Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum: 18. 5. 2017
Podpis:
Děkuji vedoucímu diplomové práce panu doc. Ing. Ladislavu Ševčíkovi, CSc. z katedry částí a mechanismu strojů TU v Liberci za poskytnutý čas a připomínky. Děkuji firmě PEUKER Strojírna, s.r.o.
za možnost vypracování diplomové práce a za podporu při studiu na Technické univerzitě v Liberci.
Tato diplomová práce se zabývá inovací mechanismu výškově nastavitelné žákovské židle vyráběné ve firmě PEUKER Strojírna, s.r.o. Práce dokumentuje vývoj nového systému polohování, který umožní přizpůsobení židle různým tělesným proporcím uživatele. Prioritou je zlepšení ergonomie návrhu, přiblížení k ideálnosti systému a hlavně dosažení ekonomického úspěchu na trhu. Práce na vývoji inovovaného produktu je provedena pomocí moderních inženýrských postupů zejména pak pomocí metod inovačního inženýrství.
Klíčová slova
aretace, inovace, inovační inženýrství, mechanismus, posuvná vazba, západkový mechanismus, žákovská židle
Abstract
This thesis deals with the innovation of the mechanism of height-adjustable student chair produced by PEUKER Strojírna, s.r.o. Thesis documents the research of a new adjustment system, which allows the chair to adapt to the different body proportions of the user. The priority of this innovation is to improve ergonomics of the entire product, increase ideality of this technical system and to achieve economic success. Research of this product is performed by application of modern engineering techniques, especially by using methods of innovation engineering.
Key words
locking mechanism, innovation, innovation engineering, mechanism, prismatic joint, ratchet mechanism, student chair
Obsah
ÚVOD ... 15
1. CÍL PRÁCE ... 17
1.1. ŽÁKOVSKÁ ŽIDLE VN ... 18
1.1.1. Základní technické parametry ... 19
1.1.2. Popis nastavení do požadované polohy ... 20
1.1.3. Technologie výroby ... 21
1.1.4. Ergonomie a bezpečnost ... 22
1.1.5. Ekologie ... 22
1.2. HOSPODÁŘSKÉ VÝSLEDKY PODNIKU ... 22
1.3. DÍLČÍ ZÁVĚR ... 22
2. PLÁNOVÁNÍ INOVACE ... 23
2.1. IDENTIFIKACE INOVAČNÍCH PŘÍLEŽITOSTÍ ... 24
2.2. ZHODNOCENÍ INOVAČNÍCH NÁVRHŮ ... 26
2.3. ALOKOVÁNÍ ZDROJŮ ... 26
2.4. VYPRACOVÁNÍ HARMONOGRAMU ... 27
2.5. ZFORMULOVÁNÍ INOVAČNÍCH PROHLÁŠENÍ ... 28
2.6. REVIZE VÝSTUPŮ A PRŮBĚHU PROCESU ... 29
3. SPECIFIKACE UŽIVATELSKÝCH A ZÁKAZNICKÝCH POTŘEB... 30
3.1. IDENTIFIKACE ZÁKAZNICKÝCH POTŘEB ... 30
3.2. SEZNAM RELEVANTNÍCH TECHNICKÝCH PARAMETRŮ INOVOVANÉHO VÝROBKU ... 32
3.3. MATICE QFD ... 33
3.4. DÍLČÍ ZÁVĚR ... 33
4. METODY SYSTEMATICKÉ KREATIVITY ... 34
4.1. MODELOVÁNÍ INOVAČNÍHO PROBLÉMU ... 34
4.2. KREATIVNÍ ŘEŠENÍ DÍLČÍCH PROBLÉMŮ ... 34
4.3. DÍLČÍ ZÁVĚR ... 35
5. PRŮZKUM ZNÁMÝCH TECHNICKÝCH ŘEŠENÍ ... 36
6. NÁVRHY KONCEPTŮ INOVOVANÉHO VÝROBKU ... 37
6.1. SPECIFIKACE KONCEPTŮ ŘEŠENÍ ... 37
6.2. SYSTEMATICKÉ ZHODNOCENÍ KONCEPTŮ METODOU AHP ... 50
6.2.1. Volba kritérií ... 50
6.2.2. Porovnání kritérií mezi sebou ... 51
6.2.3. Porovnávání jednotlivých konceptů podle různých kritérií ... 52
6.2.4. Vyhodnocení porovnávání ... 53
7. KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ INOVOVANÉHO VÝROBKU ... 54
7.1. POŽADOVANÝ SOUČINITEL BEZPEČNOSTI ... 54
7.2. SILOVÉ POMĚRY VMECHANISMU ... 54
7.2.1. Síly přenášené čepy ... 55
7.2.2. Síly přenášené západkou ... 56
7.2.3. Síly v posuvné vazbě ... 57
7.3. NÁVRH ČEPOVÉHO SPOJE ... 58
7.4. STATICKÁ PEVNOSTNÍ ANALÝZA ... 63
7.4.1. Jezdec ... 63
7.4.2. Stojina ... 65
7.4.3. Západka ... 66
8. APLIKACE PRINCIPŮ DFX ... 67
8.1. DFALUCAS ... 67
8.1.1. Stav před DFA ... 68
8.1.2. Stav po DFA ... 70
8.2. DFM ... 72
8.3. DÍLČÍ ZÁVĚR ... 73
9. APLIKACE PRINCIPŮ VA/VE ... 74
9.1. VYTVOŘENÍ SEZNAMU KOMPONENT A IDENTIFIKACE JEJICH FUNKCÍ ... 74
9.2. URČENÍ NÁKLADŮ NA JEDNOTLIVÉ KOMPONENTY ... 74
9.3. URČENÍ HODNOTY JEDNOTLIVÝCH KOMPONENT A FUNKCÍ ... 75
9.4. NÁVRH ŘEŠENÍ KESNÍŽENÍ NÁKLADŮ / ZVÝŠENÍ HODNOTY ... 77
9.4.1. Současný stav... 77
9.4.2. Návrhy nákladové optimalizace... 77
9.5. VÝBĚR A VYHODNOCENÍ ŘEŠENÍ ... 79
10. APLIKACE FMEA-K ... 80
12. ZÁVĚR ... 81
POUŽITÁ LITERATURA ... 82
Přílohy
Seznam obrázků
OBR.1-1VELIKOSTI DLE ČSNEN1729-1 ... 18
OBR.1-2ŽÁKOVSKÁ ŽIDLE VN ... 19
OBR.1-3SESTAVA VN3-5 ... 20
OBR.1-4POSTUP NASTAVENÍ SEDÁKU ... 20
OBR.1-5ARETAČNÍ ČEP ... 21
OBR.2-1HARMONOGRAM INOVAČNÍCH PROJEKTŮ ... 27
OBR.2-2HARMONOGRAM JEDNOTLIVÝCH ČINNOSTÍ ... 28
OBR.6-1KONCEPT I– CELKOVÝ POHLED ... 37
OBR.6-2KONCEPT I– POLOHOVACÍ MECHANISMUS ... 38
OBR.6-3KONCEPT I– POLOHOVACÍ MECHANISMUS, ŘEZ ... 39
OBR.6-4KONCEPT I– PRINCIP POLOHOVÁNÍ ... 39
OBR.6-5KONCEPT II– CELKOVÝ POHLED ... 40
OBR.6-6KONCEPT II– POLOHOVACÍ MECHANISMUS, ŘEZ STOJINOU... 41
OBR.6-7KONCEPT II– POLOHOVACÍ MECHANISMUS, DETAIL ... 42
OBR.6-8KONCEPT II– POLOHOVACÍ MECHANISMUS, OVLÁDÁNÍ ... 42
OBR.6-9KONCEPT III– POLOHOVACÍ MECHANISMUS ... 43
OBR.6-10KONCEPT III– CELKOVÝ POHLED ... 44
OBR.6-11KONCEPT III– PRINCIP POLOHOVÁNÍ ... 44
OBR.6-12KONCEPT IV– POLOHOVACÍ MECHANISMUS, ŘEZ STOJINOU ... 45
OBR.6-13KONCEPT IV– POLOHOVACÍ MECHANISMUS, ŘEZ TÁHLEM A DETAIL PRUŽINY ... 46
OBR.6-14KONCEPT IV– CELKOVÝ POHLED ... 46
OBR.6-15KONCEPT V– CELKOVÝ POHLED ... 47
OBR.6-16KONCEPT V– PRINCIP POLOHOVÁNÍ ... 47
OBR.6-17KONCEPT VI– CELKOVÝ POHLED ... 48
OBR.6-18KONCEPT VI– PRINCIP POLOHOVÁNÍ ... 49
OBR.6-19STRUKTURA AHP ... 50
OBR.7-1SÍLY PŘENÁŠENÉ ČEPY ... 55
OBR.7-2SÍLY PŘENÁŠENÉ ZÁPADKOU ... 56
OBR.7-3SÍLY V POSUVNÉ VAZBĚ ... 57
OBR.7-4ZATÍŽENÍ ČEPU ... 59
OBR.7-5OTLAČENÍ JEZDCE OD ČEPU ... 61
OBR.7-6OTLAČENÍ ZÁPADKY OD ČEPU ... 62
OBR.7-7JEZDEC – OKRAJOVÉ PODMÍNKY ... 64
OBR.7-8JEZDEC – REDUKOVANÉ NAPĚTÍ ... 64
OBR.7-9STOJINA – OKRAJOVÉ PODMÍNKY ... 65
OBR.7-10STOJINA – REDUKOVANÉ NAPĚTÍ ... 65
OBR.7-11ZÁPADKA – OKRAJOVÉ PODMÍNKY ... 66
OBR.7-12ZÁPADKA – REDUKOVANÉ NAPĚTÍ ... 66
OBR.8-1MONTÁŽ PŘED DFA ... 68
OBR.8-2MONTÁŽ JEZDCE PŘED DFA ... 68
OBR.8-3MONTÁŽ PO DFA ... 71
OBR.8-4MONTÁŽ JEZDCE PO DFA ... 71
OBR.8-5PROFIL RÁMU PŘED (VLEVO) A PO (VPRAVO)DFM ... 73
OBR.9-1OTVOR V PROFILU JEZDCE V2(ČÍSLO VÝKRESU VN235-03-001V2) PO NÁKLADOVÉ OPTIMALIZACI ... 79
OBR.9-2KOTOUČOVÁ FRÉZA VROZÍCH ZAOBLENÁ ... 79
Seznam tabulek
TAB.2-1STROJOVÝ PARK PEUKERSTROJÍRNA, S.R.O. ... 23
TAB.2-2INOVAČNÍ PROHLÁŠENÍ VE SMĚRU SPECIFICKÉHO ZADÁNÍ PRO INOVAČNÍ TÝM ... 29
TAB.3-1SEZNAM ZÁKAZNICKÝCH POTŘEB ... 31
TAB.3-2SEZNAM RELEVANTNÍCH TECHNICKÝCH PARAMETRŮ INOVOVANÉHO VÝROBKU ... 32
TAB.6-1SPECIFIKACE KRITÉRIÍ ... 51
TAB.6-2POROVNÁVÁNÍ KRITÉRIÍ ... 52
TAB.6-3POROVNÁVÁNÍ PODLE K1– CELKOVÁ HMOTNOST ŽIDLE ... 52
TAB.6-4POROVNÁVÁNÍ PODLE K2– VÝROBNÍ NÁKLADY ... 52
TAB.6-5POROVNÁVÁNÍ PODLE K3– ČAS POTŘEBNÝ PRO VÝŠKOVÉ NASTAVENÍ SEDÁKU ... 53
TAB.6-6POROVNÁVÁNÍ PODLE K4– ROZSAH VÝŠKY SEDÁKU ... 53
TAB.6-7VYHODNOCENÍ KONCEPTŮ ... 53
TAB.7-1SOUČINITEL BEZPEČNOSTI [9] ... 54
TAB.8-1STAV PŘED DFA ... 69
TAB.8-2STAV PO DFA ... 70
TAB.9-1NÁKLADOVÝ LIST ... 75
TAB.9-2HODNOTOVÁ ANALÝZA ... 76
Seznam použitých symbolů a zkratek
Symbol Jednotky Název
a mm Rozteč čepů
b mm Vzdálenost mezi čepem A a zatěžující silou
cl 1 Index konzistence
d mm Průměr čepu
e mm Vzdálenost mezi zatěžující silou a podporou čepu A
EK % Efektivita konstrukce
f mm Rozteč sil zatěžujících čep A
F N Zatěžující síla
Fx N Zatěžující síla, složka x Fy N Zatěžující síla, složka y
g m.s-2 Gravitační zrychlení
gi 1 Geometrický průměr
INMA 1 Index náročnosti manipulace ISMO 1 Index složitosti montáže
k 1 Bezpečnostní součinitel
l mm Rozteč mezi reakcemi N4
m kg Hmotnost
Mo MAX N.mm Maximální ohybový moment
Mox MAX N.mm Maximální ohybový moment, složka x
Moy MAX N.mm Maximální ohybový moment, složka y
n 1 Řád matice
N1 N Reakce 1 v posuvné vazbě
N2 N Reakce 2 v posuvné vazbě
N3 N Reakce stojiny na silové působení západky N4 N Reakce jezdce na silové působení západky pDJ MPa Dovolený stykový tlak mezi čepem a jezdcem pDR MPa Dovolený stykový tlak mezi čepem a rámem pDZ MPa Dovolený stykový tlak mezi čepem a západkou pJ MPa Stykový tlak mezi čepem a jezdcem
pR MPa Stykový tlak mezi čepem a rámem pZ MPa Stykový tlak mezi čepem a západkou q mm Vzdálenost mezi RAx a N3
RA N Reakce čepu A
RAx N Reakce čepu A, složka x
RAy N Reakce čepu A, složka y
RB N Reakce čepu B
Re MPa Mez kluzu
RJ N Síla na jezdec od čepu
RZ N Síla na západku od čepu
S mm2 Plocha průřezu čepu
SJ mm2 Styková plocha mezi čepem a jezdcem SR mm2 Styková plocha mezi čepem a rámem SZ mm2 Styková plocha mezi čepem a západkou
t1 mm Tloušťka profilu rámu
t2 mm Tloušťka profilu jezdce
u mm Vzdálenost čepu B a konce stojiny
w mm Vzdálenost čepu A a konce jezdce
wi 1 Normalizovaný geometrický průměr
Wo mm3 Modul průřezu v ohybu
Úhel sklonu stojiny
MAX 1 Největší vlastní číslo matice
1 Poissonův poměr
1 Poměr obvodu kruhu k jeho průměru
Do MPa Dovolené napětí v ohybu
o MPa Ohybové napětí
o MAX MPa Maximální ohybové napětí
RED MPa Redukované napětí
Ds MPa Dovolené napětí ve smyku
s MPa Napětí ve smyku
Zkratka Název
AHP Analytic hierarchy process
ČSN Česká technická norma
DFA Design for assembly
DFM Design for manufacturability
DFX Design for X
DIN Deutsches Institut für Normung (Německý ústav pro průmyslovou normalizaci)
DPH Daň z přidané hodnoty
EN Evropská norma
FAST Functional analysis systems technique
FEM Finite element method
FMEA Failure mode and effects analysis
MKP Metoda konečných prvků
PE Polyethylen
PTFE Polytetrafluorethylen
QFD Quality function deployment
RCN Analýza rozměr – cena – náklady
s.r.o. Společnost s ručením omezeným
TRIZ Teoriya resheniya izobretatelskikh zadach (Tvorba a řešení inovačních zadání)
TS Technický systém
TUL Technická univerzita v Liberci
VA/VE Value analysis/Value engineering
Úvod
Na základě mého zaměstnání ve firmě PEUKER Strojírna, s.r.o. jsem se rozhodl vypracovat diplomovou práci zaměřenou na inovaci produktu, který se zde vyrábí. Tato firma se zabývá zejména CNC obráběním pro externí zadavatele a v menší míře také výrobou kovového školního nábytku, jehož inovace je předmětem této práce. Konkrétně se jedná o inovaci polohovacího mechanismu žákovské židle řady VN. Vybavení vzdělávacích institucí sice není typickým produktem strojírenské výroby, ale v této práci jde zejména o popis moderního, rychlého a efektivního procesu vývoje nového produktu malosériové výroby bez kladení velkého důrazu na samotné reálie oblasti použití produktu.
Tato diplomová práce dokumentuje metodické zlepšování inovované konstrukce s důrazem na slovo metodické. Nejedná se tedy o soupis neorganizovaných tvůrčích myšlenek a náhodných vylepšení, ale o demonstraci systematického a opakovatelného inovačního procesu. Mimo přímého zlepšování produktu je neoddělitelnou součásti jeho inovace i návaznost konstrukce na inovaci procesů a na redukci nákladů spojených s výrobou tohoto produktu, proto je v této práci kladen velký důraz na návrh kvalitní konstrukce z hlediska výroby a montáže.
Přínosem této práce je kromě samotného vývoje nové konstrukce i demonstrace faktu, že chybějící zdroje, ať už se jedná o nedostatek času, lidí nebo omezený finanční rozpočet, mohou být v malých firmách z velké části nahrazeny kvalitním systémem managementu inovací.
1. Cíl práce
Cílem této diplomové práce je inovace polohovacího mechanismu výškově nastavitelné žákovské židle řady VN. Tento mechanismus musí umožnit přizpůsobení židle různým tělesným proporcím uživatele. Obecné zásady pro vývoj nového produktu udržující soulad s dlouhodobou strategií podniku PEUKER Strojírna, s.r.o. nabádají k tvorbě jednoduchých, lehkých a ergonomicky propracovaných produktů. Tyto zásady a zadání diplomové práce budou samozřejmě respektovány, ale ve všech ostatních obhledech je tvorba inovačního zadání na inovačním týmu.
Důraz je v této práci kladen na to, aby inovovaný polohovací systém zlepšil vlastnosti celého výrobku, neboť posuvná vazba tohoto mechanismu tvoří zároveň i stojinu židle, která je z hlediska velikosti i funkce podstatnou částí této židle. Inovací samotného mechanismu tedy dojde i k výraznému přetvoření celé židle a ke změně jejich charakteristik. Vznikne zcela nový produkt. Prioritou jeho návrhu je zlepšení ergonomie, usnadnění výškového nastavování, přiblížení k ideálnosti systému a hlavně dosažení ekonomického úspěchu na trhu. Záměrem práce je také trvat na systematičnosti provedení dílčích inovačních činností a na uplatňování moderních inženýrských postupů zejména pak metod inovačního inženýrství. Zmíněné metody, které jsou v této práci nutným prostředkem pro plnění jejich cílů, jsou rozsahem často nad možnosti tohoto formátu. Proto jsou některé moderní postupy inovačního inženýrství zdokumentovány v přílohách, které jsou umístěny v samostatném svazku.
Formálně je cílem této práce jednoduše splnit zadání diplomové práce, jehož hlavním úkolem je inovovat polohovací mechanismus žákovské židle. Tohoto cíle je dosaženo skrze rozbor a kritické hodnocení stávajícího produktu v úvodní části textu, za kterou následuje specifikace požadavků na inovovaný výrobek. Tyto požadavky jsou nejprve obecně zformulovány v inovačním prohlášení, které stanovuje základní parametry židle takto:
cena maximálně 1 500 Kč včetně DPH (celkové náklady + 10% přirážka),
hmotnost maximálně 7 kg,
nosnost minimálně 120 kg,
rozsah minimálně 3 velikosti dle ČSN EN 1729-1,
čas potřebný pro výškové nastavení sedáku maximálně 60 s.
Následně jsou tyto požadavky upřesněny identifikací uživatelských a zákaznických potřeb, které jsou metodou QFD transformovány do cílových charakteristik výrobku. Formováním těchto charakteristik do uceleného řešení se zabývá tvorba konceptu výrobku, která čerpá z metod systematické kreativity a průzkumu známých technických řešení. Generování konceptu řešení je uzavřeno tvorbou několika variant inovačních návrhů. Z těchto konceptů je podle zvolených kritérií metodou AHP vybráno nejlepší řešení, které je v posledních kapitolách práce rozpracováno do kompletního konstrukčního návrhu včetně výrobně technické dokumentace, optimalizace pomocí metod detailního konstruování a ekonomického zhodnocení podle principů VA/VE.
1.1. Žákovská židle VN
Žákovská židle VN se ve firmě PEUKER Strojírna, s.r.o. vyrábí od roku 2014, vychází ale z konstrukce výrobku uvedeného na trh již v roce 1999. Výsledkem tohoto vývoje, který byl založen na inspiraci starším modelem, je židle se zastaralou, ale technologicky odladěnou konstrukcí.
Jedná se o výškově nastavitelnou žákovskou židli. Vyrábí se ve třech provedeních. Každá z těchto variant pokryje rozsahem polohování sedáku tři až čtyři velikosti podle ČSN EN 1729-1. Nejmenší varianta má rozsah velikostí 2-4 dle ČSN EN 1729-1, střední má rozsah velikostí 3-5 a největší varianta má rozsah 4-7.
Obr. 1-1 Velikosti dle ČSN EN 1729-1
Nosná konstrukce židle se skládá z rámu (1) nesoucího sedák (5) a opěradlo (6) a ze dvou stojin (2).
Technologicky se jedná o svařence tvořené z válcovaných ocelových profilů. Rám je svařen z plochooválů 38x20x1,5 a stojiny z plochooválů 34x16x1,5. Stojiny se zasouvají do rámu a tvoří tak posuvnou vazbu, která umožňuje měnit výšku sedáku. Rám je v požadované poloze zajištěn pomocí aretačního čepu (4).
Zbytek židle, který již přímo nesouvisí s polohovacím mechanismem, se skládá z komponent, nakupovaných od externích dodavatelů. Opěradlo a sedák, které jsou s nosnou konstrukcí snýtovány, jsou vyrobeny z bukové překližky, což je kompozitní deska slepená z více vrstev dřevěných pásů. Ve spodní části se nachází plastové kluzáky (7) umožňující hladký pohyb po různých površích. Tyto kluzáky stejně jako záslepky (8) jsou zhotoveny z PE.
Obr. 1-2 Žákovská židle VN
1.1.1. Základní technické parametry Cena: 1 400 Kč včetně DPH Hmotnost: 6,5 kg
Nosnost: 120 kg
Vnější rozměry: 474x446x756 mm (provedení 3-5)
Nosná konstrukce: plochoovál 38x20x1,5 mm a 34x16x1,5 mm ČSN 42 6930 ocel S235JR (1.0038)
Dřevěné díly: buková překližka tl. 6 mm a 10 mm třída 1 dle ČSN EN 314-2 (IW 20)
Obr. 1-3 Sestava VN 3-5
1.1.2. Popis nastavení do požadované polohy
Židle umožňuje výškové nastavení sedáku, který se pohybuje spolu s opěradlem. Účel výškového nastavování je zřejmý, a to omezit počet vyráběných velikostních variant a tím v konečném důsledku snížit cenu produktu. V praxi probíhá změna výšky sedáku v pěti základních krocích:
1) Otočení židle vzhůru nohama 2) Vysunutí aretačního čepu
3) Polohování stojiny do požadované polohy 4) Zasunutí aretačního čepu
5) Opakování postupu pro druhou stojinu
Obr. 1-4 Postup nastavení sedáku
Pro zabránění změny aktuálního nastavení výšky sedáku je v konstrukci použit aretační čep. Teprve až po ručním vysunutí čepu je možné nastavit jinou aretační polohu. Tento čep se skládá z dutého tělesa (1), uvnitř kterého je šroub (3), který je od tělesa odtlačován pružinou (2). V předchozích verzích konstrukce byl podobný aretační čep nakupován od firmy Elesa Ganter. V současné konstrukci je použit aretační čep vlastní výroby.
Obr. 1-5 Aretační čep
1.1.3. Technologie výroby
Z hlediska sériovosti se jedná o malosériovou výrobu. Židle se vyrábí v množství cca 2 000 ks ročně.
Ve vztahu k přesnosti a složitosti se dá výroba těchto židlí hodnotit jako technologicky nenáročná.
Posuvná vazba
Ocelové profily, tvořící posuvnou vazbu mechanismu, se řežou na pásové pile. Otvory do nich jsou vrtány na CNC obráběcích centrech, která se primárně využívají k jiným účelům (zakázková výroba pro externí zadavatele). U židlí nižších nosností jsou aretační čepy našroubovány do závitů vytvořených přímo v profilech. Postupně se od klasických metod zhotovování vnitřních závitů přechází na tváření závitů do otvorů vrtaných termálně.
Aretační čep
Těleso aretačního čepu se vyrábí na CNC soustruzích na jedno upnutí. Další díly aretačního čepu (lícovaný šroub, tlačná pružina a plastová krytka) jsou nakupované.
Ostatní díly
Ostatní ocelové profily, které nejsou součástí polohovacího mechanismu, jsou vyráběny obdobně jako profily posuvné vazby, tedy řezáním a obráběním. Plechové díly se vyrábí zejména stříháním a
ohýbáním. Celky z těchto součástí jsou spojeny obloukovým svařováním metodou MIG. Plastové a dřevěné díly jsou kvůli příznivé ceně nakupovány od externích dodavatelů.
1.1.4. Ergonomie a bezpečnost
Na zařízení pro vzdělávací instituce je zaměřena řada požadavků vyplývajících hlavně z technických norem. Důraz je zejména kladen na bezpečnost, ergonomii a mechanické vlastnosti. Klíčový význam má ergonomie, která je základním předpokladem pro prevenci poruch pohybového aparátu u dětí školního věku. Požadavky na funkční rozměry určuje norma ČSN EN 1729-1. Bezpečnost a metody zkoušení jsou stanoveny v normě ČSN EN 1729-2. Z obecnějšího hlediska předepisuje bezpečnost řada jiných norem. Například ČSN 91 0100 říká, že židle nesmí mít otvory a mezery, které mohou způsobit poranění prstů. Tato norma dále stanovuje, že pohyblivé části nesmí být nebezpečné jak při samotném použití židle, tak při nastavování do požadované polohy.
1.1.5. Ekologie
Mimo legislativy ČR a příslušných norem, jako je například ISO 14001, kterými jsou výrobci vázáni, je to hlavně svědomí a slušnost každého konstruktéra, která při vývoji nabádá k návrhu produktů redukujících jejich negativní dopad na životní prostředí po celý cyklus jejich života.
Konstrukčním zásahem ve prospěch životního prostředí je upuštění od používání plastových sedáků a opěradel a návrat k dřevěným dílům, které životní prostředí zatěžují mnohem méně. Snížení produkce odpadů a škodlivin se u tohoto výrobku dále děje redukcí podílu třískových technologií podílejících se na výrobě jednotlivých dílů. Zejména obrábění se u tohoto výrobku nahrazuje technologiemi netřískovými.
1.2. Hospodářské výsledky podniku
Zhodnocení hlavních ekonomických ukazatelů firmy PEUKER Strojírna, s.r.o. ukazuje, že čistý obrat se meziročně zvyšuje, ale tempo růstu klesá. Trend prodejnosti současných žákovských židlí řady VN má stejný charakter jako vývoj celkového obratu, tedy celkově roste, ale tempo růstu se zpomaluje. Ke zpomalování růstu prodejnosti produktu dochází jak na českém, tak i německém trhu. V rámci plnění cíle udržení profitability i v roce 2017 bylo výkonným vedením firmy rozhodnuto o zahájení inovačního projektu týkajícího se právě těchto nastavitelných žákovských židlí.
1.3. Dílčí závěr
Konstrukce této židle je silně podřízena technologičnosti a v některých ohledech připomíná produkt kusové výroby. Trpí tím zejména ideálnost tohoto výrobku, neboli schopnost plnit svou funkci a spotřebovávat při tom méně energie, času a prostoru. Problémem je rovněž zastaralost konstrukce navržené v roce 1999, která se negativně projevila již dávno, kdy se na trhu objevilo množství podobných konkurenčních výrobků. To se nepříznivě projevilo na prodejnosti, protože řada parametrů byla konkurencí překonána:
Cena, hmotnost a nosnost jsou pouze srovnatelné s konkurencí.
Čas nutný k výškovému nastavení sedáku nevyhovuje.
Naopak příznivý vliv stáří návrhu se u tohoto produktu projevuje z technologického hlediska. Benefity přinášejí zavedené výrobní postupy, vyzkoušené nástroje, odladěné dodavatelské řetězce atd. Navíc jsou zpětnou vazbou od zákazníka optimalizovány veškeré konstrukční nedostatky, které při zachování současného principu polohování odladěny být mohou. Optimalizací výrobních nákladů a spolehlivosti je tedy produkt udržován na konkurenceschopné úrovni.
2. Plánování inovace
Cílem úvodní fáze inovačního cyklu je sestavení portfolia inovovaných produktů a vypracování harmonogramu jejich zavádění na trh. Je tedy zřejmé, že fáze plánování výrobků vždy předchází vlastnímu procesu (technického) vývoje výrobku, tj. předchází formálnímu schválení inovačních projektů, nasazení výraznějších zdrojů organizace i zformování projektových týmů. Správný průběh procesu plánování inovace výrobků je zárukou, že inovovaný výrobek bude v souladu s širšími obchodními záměry společnosti. Při plánování inovace výrobku si musíme položit a zodpovědět například následující otázky [1]:
1) Jaké inovační projekty zahájíme?
2) Půjde o úplně nové, zlepšené nebo derivované výrobky?
3) Jaké bude načasování projektů a jejich pořadí?
4) Na jaký trh (segment) bude inovace orientována?
5) Jaké nové technologie budou zahrnuty do inovačního procesu?
6) Jaké jsou cíle a omezení výrobních procesů?
7) Jaký je vlastní finanční cíl inovace?
8) Jaký je finanční rozpočet inovace?
Odpovědi na tyto otázky byly získány komunikací s vedením společnosti. Formátem vzájemných dialogů byla mailová komunikace, osobní rozhovory, porady atp. Přehledným výstupem z těchto rozprav definujících podstatu inovačního projektu jsou právě odpovědi na výše uvedené otázky:
1) Zahájíme inovaci žákovská židle VN.
2) Půjde o zlepšený nebo úplně nový výrobek.
3) Zahájení projektu v září 2016, uvedení výrobku na trh v červenci 2017.
4) Produkt bude uveden na trh se školními potřebami.
5) Žádné nové technologie nebudou zahrnuty do inovačního procesu.
6) Výrobní náklady nesmí přesáhnout 1 364 Kč.
7) V průběhu prvního roku prodat minimálně 2 000 ks inovované židle.
8) Finanční rozpočet inovace je 50 000 Kč.
K otázce číslo 6 je třeba dodat, že existuje omezení výrobních procesů, které souvisí s využitím vlastních výrobních kapacit. Strojový park je sepsán v tabulce 2-1.
Tab. 2-1 Strojový park PEUKER Strojírna, s.r.o.
CNC obráběcí stroje Konvenční obráběcí stroje Ostatní stroje
CNC obráběcí centrum AXA VCC 800 CNC obráběcí centrum AXA VCC 1 000 CNC obráběcí centrum AXA VCC 1 200 CNC obráběcí centrum AXA Vario 1 700 CNC soustružnické centrum Spinner V65 CNC soustružnické centrum Emco E45 CNC soustružnické centrum Heid NC nástrojařská frézka Mikron NC nástrojařská frézka FNGJ 40
Nástrojařská frézka FNGJ 30 Soustruh SUI 50
Soustruh SUI 32 (2x) Soustruh SV 18 (3x) Bruska rovinná BRH (3x) Bruska na kulato
Bruska nástrojová kameníček (2x) Vrtačky (různé typy)
Pískovačka balotinou Závitovačky
Strojní pásová pila (2x) Lis excentrický 100 t Lis excentrický 20 t (2x) Lis hydraulický 10 t
Automaty Zámečnická výroba
Kovosvit MAS A20 (2x) Kovosvit MAS A 32C Kovosvit MAS A 50A
Padací nůžky 3 000 mm Ohraňovací lis 2 000 mm Ohýbačka plechu Sváření CO2
Sváření TIG, MIG Bodové sváření TECNA (2x)
Protože inovační proces není hra na náhodu ani cesta výjimečným vědeckým objevem, lze inovace systematicky plánovat, a dokonce tento proces řídit. Pro tento proces je vhodné využít určité metodické postupy, které celou fázi plánování inovace zrychlují a zefektivňují. V této fázi dominují zejména kvalitativní a kvantitativní metody marketingového výzkumu. Použití jednotlivých metod vychází z kroků, které musíme v úvodní fázi inovačního procesu učinit. Jedné se zejména o [1]:
identifikaci inovačních příležitostí,
zhodnocení inovačních návrhů,
alokaci zdrojů,
vypracování harmonogramu,
zformulování inovačního prohlášení,
revize výstupů a průběhu procesu.
Tyto kroky není nutné provádět v „absolutní čisté“ sekvenci, ale je možné využít i paralelní průběh, kterému je vlastní trvalé kritické posuzování a reflexe potřeb a možností společnosti i vazeb mezi různými inovacemi [1].
2.1. Identifikace inovačních příležitostí
Proces plánování začíná při identifikaci příležitostí. Tyto inovační příležitosti mohou být založeny na [1]:
nové výrobkové platformě (nová rodina výrobků, založená na platformě současné – rozšíření a udržení současných trhů),
derivátu existující platformy (rozšíření sortimentu současných výrobků – rozšíření současných trhů),
dílčí zlepšení existujícího výrobku (jedná se o modifikaci některých charakteristik – udržuje současné trhy),
úplně novém výrobku (dramaticky odlišný výrobek nebo technologie – získání nového trhu).
Mezi metody vhodné pro tuto fázi inovačního procesu patří zejména metody propracované v rámci teorie marketingu a benchmarkingu jako jsou například [1]:
analýza reklamací
interview s uživateli a zákazníky,
analýza trendu v životním stylu, demografických veličinách a technologiích,
sběr názorů současných zákazníků,
studium konkurenčních výrobků,
analýzu stavu nově se vyvíjejících technologií,
analýzu výsledků základního a aplikovaného výzkumu, inovativní marketing atd.
V tomto projektu byly inovační příležitosti identifikovány zejména pomocí analýzy reklamací a interview s uživateli.
Analýza reklamací
Analýza reklamací nepřinesla nijak překvapivé výsledky. Výrobek s tímto systémem polohování byl na trh uveden již v roce 1999 a všechny reklamace byly v rámci možností vyřešeny v prvních letech od uvedení na trh. Níže jsou vypsány důvody reklamací, které se týkají polohovacího mechanismu:
Nedostatečná bezpečnost aretace, která nemá bezpečnostní pojistku. Tento nedostatek byl vyřešen použitím aretačního čepu se silnější pružinou.
Polohování sedáku je obtížné a málo spolehlivé. Stojina se někdy vzpříčí ve vodicím profilu rámu a musí se vysunout násilím. Problém byl zprvu řešen vymezováním vůle v posuvné vazbě stavěcím šroubem, později navržením rámu a stojiny z přesnějších profilů.
Vzájemným kontaktem členů posuvné vazby se odírá lak na stojině, která se zasouvá do rámu. Problém byl vyřešen vložením plastové průchodky do ústí většího profilu a u dražších modelů pozinkováním stojiny.
Židle se klepe. Problém je způsobem vůlemi mezi členy mechanismu. Závada byla nejprve řešena vymezením vůle v posuvné vazbě stavěcím šroubem, později zpřesněním výrobních tolerancí.
Pro úplnost je zde uvedena i reklamace, která nesouvisí s polohovacím mechanismem, ale vynutila si výraznou konstrukční změnu:
Plastové sedáky a opěradla byly reklamovány kvůli nedostatečným mechanickým vlastnostem a nevyhovujícímu spojení s nosnou konstrukcí. Problém byl vyřešen nahrazením díly z dřevěných kompozitů.
Interview s uživateli
Interview s uživateli našich židlí bylo uskutečněno formou rozhovoru bez důrazu na dodržování přesného pořadí otázek a jejich formulace, případně vyžadování stejného typu odpovědi. Tazatel měl tedy možnost přizpůsobit dotazování konkrétní situaci. Tento průzkum by se dal označit za předběžný, jde zde totiž hlavně o seznámení s danou problematikou. Rozhovory probíhaly jak osobně, tak zprostředkovaně přes sociální sítě nebo komunikační programy. Respondenty těchto rozhovorů jsou hlavně studenti základních škol a jejich počet je 50. Otázky jim byly kladeny přibližně v tomto znění:
Na co současný výrobek používáte?
Co se Vám na současném výrobku líbí?
Co se Vám na současném výrobku nelíbí?
Jak by šlo tento výrobek zlepšit?
Výstupem z těchto rozhovorů je soubor originálních odpovědí, které je těžké efektivně statisticky vyhodnocovat, nebo je mezi sebou porovnávat. Hlavním přínosem interview s uživateli, kromě sběru dat pro tvorbu inovačních příležitostí, je identifikace témat, na která je vhodné se detailně ptát při získávání specifikací uživatelských a zákaznických potřeb. Odpovědi se pohybují zejména v okruhu těchto témat:
ergonomie návrhu,
komfort sezení,
manipulace se židlí,
nastavování židle,
odolnost výrobku.
Závěr
Výstupem analýzy reklamací a interview s uživateli je tento seznam identifikovaných inovačních příležitostí:
polohovací mechanismus je spolehlivý,
polohovací mechanismus má bezpečnostní pojistku,
židle je tuhá a odolává hrubému zacházení,
židle umožňuje výškové nastavení sedáku do jedné minuty,
židle umožňuje komfortní a zdravé sezení osobám různých tělesných proporcí,
židle umožňuje zvedání a přemisťování malými dětmi.
2.2. Zhodnocení inovačních návrhů
V případě, že je vyhledávání příležitostí dobře organizováno a řízeno, mohou být během jednoho roku identifikovány stovky inovačních příležitostí a návrhů. Druhým krokem v této fázi inovačního procesu je proto výběr návrhů, slibujících splnění podnikatelských cílů. Při redukování inovačních návrhů se podniky mohou dopustit dvou zásadních chyb [1]:
opomenutí – vznikne tehdy, jestliže firma opustí dobrý nápad,
pokračování – dopustíme se jí tehdy, když připustíme, aby se nekvalitní nápad dostal do fáze vývoje resp. ještě dále.
Je tedy nutné zhodnotit jednotlivé návrhy a identifikovat dobré, resp. špatné návrhy. Pro hodnocení jednotlivých inovačních návrhů se využívají různá hlediska, mezi která patří například [1]:
shoda s konkurenční strategií firmy,
uplatnění v jednotlivých segmentech trhu,
posouzení z hlediska technologických trajektorií,
kapitálová připravenost firmy.
Ve snaze předejít opomenutí dobrého nápadu nebo pokračování ve špatném byl seznam inovačních příležitostí revidován jak inovačním týmem, tak vedením společnosti. Při hodnocení jednotlivých návrhů bylo zohledněno množství hledisek včetně výše jmenovaných. Některé návrhy byly doplněny, některé odstraněny a na základě aktualizovaného seznamu inovačních příležitostí byl formulován inovační záměr.
Inovační záměr
Vytvořte lehkou a odolnou žákovskou židli, která umožňuje rychlé a snadné rozměrové přizpůsobení uživateli. Mechanismus polohování je bezpečný, dostatečně tuhý a spolehlivý.
2.3. Alokování zdrojů
Žádný podnik si nemůže dovolit „nabrat“ mnoho inovačních projektů bez ohledu na dostupnost potřebných prostředků pro jejich realizaci. Výsledkem takového postupu je, že kvalifikovaní pracovníci, inženýři i manažeři jsou více a více zapojováni do dalších inovačních projektů, což následně způsobuje zdržení, prodloužení doby uvedení na trh, snížení produktivity prací v inovačním procesu i snížení plánovaných zisků. Metodou vhodnou pro redukci těchto negativních projevů je tzv.
souhrnné plánování (aggregate planning), které zajistí efektivní nasazení podnikových zdrojů do projektů, které tak mohou být dokončeny v rámci rozpočtových zdrojů i v plánovaném čase. V této fázi je nutné pečlivě naplánovat (odhadnout) potřebu jednotlivých zdrojů pro realizaci každého inovačního projektu s přesností na roky, čtvrtletí, resp. měsíce. Mezi hlavní plánované položky patří např. [1]:
potřeba lidských zdrojů v různých kvalifikacích,
potřeba zařízení pro uplatnění metody rapid prototyping,
potřeba pilotní haly/linky,
potřeba testovacího zařízení apod.
Plánovaná pilotní hala pro výrobu předsériových kusů inovovaného výrobku je zámečnická dílna v závodu PEUKER Strojírna, s.r.o. ve Smržovce. Podmínky pro využívání výrobních kapacit a zařízení pro tvorbu prototypu a testování stanovují, že jejich využívání nesmí být v kolizi s harmonogramem výroby.
Možnost využití zařízení pro rapid prototyping (konkrétně Stratasys Prodigy a Dimension sst 768) přislíbila katedra výrobních systémů TUL. Použití těchto kapacit je omezeno velikostí prototypového dílu.
Inovační tým tvoří samozřejmě více osob. Tento inovační projekt však vypracoval výlučně jeden člověk, autor práce. Toto využití lidských zdrojů vychází ze samé podstaty diplomové práce, která by měla ověřit, zda je autor schopen provádět vystudované úkony, tudíž by měl tuto práci vypracovat autor sám. Pro naplnění formální stánky týmové práce jsou do inovačního týmu zařazeny osoby, u kterých je účast na projektu naplánována jen okrajově, například formou konzultací nebo schvalování. Plánované lidské zdroje pro tento projekt tedy jsou:
David Navrátil (vedoucí projektu, vývojový inženýr),
Dušan Peuker (výkonné vedení firmy),
Tomáš Lipavský (technolog/mistr prototypové dílny).
2.4. Vypracování harmonogramu
Rozložení inovačních projektů v čase je znázorněno ve standardním harmonogramu, který má zpravidla podobu úsečkového grafu. Při sestrojování harmonogramu musíme vzít do úvahy několik důležitých faktorů jako je např. [1]:
načasování doby uvedení výrobku na trh,
dostupnost ověřených technologií,
připravenost trhu,
harmonogramy konkurenčních výrobků.
Výrobkový plán pro inovační projekty firmy PEUKER Strojírna, s.r.o. je na obrázku 2-1. Je poměrně prázdný, protože jak již bylo v úvodu zmíněno, tato se firma se zabývá hlavně zakázkovou výrobou, konkrétně obráběním pro externí zadavatele. Práce na těchto zakázkách je v mnoha ohledech rutinní a postrádá tedy jedinečnost, což je jeden z poznávacích znaků projektu, proto tyto zakázky nejsou vedeny jako projekty a nejsou tedy v harmonogramu uvedeny.
Obr. 2-1 Harmonogram inovačních projektů
Pro tento inovační projekt byl vytvořen i harmonogram jednotlivých činností. Jeho účelem je organizace jednotlivých prací a prevence proti nedodržení termínů. Pro harmonogram jako je tento, kde všechny úkoly provádí jeden člověk, není logicky nutné určovat osobu odpovědnou za konkrétní aktivitu, protože je to vždy autor práce. Pro jednoduchý projekt jako je ten náš, rovněž není nutné zohledňovat vazby mezi úkoly. Naplánování našeho projektu tedy stačí zobrazit pomocí Ganttova diagramu. Organizace úvodních prací ukazuje na uplatňování principů sekvenčního inženýrství, kdy je
projekt dokončován v lineárním formátu. Současný trend v organizaci vývoje produktů se ale zakládá na týmové práci a paralelizaci úkolů. Této metodologii práce se říká simultánní inženýrství a vyžaduje tým. Ovšem diplomová práce obecně, jak již bylo dříve zmíněno, bývá vypracovávána jedním člověkem, a proto má i harmonogram zde na mnoha místech pevné lineární pořadí úkolů vypracovaných pouze autorem práce. Výjimkou jsou konstrukční práce, kdy lze i v jednom člověku pracovat paralelně na konceptech řešení a současně si koncepční modely připravovat pro finální konstrukční řešení a zároveň i provádět optimalizace metodami detailního konstruování, nákladové analýzy, analýzy možného vzniku vad apod.
Obr. 2-2 Harmonogram jednotlivých činností
2.5. Zformulování inovačních prohlášení
V tomto kroku musí být inovační návrh přeformulován do tzv. inovačního prohlášení (mise). Jedná se o dokument, který sumarizuje směry, které by měly být sledovány ve fázi vývoje výrobku. Toto prohlášení by mělo obsahovat následující informace [1]:
výrobková vize (product vision statement) – jednovětý popis výrobku resp. klíčový přínos pro zákazníka,
klíčové obchodní cíle (key business goals),
primární (cílový) trh (primary market),
podružné trhy (secondary market),
předpoklady a omezení (assumptions and constrains),
účastníci inovačního procesu (stakeholders).
Tab. 2-2 Inovační prohlášení ve směru specifického zadání pro inovační tým
Výrobková vize
Lehká a odolná židle umožňující rychlé a snadné rozměrové nastavení do pohodlné a ergonomicky vyhovující polohy pomocí bezpečného, spolehlivého a tuhého systému polohování.
Klíčové obchodní cíle Prodat do konce roku 2017 minimálně 500 kusů inovovaných žákovských židlí. V roce 2018 prodat minimálně 1 500 kusů.
Primární trh Školství
Sekundární trh Kancelářské vybavení Předpoklady Vyrobeno bude 2 000 kusů.
Omezení
Cena bude maximálně 1 500 Kč včetně DPH, hmotnost maximálně 7 kg, nosnost minimálně 120 kg, rozsah minimálně 3 velikosti dle ČSN EN 1729-1, čas potřebný pro výškové nastavení sedáku maximálně 60 s.
Účastníci inovačního procesu
Vedení a zaměstnanci PEUKER Strojírna, s.r.o., spolupracující zaměstnanci TUL
2.6. Revize výstupů a průběhu procesu
V závěru plánování inovace se musíme zabývat jednak revizí a kvalitou jednotlivých výstupů a také revizí vlastního průběhu úvodní fáze inovačního procesu. Měli bychom si za účasti pracovníků z vývoje projít jednotlivé výstupy procesu plánování inovace a odpovědět na otázky typu [1]:
Shromáždili jsme všechny zajímavé inovační příležitosti?
Podporuje náš plán konkurenční strategii firmy?
Uvážili jsme celé spektrum možností jak získat zdroje pro inovační projekty (výrobkové platformy, outsourcing, zdroje a fondy EU, joint venture apod.)?
Je inovační prohlášení (mise) konzistentní?
Můžeme příště zlepšit proces plánování inovace? Apod.
Jedná se o nejlepší a zároveň nejlevnější možnosti, jak odstranit nedostatky a „trhliny“ v inovačním procesu v době, než přejde vývoj do fáze tvorby výrobkového konceptu [1].
V rámci konzultací s vedoucím diplomové práce byla provedena revize úvodní fáze inovačního procesu. Tímto se potvrdilo, že jsme vyčerpali všechny zajímavé inovační příležitosti a inovační prohlášení je konzistentní.
Rovněž byly probrány jednotlivé výstupy plánování inovace s vedením podniku. Bylo schváleno, že tento inovační plán je v souladu s konkurenční strategií firmy. Projekt byl vedení předložen pro zařazení mezi žádosti o podporu financování z fondů Evropské unie a ze státního rozpočtu České republiky. Výsledek žádosti není v době psaní této práce znám. Ve všech ostatních aspektech vedení potvrdilo, že nebylo nic opomenuto a příště je možné tento proces opakovat ve stejné podobě.
3. Specifikace uživatelských a zákaznických potřeb
V této fázi musíme důsledně rozlišovat potřeby zákazníka (customer needs, customer requirements) a charakteristiky výrobku (product specifications). Potřeby jsou plně nezávislé na jakémkoliv výrobku, který můžeme vyvinout. Nejsou tedy nějak specifické pro koncept, který se nakonec rozhodneme realizovat. Inovační tým by měl proto tyto potřeby přesně identifikovat bez ohledu na to, jak je následně uspokojí ve svém návrhu. Na druhé straně jsou charakteristiky výrobku plně závislé na konceptu, pro jehož realizaci se nakonec rozhodneme [1].
3.1. Identifikace zákaznických potřeb
Filozofie metod pro identifikaci zákaznických potřeb vychází ze snahy vytvořit vysoce kvalitní informační tunel mezi zákazníky na cílovém trhu a pracovníky podílejícími se na inovaci výrobku.
Předpokladem úspěchu je to, že management a členové inovačního týmu, kteří bezprostředně ovlivňují charakteristiky výrobku, musí být v přímém kontaktu se zákazníky, a mít zkušenosti s chováním a používáním výrobku. Bez této přímé zkušenosti nemohou být technická řešení a zákonité kompromisy udělány dobře, a tím pádem nebudou objevena skutečně inovační řešení. Cílem metod zaměřených na identifikaci zákaznických potřeb je proto zejména [1]:
identifikovat skryté a zřejmé potřeby zákazníka,
zajistit, že nebude opominuta žádná zásadní potřeba,
umožnit ověření vazby mezi potřebami a charakteristikami výrobku,
zaznamenat informace o zákaznických potřebách,
usnadnit porozumění jednotlivým potřebám zákazníků manažery a členy inovačního týmu.
Identifikace potřeb zákazníků firmy PEUKER Strojírna, s.r.o.
Identifikace zákaznických potřeb je rozsáhlá činnost, která je v tomto případě zaměřena na získání požadavků na celou židli, neboť inovací mechanismu polohování, který tvoří hmotnostně téměř polovinu židle, se změní i charakteristiky celého výrobku a je tedy nutné vymezit hranice, v kterých by se měl nový výrobek pohybovat. Identifikace zákaznických potřeb v tomto inovačním projektu proběhla ve čtyřech krocích:
1) Sběr a interpretace dat od zákazníků 2) Uspořádání potřeb do skupin
3) Určení relativní významnosti jednotlivých potřeb 4) Revize a doplnění výsledků
Předběžný sběr dat od zákazníků a uživatelů byl již proveden předchozí kapitole. Primárně byl vykonán pro účely identifikace inovačních příležitostí, ale získaná data jsou použita i zde pro specifikaci uživatelských a zákaznických potřeb. Hlavní sběr dat byl proveden pomocí interview se zákazníky, který byl ověřen a doplněn dotazníkovým průzkumem. Postup a výsledky identifikace zákaznických potřeb jsou v příloze A.
Seznam zákaznických potřeb
Ověřovací dotazníky potvrdily správnost dat získaných z interview se zákazníky. Dotazníkový průzkum také přesněji specifikoval jednotlivé zákaznické potřeby získané z interview a rozšířil je. Výstupem z celého procesu identifikace zákaznických potřeb je seznam potřeb a jejich relativních významností (1= bezvýznamné, 5=důležité) rozpracovaný do několika úrovní viz tabulka 3-1. Zákaznické potřeby vstupující do matice QFD, která je zpracována v kapitole 3.3., jsou založeny právě na tomto seznamu.
Tab. 3-1 Seznam zákaznických potřeb
Potřeby zákazníků Váha
Mechanicky odolné Odolné proti namáhání Dlouhá životnost 4
Neklepe se 5
Neprohýbá se 5
Odolné proti otěru Nosná konstrukce se neodře 3
Opěrky se neodřou 3
Nízké náklady Levné pořízení Nízká cena 5
Nízké vedlejší pořizovací náklady 2
Levné uskladnění Odolné vlivům prostředí 2
Umožňuje stohování 2
Levná údržba Dobře se čistí 2
Dobře se rozebírá 1
Nikde se nedrží špína 1
Snadné použití Bezpečné použití Nastavení je spolehlivé 4
Pohyblivé díly jsou bezpečné 5
Židle je stabilní 5
Snadné nastavení Nastavení je rychlé 4
Nastavení lze provádět vsedě 3 Nastavení nevyžaduje velkou sílu 4 Snadné pochopení nastavení Snadné nastavení i pro začátečníky 2 Snadné porozumění jak to nastavit 2 Snadná přemístitelnost Dobře se přemísťuje po místnosti 3 Dobře se přemísťuje mezi místnostmi 3
Přiměřená hmotnost 3
Přiměřená velikost 3
Správné sezení Ergonomické sezení Neškrtí krevní oběh 5
Nutí mít paty na zemi 4
Nutí sedět zadkem až u opěradla 3 Podpírá celá záda (i bedra) 3
Podpírá lokty 2
Zabraňuje hrbení 4
Zabraňuje klouzání po sedáku dopředu 3 Zabraňuje otlakům pod kolenem 4 Zabraňuje stlačování stehen 4
Pohodlné sezení Opěrky nestudí 3
Opěrky omezují pocení 1
Univerzální použití Použitelné pro interaktivní výuku Podpírá lokty 2
Umožňuje otáčení 3
Použitelné pro nevýukové účely Pro dospělé osoby 2
Pro různé povrchy 3
Použitelné se staršími modely lavic Podobné rozměry 2
Podobný vzhled 2
3.2. Seznam relevantních technických parametrů inovovaného výrobku
Protože jsou potřeby dosud formulovány „řečí zákazníka“ neposkytují zpravidla dostatek informací o tom, jak by měl být výrobek technicky řešen a zkonstruován. Z tohoto důvodu je nutné se systematicky zabývat tím, jak přesně a měřitelným způsobem popsat co musí výrobek mít, obsahovat či umět. Tomuto popisu říkáme výrobková specifikace (product specification, product requirement, engineering characteristics), kterou definujeme jako přesný popis toho, co výrobek musí umět resp., co musí poskytovat zákazníkovi. Vždy se skládá z parametru a jeho hodnoty vyjádřené ve fyzikálních jednotkách. Například v souvislosti s potřebou „snadná výměna struny na sekačce“ formulujeme odpovídající dílčí specifikaci že, „průměrný čas demonstrace a montáže cívky se strunou je maximálně 120 s“. Z příkladu je vidět, že se ještě nezabýváme tím, jak požadavky zákazníka splníme a zajistíme.
V ideálním případě by bylo nejlepší definovat výrobkovou specifikaci na začátku inovačního procesu a vyžadovat její dodržení v celém zbývajícím čase. Protože je to v případě technických výrobků těžko dosažitelné, zabýváme se výrobkovou specifikací minimálně dvakrát [1]:
v případě tzv. cílové výrobkové specifikace, do kterých se ještě nepromítla omezení z
„reálného“ světa,
v případě tzv. finální výrobkové specifikace, které musí být výstupem z procesu tvorby generování výrobkového konceptu.
Pro tento inovační projekt byl vytvořen seznam charakteristik inovovaného výrobku, jehož prostřednictvím je zajištěno plnění potřeb zákazníka. Charakteristiky jsou zaměřeny na celý výrobek, neboť inovací mechanismu polohování, který tvoří podstatnou část židle, se zákonitě změní vlastnosti celého výrobku. Je tedy pravděpodobné, že vlivem inovace polohovacího mechanismu dojde ke vzniku tlaku na konstrukční změny ostatních komponent židle a i z tohoto důvodu je tedy nutné vymezit parametry, ve kterých by se měl nový výrobek pohybovat. Každý tento parametr neboli výrobková charakteristika, přímo navazuje na minimálně jednu zákaznickou potřebu a společně vstupují do matice QFD. Charakteristiky výrobku jsou s krátkým popisem sepsány v tabulce 3-2.
Tab. 3-2 Seznam relevantních technických parametrů inovovaného výrobku
Charakteristika Jednotky Popis
1 Počet dílů 1 Celkový počet dílů židle
2 Počet členů
mechanismu 1 Počet členů mechanismu výškového nastavení sedáku
3 Hmotnost kg Celková hmotnost židle
4 Hmotnost pohyblivé
části kg Hmotnost dílů spojených se sedákem při výškovém
nastavování
5 Nosnost kg Nosnost židle
6 Výrobní náklady Kč Celkové náklady na výrobku jednoho kusu židle 7 Pevnost nosné
konstrukce MPa Mez pevnosti v tahu materiálu nosné konstrukce 8 Pevnost opěrek MPa Mez pevnosti v ohybu materiálu opěrek
9 Tvrdost nosné
konstrukce HB Tvrdost materiálu nosné konstrukce podle Brinella 10 Tvrdost opěrek HB Tvrdost materiálu opěrek podle Brinella
11 Síla aretace sedáku N Síla nutná pro odjištění aretační polohy sedáku 12 Síla pro polohování
sedáku N Síla nutná pro polohování sedáku
13 Čas pro nastavení
sedáku s Čas potřebný pro výškové nastavení sedáku
14 Teplota opěrek při 20
C C Průměrná teplota opěrek v 8:00 při pokojové teplotě 20 C 15 Šířka sedáku mm Šířka sedáku židle
16 Výška opěradla mm Výška opěradla židle
17 Rozsah výšky sedáku mm Vzdálenost mezi minimální a maximální výškovou polohou sedáku
18 Rozsah hloubky sedáku mm Vzdálenost mezi minimální a maximální polohou sedáku ve vodorovné rovině
3.3. Matice QFD
QFD (Quality Function Deployment) je původně logistickou metodu, jejímž cílem je zapracovat požadavky koncových zákazníků do finálního výrobku firmy. Pomocí této metody se vytváří ve firmě systém plánování a komunikace, s pomocí kterého mají být koordinovány všechny zdroje podniku, čímž má dojít ke zvýšení konkurenceschopnosti podniku, protože firma pak vyvíjí a vyrábí pouze takové výrobky, jaké očekává zákazník. Tato metodika se používá v etapě vývoje výrobku s cílem zapojit všechny útvary do plnění požadavků zákazníka. Využití má i v marketingu a dalších oblastech [2].
Aby se v tomto projetu zajistilo, že bude navržen výrobek, který zákazník skutečně očekává, byla při tvorbě konceptu inovovaného výrobku použita právě tato metoda. Její maticové zobrazení, tzv. dům jakosti HoQ (House of Quality), je umístěno v příloze C. Princip tvorby této matice srozumitelně popisuje například Wikipedie:
Potřeby zákazníků jsou vepsány do levé části matice. Konkrétním potřebám jsou poté přiřazeny váhy dle důležitosti pro zákazníka. Dále jsou v horní části základní matice uvedeny technické parametry inovovaného produktu. Poté jsou určeny vzájemné vztahy mezi uvedenými charakteristikami. Vztahy jsou dle významnosti ohodnoceny hodnotami 1, 3, 9. Po vynásobení dosažených hodnot jejich váhou a konečném součtu můžeme určit prioritní vlastnosti produktu. V oblasti „střechy“ jsou uveden vztahy mezi jednotlivými charakteristikami produktu. Zaznamenává se zde silný pozitivní vztah, pozitivní vztah, negativní vztah a silný negativní vztah. V pravé části matice dochází na škále od 1 do 5 k porovnání s konkurenčním výrobkem. Stejný postup je proveden ve spodní části „domu“, kde se hodnotí vlastní a konkurenční možnosti dosahování jednotlivých znaků jakosti [2].
3.4. Dílčí závěr
Metodou QFD byly zapracovány potřeby zákazníků do konkrétních parametrů výrobku. Pomocí QFD byly specifikovány cílové hodnoty výrobkových charakteristik a stanoveny kritické charakteristiky finálního inovovaného výrobku. Ty byly vybrány na základě priorit zákaznických potřeb a podle porovnání s konkurencí. Konkrétně se jedná o tyto parametry:
hmotnost maximálně 6,5 kg,
výrobní náklady maximálně 1 275 Kč,
čas potřebný pro výškové nastavení sedáku maximálně 30 s,
rozsah výškového nastavení sedáku minimálně 110 mm.
Tyto charakteristiky jsou zapracovány do návrhu konceptu výrobku a samozřejmě také do charakteristik konstrukce konečného řešení.
4. Metody systematické kreativity
Ve strojírenství a průmyslu obecně je z pochopitelných důvodů nutné tvůrčí činnost organizovat.
Časová a nákladová omezení vytlačují heuristický přístup z časů minulých a nutí tvůrčí pracovníky využívat metod systematické kreativity. Jednotlivých přístupů zakládajících se na rozličných myšlenkách je nepřeberné množství. V této diplomové práci jsou využity zejména pokročilé přístupy metodologie TRIZ, která mimo jiné klade důraz nejen na řešení problému, ale i na jeho detailní rozbor skrze modelování.
4.1. Modelování inovačního problému
V technické praxi je výhodné převádět složité vztahy reálných objektů na zjednodušené abstraktní modely. Užitečnost takového modelu se pak neměří mírou realističnosti, ale užitečnosti pro daný účel, pro který byl model vytvořen. Platí zde tedy známá obecná poučka, že se nemodeluje systém ale problém. Obvykle platí, že technický problém bývá příliš složitý na to, aby se řešil najednou, proto se modelování inovačního problému provádí zpravidla pomocí dekompozice.
Základní pojmy
Objektem zkoumání je zde technický systém (TS). Je to sestava jistým způsobem uspořádaných a propojených prvků, mající vlastnosti nad rámec prostého součtu vlastností jednotlivých prvků a určená k plnění užitečných funkcí. Cílem funkce TS je plnění užitečných funkcí pro uspokojení potřeb člověka. Hlavními znaky TS jsou funkčnost, celistvost, organizace, systémová kvalita [3].
Funkční analýza
Funkční analýza slouží k modelování problémů technického systému. Hlavním cílem funkčně objektové analýzy je identifikovat nedostatky technického systému a definovat problémy spojené s technickým systémem [4].
Pro porozumění problematice polohovacího mechanismu inovované žákovské židle byl vypracován FAST diagram, který byl dále rozpracován. Průběh funkční analýzy je popsán v příloze D.
4.2. Kreativní řešení dílčích problémů
Kreativní řešení problémů vychází z vlastních znalostí, schopností a zkušeností členů inovačního týmu. Pro efektivní proces kreativního a inovačního řešení problémů můžeme doporučit následující desatero [1]:
1) Nejdříve divergujte (hledejte více řešení problému) 2) Zpožďujte posuzování návrhů (konvergence) 3) Dbejte na kvantitu návrhů
4) Podporujte vznik námětů, které se zdají být absurdní 5) Kreslete a skicujte, jak je to jenom možné
6) Využívejte celé spektrum metod podporující kreativitu 7) Střídejte práci v týmu s individuální prací
8) Studujte příbuzné problémy v jiném odvětví či přírodě 9) Využívejte metody průmyslové moderace
10) Využívejte pomůcky a fyzikální modely
Z metod systematické kreativity byly využity metody jak konvenčního charakteru, tak pokročilé kreativní postupy založené na metodice TRIZ. Vypracované metody se svým rozsahem a nadhledem pohybují nad rámcem této práce, proto jsou umístěny v přílohách:
Příloha E – Analýza zdrojů – 9 oken
Příloha F – Analýza S-křivky
Příloha G – RCN
Příloha H – Trimming
Příloha I – TRIZ
Příloha J – Morfologická matice
4.3. Dílčí závěr
Modelováním technického systému byly odhaleny škodlivé a nedostatečně plněné funkce. Četné problémy souvisejí jak s aretačním čepem, tak s díly tvořící posuvnou vazbu (rám a stojina). Hlavní nedostatkem je zde, užiju-li termíny funkční analýzy, nedostatečně plněná funkce vést, kterou vykonává nositel funkce rám na objektu stojina. Pomocí metodiky TRIZ byly tyto nedostatky řešeny z hlediska technického a fyzikálního rozporu. Návrhy řešení, z použitých postupů plynoucí, byly zapracovány do tvorby konceptů v kapitole 6.
5. Průzkum známých technických řešení
V rámci průzkumu známých technických řešení byl sestaven soupis známých mechanismů, které se dají využít při inovaci polohovacího mechanismu žákovské židle. Rovněž byly identifikovány a klasifikovány výrobky, které na trhu konkurují našemu současnému výrobku a v budoucnu budou pravděpodobně konkurovat i našemu inovovanému výrobku. Závěr průzkumu známých technických řešení se věnuje vyhledávání patentů relevantních pro inovaci polohovacího mechanismu žákovské židle. Hlavním cílem průzkumu známých technických je:
identifikace inovačních příležitostí,
identifikace trendů vývoje v této oblasti,
inspirace pro tvorbu konceptu řešení,
srovnání konkurenčních výrobků s naším,
vymezení hranic patentové ochrany.
Splnit takovéto cíle v rozsahu diplomové práce je vskutku smělý plán, proto je detailní dokumentace dílčích činností v rámci průzkumu známých technických řešení popsána v přílohách:
Příloha K – Přehled známých mechanismů
Příloha L – Přehled konkurenčních výrobků
Příloha M – Patentová rešerše Dílčí závěr
Zásadním zjištěním průzkumu konkurenčních výrobků je, že jedinečných konkurenčních výrobků je ve skutečnosti relativně málo, jen je nabízejí různé firmy pod různými názvy a s malými obměnami, takže se na první pohled zdá, že je jich mnoho. Systém polohování konkurenčních židlí je založen buď na principu přímého působení na sedák, který je umístěn na pohyblivém členu posuvné vazby, nebo se využívá šroubového mechanismu či plynové pružiny. Některé židle mimo obor školství využívají také elektrický pohon založený na aktuátorech, které jsou typické spíše pro posuvy obráběcích strojů a pro robotiku.
Ochranných dokumentů týkajících se nastavitelných židlí je obrovské množství. Logicky tedy bylo vyhledávání v patentových databázích omezeno filtry a je tedy pravděpodobné, že neurčité množství relevantních výsledků mohlo být takto odfiltrováno. Patentový průzkum ukázal, že množství podávaných přihlášek s touto tématikou dosáhlo vrcholu přibližně v roce 2000 a od té doby klesá.
Přínosem tohoto trendu pro nás je to, že většina z našeho hlediska podstatných patentů má již vypršelou platnost. Zejména na tyto patenty je upřena pozornost a jsou použity jako inspirace pro tvorbu konceptu řešení problematiky této diplomové práce. Ochranná práva cizích subjektů, která vyplývají z nalezených patentů s aktivním právním statusem, jsou respektována v rozsahu plynoucího z jejich patentových nároků. Posuzování vzniku kolizních stavů na poli průmyslově právním probíhá v dalších etapách vývoje, hlavně při tvorbě konceptů řešení.
