersträvas och metoden kännetecknas ofta av ett stort avstånd till informationskällan.
Detta examensarbete bygger på ett kvalitativt angreppssätt. Eftersom syftet har varit att förstå och beskriva ett speciellt förhållande är ett kvalitativt angreppssätt naturligt. Ett kvalitativt angreppssätt är även naturligt eftersom något avstånd till informationskällan inte existerat.
Eriksson & Wiedersheim-Paul (1997) beskriver vidare tre vanligt förekommande metoder för att genomföra empiriska studier; experiment, surveys och fallstudier. I detta examensarbete står fallstudien i centrum och denna metod beskrivs därför i det följande.
3.2.2 Fallstudien
Yin (1994) framhåller att fallstudien är mycket användbar som undersökningsmetod.
Fallstudien lämpar sig inte enbart för explorativa syften, utan fungerar lika bra när syftet har en deskriptiv karaktär. Om forskaren ställer sig frågor som inleds med ”hur” och ”varför” är fallstudien ofta lämplig för att besvara undersökningens syfte. Enligt Yin (1994) finns
emellertid även nackdelar med metoden. Exempelvis utgör en fallstudie en vag grund för vetenskapliga generaliseringar.
Fallstudien är i detta sammanhang den enda rimliga undersökningsmetoden. Valet av fallstudien är naturligt eftersom syftet med examensarbetet har varit att skapa en djupare förståelse för krimpningsprocesserna hos ALS. Denna förståelse hade troligen ej kunnat erhållas med någon annan undersökningsmetod. Att fallstudien medger begränsade möjligheter till att dra generella slutsatser utgör inget problem, då detta inte varit syftet med undersökningen.
3.3 DATAINSAMLINGSMETOD
3.3.1 Insamling av sekundärdata
Zikmund (2000) definierar sekundärdata som data, vilken insamlats i ett annat syfte än vad forskaren har för sin undersökning. Sekundärdata är ofta användbar för att reda ut frågetecken i ett tidigt skede av en undersökning.
Användning av sekundärdata har varit en mycket viktig del i detta examensarbete. En rad studier och undersökningar har tidigare genomförts på krimpningsprocesserna hos ALS.
Utfallen från dessa studier finns noggrant dokumenterade i pärmar och har varit en ovärderlig hjälp för författaren när det gäller att bygga upp en förståelse för tidigare och nuvarande problem med krimpningen. Studier av sekundärdata var författarens huvudsakliga syssla under examensarbetets första veckor.
3.3.2 Insamling av primärdata
Primärdata insamlas och sammanställs enligt Zikmund (2000) av forskaren själv för ett speciellt ändamål. Eriksson & Wiedersheim-Paul (1997) konstaterar att primärdata ofta är kostsam att samla in och menar därför att sekundärdata bör användas i möjligaste mån.
Att samla in primärdata har varit en naturlig del av arbetsgången i detta examensarbete. Den information om krimpning som tillhandahållits av ALS har varit användbar för att skapa förståelse för problemet, men för att kunna besvara undersökningens syfte ansågs även en insamling av primärdata nödvändig. Vid insamlingen av primärdata har en rad kvalitetstekniska verktyg kommit till användning. Dessa verktyg beskrivs ingående i kapitel 4.
3.3.3 Litteraturstudie
En särskild del av datainsamlingen utgörs av den litteraturstudie som genomfördes under examensarbetets tidiga skede. I det följande presenteras arbetsgången vid denna litteraturstudie.
Eftersom examensarbetet har en tämligen komplex karaktär har litteratur inom många olika områden sökts. När det gäller sökning av böcker har sökmotorn CHANS vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg använts. Sökord som användes var kvalitetsteknik, kvalitetsutveckling, quality management, statistisk processtyrning, statistical process
– ÖVERGRIPANDE METOD –
control, produktionskvalitet, manufacturing quality, krimpning, crimping, vetenskaplig metod, research methodology, qualitative research, försöksplanering, design of experiments samt poka-yoke. Sökning av böcker har även genomförts med hjälp av sökmotorn LUCIA vid Luleå tekniska universitets bibliotek. Sökord var quality och poka-yoke.
Ovan beskrivna sökning resulterade i ett antal lämpliga böcker som tillsammans med tidigare använd kurslitteratur kommit till stor användning. Författaren har haft mycket nytta av Montgomery (2001a), Montgomery (2001b), Hicks & Turner (1999) samt Oakland (1996) när det gäller statistisk litteratur. Ett lysande verk som använts under examensarbetet är vidare Shingo (1986), där kvalitetsbegreppet behandlas på ett helt annat sätt än i den statistiska litteraturen. Nämnda verk utgör tillsammans med metodrelaterade böcker och ytterligare några böcker den teoretiska grunden för detta examensarbete.
Eftersom sökningen av böcker om krimpning gav dåligt resultat gjordes istället en sökning av vetenskapliga artiklar inom området. Vid denna sökning användes den tekniska artikelsökmotorn COMPENDEX. Sökningen genomfördes denna gång via Luleå tekniska universitets biblioteks hemsida. Sökord som användes var crimping, tubular crimping, tube crimping samt cold working. Sökningen resulterade i två användbara artiklar; Shirgaokar et al(2004a) samt Shirgaokar et al(2004b).
3.5 VALIDITET OCH RELIABILITET
3.5.1 Validitet
Innebörden av begreppet validitet är att de mätinstrument forskaren använder måste mäta det forskaren avser att mäta (Zikmund, 2000). Eriksson & Wiedersheim-Paul (1997) skiljer vidare mellan inre och yttre validitet. Med inre validitet avses överensstämmelsen mellan teoretiska begrepp och mätbara definitioner av dessa begrepp. Yttre validitet handlar om överensstämmelsen mellan ett uppmätt värde och verkligheten. Holme & Solvang (1997) påpekar att validiteten sällan är ett problem vid kvalitativa studier tack vare närheten till informationskällan.
I detta examensarbete har en rad åtgärder vidtagits för att uppnå hög validitet. För det första innebär släktskapsdiagrammet, beskrivet i avsnitt 4.1.1 och 6.2.1, att relevanta orsaker till problemen med krimpningsprocessen på IC-lina A, B och C kunnat identifieras och angripas. Samma funktion fyller den duglighetsstudie som genomförts. Syftet med duglighetsstudien var att identifera krimpningspåverkande faktorer i behov av produktionstekniska förbättringar. Vidare har ett studiebesök genomförts hos systerbolaget FLA i syfte att studera hur detta företag kvalitetssäkrar sina krimpningsprocesser.
Släktskapsdiagrammet, duglighetsstudien och studiebesöket stärker därmed den yttre validiteten i den bemärkelsen att variabler som väl anknyter till verkligheten lättare kunnat identifieras, mätas och förbättras. För att uppnå hög inre validitet har stor vikt lagts vid att finna relevant och trovärdig litteratur.
3.5.2 Reliabilitet
Enligt Yin (1994) handlar reliabilitet om att en extern observatör skall kunna följa undersökningen ända från forskningsansats till slutsatser. Zikmund (2000) menar att reliabiliteten är hög då mätningen kan ge liknande resultat över tid samt i olika situationer.
Eriksson & Wiedersheim-Paul (1997) menar vidare att en metod kan anses reliabel om den ger samma resultat, oberoende av undersökare och undersökta enheter.
Att uppnå hög reliabilitet i en kvalitativ fallstudie av denna karaktär är mycket svårt.
Undersökningen präglas starkt av författarens idéer och personliga vägval. Likaså präglas resultatet av undersökningsobjektet ALS. Ansträngningar har emellertid gjorts för att arbetet som ligger bakom denna rapport skall presenteras öppet och oförvanskat. Dessa ansträngningar stärker reliabiliteten enligt den definition som ges av Yin (1994).
– METODOLOGISK TEORI –
4 METODOLOGISK TEORI
I detta kapitel presenteras de kvalitetstekniska metoder som använts i samband med den empiriska datainsamlingen. Först beskrivs släktskapsdiagrammet och Ishikawadiagrammet.
Därefter presenteras teori kring försöksplanering och duglighet.
4.1 KVALITATIVA KVALITETSTEKNISKA VERKTYG
4.1.1 Släktskapsdiagram
Släktskapsdiagrammet räknas som ett av de sju ledningsverktygen och beskrivs utförligt av Klefsjö (1999). Verktyget går kortfattat ut på att en arbetsgrupp samlar potentiella orsaker till ett kvalitetsrelaterat problem på post-it lappar. Orsakslapparna placeras sedan av deltagarna på sammantejpade blädderblocksark och aggregeras i tre hierarkiska nivåer. Figur 4.1 visar principen för ett släktskapsdiagram.
Figur 4.1. Släktskapsdiagram. Fritt efter Klefsjö (1999, s. 36).
När problemorsakerna identifierats och aggregerats genomförs en röstning, där deltagarna utser de mest relevanta problemorsakerna. Röstningen genomförs vanligen mellan orsakerna på nivå 2. De orsaker som röstats fram kan sedan angripas i det aktuella förbättringsprojektet. (ibid)
4.1.2 Ishikawadiagram
Ishikawadiagrammet eller fiskbensdiagrammet eller även orsak-/verkandiagrammet är ett vanligt använt verktyg för att identifiera samband mellan variabler. Metoden, som bland annat beskrivs av Beckford (2002), bär sitt namn efter den japanske kvalitetsteoretikern Kaoru Ishikawa. Ishikawadiagrammet räknas som ett av de sju kvalitetsverktygen, även kallade QC-verktygen. Figur 4.2 illustrerar principen för ett Ishikawadiagram.
Nivå 1 Nivå 2 Nivå 3
Kvalitetskaraktäristika
Människa Metod
Maskin Material
Figur 4.2. Ishikawadiagram. Fritt efter Beckford (2002, s. 101).
Ishikawadiagrammet går ut på att dela in de orsaksvariabler som antas påverka en kvalitetskaraktäristika i kategorierna människa, metod, maskin samt material. Inom respektive kategori kan sedan en rad olika variabler identifieras. (ibid)
4.2 FÖRSÖKSPLANERING
4.2.1 Syfte och vanliga försökstyper
Betrakta figur 4.3 nedan som illustrerar en godtycklig process.
Process
Inputs Output
x1 x2 xp
...
Kontrollerbara faktorer
z1 z2 zq
Okontrollerbara faktorer
...
y
Figur 4.3. En godtycklig process. Fritt efter Montgomery (2001a, s. 2).
I syfte att skaffa kunskap kring en process är försök och experiment av olika slag ofta användbara. Montgomery (2001a) menar att försök kan bidra med mycket information om en process:
Försök kan ange vilka x1…xp som har störst inflytande på responsen y
Försök kan ange i vilka intervall x1…xp bör sättas för att y skall uppnå sitt nominella värde
Försök kan ange hur x1…xp bör väljas för att minimera variationen i y Försök kan ange hur x1…xp bör väljas för att minimera effekten av z1…zq.
Experiment och försök kan emellertid utföras på en rad olika sätt. En vanligt förekommande metod är bästa-gissnings-metoden. Metoden går ut på att med hjälp av erfarenhet planlöst testa sig fram till ett acceptabelt värde på responsen. En närbesläktad metod är den så kallade en-faktor-i-taget-metoden där de försöksfaktorer, betecknade x1…xp i figur 4.3, som antas
– METODOLOGISK TEORI –
påverka responsen varieras en gång i taget. Effekten av respektive försöksfaktor brukar sedan åskådliggöras i en uppsättning tvådimensionella koordinatsystem. (ibid)
4.2.2 Fullständiga och reducerade faktorförsök
Det finns ett antal uppenbara nackdelar med försökstyperna beskrivna i avsnitt 4.2.1. En av de allvarligare nackdelarna är att ingen av de beskrivna metoderna medger någon möjlighet att skatta samspel mellan försöksfaktorer. Om ett samspel mellan två försöksfaktorer förekommer så är effekten av den ena faktorn beroende av nivån på den andra faktorn.
Begreppet illustreras i figur 4.4 (a) där resultatet av en (hypotetisk) golfrunda studerats som funktion av ett antal försöksfaktorer. (ibid)
Figur 4.4. (a) Illustration av samspel. Fritt efter Montgomery (2001a, s. 4).
(b) Illustration av faktorförsök. Fritt efter Montgomery (2001a, s. 4).
För att kunna uttala sig om samspel hos ett datamaterial används så kallade faktorförsök.
Principen är här att försöksfaktorerna varieras samtidigt, istället för en åt gången som i en- faktor-i-taget-försök. Figur 4.4 (b) illustrerar ett 22-försök. Basen anger antalet nivåer på försöksfaktorerna medan exponenten anger antal faktorer som varieras i försöken. Antalet försök blir alltså i detta fall fyra. Se vidare Montgomery (2001a).
Hicks & Turner (1999) framför tre fördelar med faktorförsök:
Faktorförsök är mer effektiva än en-faktor-i-taget-försök All insamlad data används för att skatta samtliga effekter
Viss information används för att skatta möjliga samspel mellan försöksfaktorerna.
I det allmänna fallet brukar ett tvånivåers faktorförsök betecknas 2f, där f anger antalet försöksfaktorer. Antalet erforderliga försök stiger alltså kraftigt i takt med ett ökande antal försöksfaktorer. Exempelvis kräver åtta försöksfaktorer 28 = 256 försök. Ett större antal försöksfaktorer innebär därför att försöksserien blir mycket tidskrävande och givetvis även kostsam. Dessutom används en stor del av försöken för att skatta högre ordningens samspel mellan försöksfaktorer. Om många försöksfaktorer ska studeras används därför ofta reducerade faktorförsök enligt typen 2f–k där k är ett heltal för vilket 1 < k < f. I en försöksplan av typ 2f–k överlagras samspelseffekter av huvudeffekter. (ibid)
Vatten Öl
Typ av dricka Resultat
Normal driver Stor driver
O R
Bolltyp
Typ av driver
(a) (b)
T B
4.2.3 Centrumpunkt
I ett traditionellt försök av typ 2f är utgångspunkten att responsen kan beskrivas som en linjär funktion av de studerade försöksfaktorerna. Detta antagande är inte alltid realistiskt.
Exempelvis kan en eller flera aktiva samspelseffekter medföra att en högre ordningens modell erfordras. Om så är fallet säges datamaterialet innehålla kurvatur. I fallet med två försöksfaktorer innebär kurvatur att det plan som representerar den skattade modellen har en vridning. (Montgomery, 2001a)
För att systematiskt undersöka om responsen kan beskrivas som en linjär funktion av försöksfaktorerna, eller om kurvatur finns hos datamaterialet, är det lämpligt att använda en så kallad centrumpunkt. Principen innebär att samtliga försöksfaktorer placeras mitt emellan sina ursprungsnivåer, det vill säga i läge noll. Kurvatur hos datamaterialet existerar om differensen mellan medelvärdet av försöken i hörnpunkterna och medelvärdet av försöken i centrumpunkten är stor. (ibid)
I matematiska termer innebär kurvaturtestet, som alltså genomförs med hjälp av centrumpunkt, ett test av de båda hypoteserna i ekvation 4.1 och 4.2.
0 :
1
=
= k
j jj
Ho β (4.1)
0 :
1
1 ≠
= k
j jj
H β (4.2)
Den generella kvadratiska modell som ligger till grund för kurvaturtestet kan då formuleras såsom i ekvation 4.3.
ε β
β β
β + + + +
=
= <
= k
j i j
k
j jj j
j i ij j
jx xx x
y
1 1
2
0 (4.3)
Ekvation 4.1, 4.2 samt 4.3 gäller för fallet f = k, det vill säga k st försöksfaktorer. (ibid) 4.2.4 Grundprinciper i samband med försök
Montgomery (2001a) beskriver tre grundprinciper som är viktiga att känna till i samband med planering och genomförande av försök:
Replikering Randomisering Blockning.
Replikering, det vill säga att upprepa en försöksinställning flera gånger, fyller två funktioner.
Dels kan undersökaren uppskatta experimentfelet, dels kan en mer tillförlitlig skattning av försöksfaktorernas huvud- och samspelseffekter göras. Replikering bör inte förväxlas med upprepad mätning. Randomisering är enligt Montgomery (2001a) hörnstenen för att kunna använda statistiska metoder i samband med analysen av försöket. Randomisering innebär att
– METODOLOGISK TEORI –
både allokeringen av försöksmateriel och ordningen i vilken försöken genomförs bestäms slumpmässigt. Orsaken till randomisering är att det modellfel som skattas i samband med analysen av försöket måste vara slumpmässigt fördelat. (ibid)
Konsekvensen av Montgomerys (2001a) resonemang är exempelvis att ett försök enligt tabell 4.1 nedan är felaktigt genomfört. Försöksordningen har ju uppenbarligen inte bestämts slumpmässigt.
Tabell 4:1. Felaktigt genomfört försök.
Slutligen är blockning en teknik för att minimera effekten av störfaktorer under genomförandet av ett försök. Som exempel kan nämnas ett försök där undersökaren tvingats använda två olika materialbatcher, men ej varit intresserad av att studera vilken effekt olika material har på responsvariabeln. I ett sådant fall placeras försöken i olika block utifrån vilken materialbatch som använts vid försöket i fråga. (ibid)
4.2.5 Residualanalys
Ett område som starkt relaterar till försöksplanering är residualanalys. Enligt Hicks & Turner (1999) är residualerna i ett försök detsamma som differensen mellan responsens värde och summan av samtliga i modellen ingående effekter. I ett försök med i observationer och j nivåer där endast en faktor studeras definieras residualerna av responsen Yij alltså som
j ij
ij Y Y
E = − . (4.4)
där den senare termen betecknar medelvärdet av observationerna. I fallet med endast en försöksfaktor utgör residualerna en feluppskattning av den framtagna modellen. (ibid) Residualerna hos den matematiska modell som följer av försöken ska helt sakna inbördes struktur. Residualerna ska exempelvis vara normalfördelade med väntevärde noll, de ska inte bero av försöksordningen och inte heller av storleken på den skattade responsen. Genom att studera residualplotter kan många typer av problem med den framtagna modellen identifieras och åtgärdas. (Montgomery, 2001a)
Försök A B C
1 + + +
2 + - +
3 + + -
4 + - -
5 - + +
6 - - +
7 - + -
8 - - -
Faktor
4.2.6 Något om hypotesprövning
En statistisk hypotes är enligt Montgomery (2001a) en utsaga om parametrarna hos en sannolikhetsfördelning eller parametrarna hos en modell. Hypotesen fungerar som ett antagande kring den aktuella problemsituationen. Inom försöksplanering fyller hypotesprövning en central roll. (ibid)
För att genomföra en hypotesprövning eller ett hypotestest måste vissa egenskaper hos testet fastställas:
Nollhypotes samt en eller två mothypoteser Testvariabel
Kritisk region (region för att förkasta nollhypotesen) Signifikansnivå
Referensfördelning.
I figur 4.5 nedan visas ett exempel på ett hypotestest i form av ett t-test, som används för att testa skillnaden mellan medelvärden från två provgrupper med okända inbördes standardavvikelser.
Figur 4.5. Hypotestest av medelvärdesskillnad mellan två provgrupper med t-fördelningen som referensfördelning. Fritt efter Montgomery (2001b, s. 119).
Sp i figur 4.5 betecknar provgruppernas sammanvägda standardavvikelse och beräknas enligt formel 4.5. n1 och n2 betecknar provgruppstorlek, S1 och S2 gruppernas standardavvikelse medan ∆0 anger den skillnad testet syftar till att identifiera. (Montgomery, 2001b)
2 ) 1 ( ) 1 (
2 1
2 2 2 2 1 1
− +
− +
= −
n n
S n S
Sp n . (4.5)
Mothypoteser Kritisk region
Nollhypotes Testvariabel
0 2 1
0 :µ −µ = ∆
H
2 1
0 2 1
0 1 1
n S n
x t x
p +
∆
−
= −
0 2 1
1:µ − µ ≠ ∆
H
0 2 1
1:µ − µ > ∆ H
0 2 1
1:µ − µ < ∆ H
2 ,
2 /
0 > t n1+n2−
t α
2 ,
0 > t n1 + n2 −
t α
2 ,
2 /
0 < t n1+n2−
t α
2 ,
0 < −t n1+n2−
t α
– METODOLOGISK TEORI –
4.3 DUGLIGHET
4.3.1 Allmänt
Att genomföra duglighetsberäkningar är enligt Oakland (1993) ett sätt att relatera prestandan hos en process till en specifikation på hur processen bör bete sig. Vid beräkningen av duglighet används olika index. Två mycket vanliga sådana index är Cp och Cpk som beräknas enligt formlerna 4.6 och 4.7 nedan. (ibid)
* 6σ
LSL
Cp =USL− (4.6)
* ) 3
; *
* 3 min( *
σ µ σ
µ LSL
Cpk = USL− − . (4.7)
USL och LSL betecknar övre respektive nedre toleransgräns. µ* och * betecknar skattat väntevärde respektive skattad standardavvikelse. Indexet Cp bör tolkas som ett grovt mått på processens förmåga att leverera produkter inom toleransgränserna. Cp säger ingenting om processens centreringsförmåga, det vill säga hur processens skattade väntevärde placerar sig i förhållande till toleransgränserna. Processens centreringsförmåga mäts däremot med indexet Cpk. En rad olika kriterier används för att avgöra om en process kan anses duglig eller ej. Vanliga sådana kriterier är att indexen bör överstiga 1.33, 1.67 eller 2.0. För en Sex Sigma-process gäller exempelvis att Cp = Cpk = 2.0. Notera att Cpk Cp. (ibid)
Ibland förekommer även duglighetsindexen Pp samt Ppk . Dessa index används vanligen när processen inte arbetar vid statistisk jämvikt. Skillnaden mellan dessa två mått å ena sidan, samt Cp och Cpk å andra sidan, ligger i metoden för att skatta processens standardavvikelse.
Montgomery (2001b) avråder starkt från att använda indexen Pp och Ppk, då duglighetsmått enligt honom endast skall beräknas för stabila processer.
4.3.2 Konfidensintervall för Cp och Cpk, beräkningskriterier
Enligt Montgomery (2001b) baseras duglighetsberäkningar inom industrin vanligen på punktskattningar. I själva verket är både Cp och Cpk föremål för variation. Därför bör konfidensintervall beräknas för de duglighetsindex som avses användas. Formel 4.8 och 4.9 visar hur konfidensintervall för Cp respektive Cpk kan beräknas.
ˆ 1
ˆ 21 /12, 1 2 /2, 1
≤ −
− ≤
−
−
−
C n n C
Cp χ α n p p χ α n (4.8)
+ − +
≤
− ≤ +
− 2( 1)
1 9 ˆ
1 1 ) ˆ
1 ( 2
1 9 ˆ
1 1
ˆ /2 2 /2 2
C n Z n
C n C
C Z n
C
pk pk
pk pk
pk α α . (4.9)
χ2 betecknar chitvåfördelningen, α betecknar signifikansnivå och Z betecknar z-värde hos en α
procent. De båda sambanden medger en möjlighet att avgöra var processens sanna duglighet befinner sig. (ibid)
Liksom i samband med planering och genomförande av försök gäller vissa grundförutsättningar vid beräkning av duglighetsindex. Montgomery (2001b) framhåller att den aktuella processen dels måste leverera ett normalfördelat utfall, dels måste den arbeta vid statistisk jämvikt. Normalfördelningsantagandet är centralt för validiteten hos en duglighetsstudie medan statistisk jämvikt är en förutsättning för att kunna förutsäga processens framtida beteende. (ibid)
– TEORETISK REFERENSRAM –
5 TEORETISK REFERENSRAM
I detta kapitel presenteras teorier som används för analys av problemet längre fram i rapporten. Först diskuteras kvalitetssäkringsmetoden poka-yoke varefter bearbetningsmetoden krimpning presenteras.
5.1 POKA-YOKE
5.1.1 Definition
Begreppet poka-yoke byggs upp av de två japanska orden poka, som betyder att förebygga, samt yoke, som betyder misstag. Poka-yoke innebär att förebygga fel eller misstag som kan uppstå i olika produktionsprocesser. (Shingo, 1986)
Enligt Shingo (1986) är det fullt möjligt att konstruera tillverkningsprocesser som inte orsakar några felaktiga produkter överhuvudtaget. Medlet för att nå detta mål är poka-yoke- system kombinerade med inspektioner av felkällor i produktionen. Felkällorna skall åtgärdas innan de hunnit orsaka produktfel. (ibid)
5.1.2 Shingos kvalitetstänkande; zero quality control
Traditionellt används ofta statistiska metoder i samband med förbättringsarbetet. Shingo (1986), som för övrigt är stamfader till poka-yoke-metoden, menar att det ofta funnits en övertro till statistiska metoder inom industrin. Statistiska metoder framhålls som mycket användbara i samband med planering och utformning av nya produkter eller processer.
Statistiska metoder som framhålls av Shingo (1986) är experimentell design (försöksplanering) för att fastställa krav, hypotesprövning för att identifiera skillnader mellan till exempel två maskiner samt användning av histogram för att identifiera viktiga felorsaker.
Däremot, menar Shingo (1986), kan statistiska metoder som bygger på provgruppsuttag från en tillverkningsprocess aldrig eliminera fel. De kan i bästa fall endast reducera antalet fel som uppstår.
Shingos (1986) metod för att åstadkomma noll fel i produktionsprocesser är poka-yoke- system i kombination med inspektionssystem som identifierar grundorsaker till att fel uppstår. Som alternativ till inspektionssystem som identifierar grundorsaker kan även så kallade successiva inspektionssystem nyttjas. Principen är då att operatören i nästföljande operation kontrollerar produkten, för att på så sätt få en objektiv bedömning av produktens egenskaper. Shingo (1986) framhåller även informativa inspektionssystem där principen är att mäta en kvalitetskaraktäristika och sedan styra den aktuella tillverkningsprocessen utifrån detta mått. Viktigt i detta sammanhang är att minimera tiden från mätning till eventuell justering av processen. Oavsett inspektionsmetod menar Shingo (1986) att 100 procent inspektion alltid skall genomföras. Endast på så sätt kan nollfelsprincipen uppnås. En konsekvens av 100 procent inspektion är också att kontrollmetoderna måste vara enkla och tidseffektiva.
När det gäller poka-yoke-metoden som sådan förklaras denna enklast med hjälp av konkreta
om 150 detaljer vardera. Ibland packades fel antal detaljer emedan dessa handräknades vid packningen. Problemet löstes enkelt och billigt genom att detaljerna innan packning placerades på en anordning enligt figur 5.1. Operatören kunde enkelt se om anordningen var fylld med korrekt antal detaljer eller ej innan packning.
Figur 5.1. Exempel på poka-yoke-lösning. Fritt efter Shingo (1986, s. 250)
5.2 KRIMPNING
5.2.1 Översikt
Krimpning är en process för att sammanfoga material utan användning av fästelement.
Krimpning kan ske på både cylindriska och platta komponenter, förutsatt att de ingående materialen är tillräckligt tunna och duktila för att inte gå sönder av de stora lokala deformationer som uppstår. Exempel på användningsområden är montering av kapsyler på flaskor samt montering av kontaktdon på elektriskt kablage. (Kalpakjian & Schmid, 2001) Shirgaokar et al (2004a) konstaterar att intresset för krimpning stigit på senare år.
Framförallt beror detta på frånvaron av fästelement, men även på att metoden inte kräver någon för- eller efterbearbetning. Materialet utsätts nämligen inte för termisk påverkan då krimpning är en kall bearbetningsmetod. Designen av krimpningsprocesser har traditionellt baserats på erfarenhet och kostsamma försök enligt bästa-gissnings-metoden. (ibid)
5.2.2 Fallstudier
I Shirgaokar et al (2004a) och Shirgaokar et al (2004b) beskrivs två intressanta studier som båda fokuserar på krimpning inom vapenindustrin. Studierna behandlar två processer där en hylsa krimps fast på en kula. Vid krimpningen deformeras hylsan av krimpbackar för att fylla ett spår i kulan. Se figur 5.2.
Längd motsvarande 150 enheter
– TEORETISK REFERENSRAM –
Figur 5.2. Krimpning av hylsa på kula. Efter Shirgaokar et al (2004a, s. 36)
Krimpens kvalitet utvärderas med ett test som mäter den erforderliga kraften för att dra ut kulan från hylsan. Testet genomförs med hjälp av en FEM-simulering. Under testet påverkas hylsan inte nämnvärt, utan den eventuella skada som uppstår lokaliseras helt till krimpen.
Krimpens kvalitet är därför avgörande för monteringen. I Shirgaokar et al (2004a) är syftet att bestämma den optimala krimppositionen i förhållande till krimpspåret samt att bestämma vilka geometrier hos krimpbackarna som maximerar utdragningskraften.
För att studera kulans utdragningskraft samt den procentuella förtunningen av hylsan varierades krimpens placering i förhållande till krimpspåret, krimpbackarnas pressdjup, krimpbackarnas utformning samt friktionskoefficienten mellan kula och hylsa. (ibid)
I figur 5.3 nedan visas utdragningskraft och procentuell förtunning som funktion av krimpens axiella position för två olika friktionskoefficienter. Figur 5.3 avser ett litet pressdjup hos krimpbackarna. (ibid)
Figur 5.3. Procentuell förtunning och utdragningskraft som funktion av axiell krimpposition för två olika friktionskoefficienter. Litet pressdjup. Efter Shirgaokar et al (2004a, s. 40)
Shirgaokar et al (2004a) definierar den optimala krimpen som den med maximal utdragningskraft och minimal förtunning av hylsan. Som framgår av figur 5.3 erhålls denna krimp för axialläget 0.00 mm. I detta läge deformerar krimpbackarna hylsan exakt i höjd med mitten av krimpspåret. När samma simulering genomfördes med ett större pressdjup hos krimpbackarna drogs slutsatsen att en krimpposition 0.254 mm ovanför krimpspårets mitt gav bäst resultat. (ibid)
I Shirgaokar et al (2004a) beskrivs även hur olika utformningar av krimpbackar påverkar krimpresultatet. Både krimpbackar med radiella och platta huvuden studeras.
Krimpbackarnas utformning har en tydlig inverkan på krimpens styrka, men av sekretesskäl publiceras inga numeriska värden från dessa undersökningar.
Shirgaokar et al (2004b) beskriver vidare en studie där en kula presspassas i en hylsa till ett bestämt läge. Undersökningen behandlar bland annat hur spänningen i hylsans material beror av passformen mellan kula och hylsa. I studien fastslås att en god passform mellan kula och hylsa skapar mindre materialspänningar vilket ökar den erforderliga kraften för att separera kulan från hylsan. Det konstateras även att en hög friktionskoefficient mellan kula och hylsa leder till högre utdragningskraft. (ibid)
