Effektivisering av skärsnitt vid blandzonskontroll: Ett DMAIC projekt vid SSAB

(1)

Effektivisering av skärsnitt vid blandzonskontroll

Ett DMAIC projekt vid SSAB

Peter Eriksson

Civilingenjörsexamen Industriell ekonomi

Luleå tekniska universitet

Institutionen för ekonomi, teknik och samhälle

(2)

FÖRORD

Som ett avslutande moment i min civilingenjörsutbildning har ett examensarbete utförts vid SSAB i Luleå under våren 2012. Under arbetets gång har jag mött både motgångar och framgångar. Vid motgångarna har det varit värdefullt att kunna få hjälp och därför vill jag rikta ett varmt tack till alla som har varit med, hjälp och stöttat mig under mitt examensarbete. Ett speciellt tack skulle jag därför vilja rikta till följande personer:

Christer Nilsson, min handledare på SSAB som alltid har tagit sig tid att räta ut mina frågetecken.

Peder Lundkvist, min handledare vid LTU som gett mig bra feedback, värdefulla kommentarer och intressanta pratstunder.

Även Mats Emmoth, Mats Widgren och Marita Nystöm på SSAB som alltid hjälp när det har behövas.

Alla operatörer som har tagit sig tid att hjälpa mig med både svara på frågor och hjälpa mig i produktionen.

Tack till er alla!

(3)

SAMMANFATTNING

På Svenskt Stål AB (SSAB) i Luleå tillverkas höghållfast stål som, innan det säljs, formas till rektangulära stålämnen genom en kontinuerlig stränggjutningsprocess. För att ej få några kostsamma stopp i produktionen tillämpar SSAB en kontinuerlig produktion, vilket medför att ämnena kommer bestå av två olika stålkvaliteter vid ett stålbyte, ett i vardera änden. Ett stålbyte innebär att SSAB förändrar den ingående stålblandningen. För att säkerställa vilka ämnen det är som innehåller två olika stålblandningar utförs provtagningar i början och i slutet på ämnena. Provtagningar görs endast på ämnen som är planerade att innehålla två stålkvaliteter, det vill säga blandzonsämnena.

Syftet med examensarbete är att undersöka om det är möjligt att effektivisera kontrollen av blandzonsämnena utan att resultaten från analyseringen påverkas. Examensarbetet tillämpar arbetsmetodiken inom Sex Sigma och DMAIC.

När en ny metod för att analysera blandzonsämnena var tagits fram genomfördes tester för att samla in data som behövdes till det fortsatta arbetet. Vidare utfördes statistisk analys för att undersöka om de olika metoderna visade på skilda resultat. Resultatet från examensarbetet blev att det inte fanns någon skillnad mellan de olika metoderna.

Rekommendationen blir således att SSAB bör införa den nya metoden att utföra blandzonskontrollen på.

Genom att införa den nya metoden som är framarbetad genom detta examensarbete kan SSAB, genom minskad arbetstid och användning av maskiner, spara närmare 200 000 SEK.

(4)

ABSTRACT

Svenskt Stål AB (SSAB) in Luleå is manufacturing high-‐strength steel, which, before it is sold is formed into rectangular slabs by a continuous casting process. To avoid costly stops in their production SSAB applies continuous production, which will result in that the slabs will contain two different grades of steel when there is a change of the manufactured steel mix.

There will be different grades of steel at each end. To ensure which these slabs are, SSAB makes tests in the beginning and end of the slabs, but only on the slabs that predicted to hold two types of steel.

The purpose of this paper is to investigate whether it is possible to make the control of the slabs more effective without that the results of the analysis is affected. The thesis applies the methodology within Six Sigma and DMAIC.

When a new method for analyzing the slabs was elaborated test was performed to collect the necessary data. Further statistical analysis was performed to investigate whether the different methods showed different results. The result from the thesis was that there was no difference between the methods. The recommendation is thus that SSAB should apply the new method for make the tests on the slabs.

By introducing the new method which is elaborated in this thesis SSAB can, due to reduced

working hours and reduced machinery use, saving nearly 200 000 SEK.

(5)

INNEHÅLL

1. Inledning ... 1

1.1 Introduktion ... 1

1.2 Problembeskrivning ... 1

1.3 Syfte ... 3

1.4 Avgränsningar ... 3

1.5 Besparingspotential ... 3

1.6 Projektupplägg ... 4

2. Processkartläggning ... 6

2.1 Processflödet ... 6

3. Metodbeskrivning ... 8

3.1 Forskningsssyfte ... 8

3.2 Forskningsansats ... 8

3.3 Datainsamling ... 9

3.4 Forskningsstrategi ... 9

3.5 Urvalsmetod ... 9

3.6 Datainsamling ... 10

3.7 Sex Sigma och DMAIC ... 10

3.8 Normalfördelningsantagande ... 12

3.9 Reliabilitet och validitet ... 12

4. Teori ... 13

4.1 Två stickprov ... 13

4.2 Mätsystemanalys ... 13

4.3 Centrumsegring ... 14

4.4 Spektrometeranalysen ... 14

(6)

5. Empiri ... 16

5.1 Ny mätmetod ... 16

5.2 Urval av testklossar ... 17

5.3 Analys av testklossar ... 20

5.4 Normalfördelningstest ... 20

6. Analys och resultat ... 21

6.1 Urval av testklossar ... 21

6.2 Normalfördelningsantagande ... 21

6.3 Mätsystemanalys ... 21

6.4 Sannolikhetsberäkningarna ... 21

6.5 Effektivisering av blandzonskontrollen ... 22

7. Slutsats och rekommendationer ... 23

7.1 Slutsats ... 23

7.2 Rekommendationer ... 23

8. Diskussion ... 25

8.1 Genomförandet ... 25

8.2 Resultatet ... 25

8.3 Styrfasen i DMAIC upplägget ... 25

8.4 Forsatt forskning ... 26

9. Litteraturförteckning ... 27

Bilaga 1 Tidsmätning ... 1 sida

Bilaga 2 Normalfördelningstest ... 14 sidor

Bilga 3 Mätsystemanalys ... 1 sida

Bilaga 4 Sannolikhetsberäkningar ... 6 sidor

(7)

Inledning 1 1. INLEDNING

I kapitlet finns en kort beskrivning av företaget SSAB, det företag som examensarbetet har utförts vid. Det ges också en förklaring till problemet för att skapa förståelse och ge läsaren en inblick i processen. Vidare behandlar kapitlet också vilken besparingspotential som finns för projektet, syftet samt vilka avgränsningar som har gjorts.

1.1 INTRODUKTION

Inom stålindustrin finns en väldigt hård internationell konkurrens. Den hårda konkurrensen har inneburit att svensk stålindustri år efter år har rationaliserat och specialiserat sig på nischprodukter för att inte hamna efter. I sin tur har detta inneburit att den svenska stålindustrin har erhållit ökad produktivitet och blivit världsledande inom högförädlade produkter. Samtidigt som den internationella konkurrensen ständigt blir hårdare övergår länder, exempelvis Kina, som tidigare varit stålimportörer till att bli stålexportörer. För att den svenska stålindustrin ska kunna hålla jämna steg med de internationella konkurrenterna måste det ske ständiga förbättringar, besparingsåtgärder och effektiviseringar.

(Jernkontoret, 2009)

Svenskt Stål AB (SSAB) är ett stålproducerande företag som idag har cirka 9000 anställda. År 2010 uppgick försäljningen till 40 miljarder SEK. SSAB producerar stål av olika kvaliteter och av deras produkter utgör cirka en tredjedel av leveranserna höghållfasta stål, vilket är SSAB:s nischprodukt. Höghållfast stål ökar både styrkan och livslängden hos produkter med en minskad vikt i jämförelse med ”vanligt” stål. (SSAB, 2010)

1.2 PROBLEMBESKRIVNING

Vid SSAB i Luleå tillverkas rektangulära stålämnen som är ungefär 11 meter långa och som

väger cirka 25 ton. Ämnena gjuts kontinuerligt genom en stränggjutningsprocess, vilket

innebär att ämnena kommer att innehålla två olika stålkvaliteter vid ett stålkvalitetsbyte, ett

vid vardera änden. Ett stålkvalitetsbyte innebär att SSAB förändrar innehållet på det flytande

stålet, exempelvis ändrade halter av de ingående legeringarna. Ett ämne som innefattas av

båda stålkvaliteterna kallas för blandzonsämne. Kontroller utförs i början och i slutet av

blandzonsämnet för att säkerställa att det påstådda blandzonsämnet också stämmer i

verkligheten. Vid kontroll av blandzonsämnena skärs en stav ut från ämnet med samma höjd

som själva ämnet, dock med mindre yta, ca 5∗5 cm. Staven skärs ut från mitten i båda

kortsidorna på ämnet, vilket kan ses Figur 1.

(8)

Figur 1: Hur provstaven skärs ut från ämnet.

Vidare sågas en kloss ut från staven, även en bricka sågas ut i vissa fall, som sedan analyseras. Vid analysen ska den föregående och den efterföljande stålkvaliteten återfinnas i vardera ända för att SSAB ska kunna påvisa att ämnet som analyserats är blandzonsämnet. I dagsläget innebär detta att SSAB först sågar av toppen av staven och därefter sågas klossen ut, se Figur 2.

Figur 2: Nuvarande metod för att såga ut provklossen. De röda markeringarna illustrerar det som är provklossen.

För att analysera klossen måste också den bakre delen av klossen sågas bort och den nya baksidan slipas. Därefter används en spektrometer för att utföra analysen av klossen.

Klossen placeras i spektrometern och med hjälp av en elektrod som placeras mot klossen skapas en gnista. Gnistan förbränner en liten del av provet och ljuset som uppkommer avslöjar hur höga halter av respektive legering stålet innehåller. Den sida av klossen som testen utförs på utgörs av klossens ”baksida”, se Figur 3.

Figur 3: Den gråa sidan av klossen visar vilken sida som spektrometerproven utförs på.

När stålet innehar väldigt höga och låga halter av kol blir inte testerna på klossen tillräckligt

säkra, vilket kräver ytterligare analys. En bricka sågas ut från baksidan av klossen, se Figur 4,

där material stansas ut och förbränns. När atomerna förbränns sänds det ut ett ljus som

analyseras och avslöjar hur höga halter av de olika ämnena som stålet innehar.

(9)

Inledning 3

Figur 4: Nuvarande metod för att såga ut provbrickan. De röda markeringarna illustrerar det som är provbrickan

Centrumsegring innebär att stålet under fasomvandlingen från flytande till fast form får olika koncentrationer av legeringar beroende på var i ämnet undersökning sker (Long & Chen, 2011). På grund av centrumsegringen finns en problematik med att förändra testmetoden. I och med att strukturen i stålet har betydelse för mätningarna och resultaten finns det en osäkerhet angående resultatet med att byta testmetod.

1.3 SYFTE

Syftet med examensarbetet är att undersöka om det går att effektivisera blandzonskontrollen genom att minska antalet sågningsmoment som krävs för att erhålla testklossen och testbrickan, utan att resultaten från spektrometeranalyserna påverkas.

Syftet kan i sin tur brytas ner i följande två forskningsfrågor:

• Är det möjligt att effektivisera blandzonskontrollen?

• Om en effektivisering är möjlig, påverkar den testresultatet?

1.4 AVGRÄNSNINGAR

För att undersöka huruvida det är möjligt att införa en ny mätmetod är det kol (C) och legeringen mangan (Mn) som är av intresse att undersöka. På grund av att examensarbetet genomförs under en begränsad tidsperiod kommer inte samtliga stålkvaliteter att undersökas. Därför har en försöksplan med ett urval av intressanta stålkvaliteterna tagits fram. Vidare representerar försöksplanen samtliga stålkvaliteter som SSAB tillverkar.

1.5 BESPARINGSPOTENTIAL

För att kunna motivera ett genomförande av examensarbetet har en beräkning av

besparingspotentialen gjorts. Den besparingspotential som SSAB kan uppnå genom att

effektivisera blandzonskontrollen beräknas genom att mäta sparad arbetstid i form av

operatörs-‐ och maskintid. Den tidsbesparing som görs kommer ur det faktum att färre

sågningar behöver göras samt att hanteringen av proverna minskas. För att tidsbesparingen

ska bli så korrekt som är möjligt mäts den vid flera tillfällen och att mättillfällena väljs så att

de återspeglar verkligheten, där det bland annat är operatör och storleken på staven som

(10)

sågas som skiljer mellan de olika mätningarna. Den uppmätta snittiden som går att spara per stav är 255 sekunder, se Bilaga 1 för beräkning av besparingstiden.

För att beräkna den totala besparingen per år multipliceras snittiden som sparas för varje stav med antalet blandzonsämnen som det uppskattningsvis blir per år. Beräkningarna baseras på föregående års antal blandzonsämnen, vilket motsvarade 2778 stycken för år 2011. Dessutom skärs det ut två stavar per blandzonsämne, ett i vardera änden, så antalet stavar blir det dubbla (2778 st/år ∙ 2 = 5556 st/år). Den totala arbetstidsbesparingen per år blir således

255 𝑠𝑒𝑘 ∙ 5 556 𝑠𝑡/å𝑟 = 1 416 780 𝑠𝑒𝑘/å𝑟. (1)

Därefter multipliceras den tid som är möjlig att spara varje år med den genomsnittliga arbetskostnaden, där den genomsnittliga arbetskostnaden för en operatör är 350 SEK per timme (Emmoth, 2012). Den totala besparingen per år beräknas därmed bli

393,55 𝑡𝑖𝑚/å𝑟 ∗ 350 𝑆𝐸𝐾/𝑡𝑖𝑚 = 137 742,5 𝑆𝐸𝐾/å𝑟 ≈ 137 742 𝑆𝐸𝐾/å𝑟. (2) Förutom minskad arbetstid kommer maskinen som används för att såga upp klossarna att användas betydligt mindre, hur mycket mindre beror på om brickan behövs eller inte. Att maskinen används mindre innebär att det kommer att behövas färre sågblad än vad som används idag. Ett sågblad kostar enligt prisuppgift från SSAB:s underleverantör Ahlsell cirka 1800 SEK per styck och SSAB förbrukar cirka 50 stycken sågblad per år (Emmoth, 2012). Vid den nya metoden behövs endast en sågning för att såga ut klossen istället för tre, samt i de fall då brickan sågas ut behövs två istället för fyra. Totalt blir det en minskning av antalet sågningar med två tredjedelar när endast klossen sågas ut och en minskning till hälften när även brickan sågas ut. Efter mätningar visar det sig att det är i 64 % av fallen som endast klossen behövs, vilket i sin tur betyder att brickan behövs i 36 % av fallen. Antalet sågblad som går att spara per år blir således.

50 𝑠𝑡/å𝑟 ∗ 67% ∗ 64% + (50 𝑠𝑡/å𝑟 ∗ 50% ∗ 36%) = 30,33𝑠𝑡/å𝑟 ≈ 30 𝑠𝑡/å𝑟. (3) Därefter multipliceras antalet sågblad med kostnaden per sågblad, vilket ger en besparing på

30 𝑠𝑡𝑦𝑐𝑘𝑒𝑛 ∗ 1 800 𝑆𝐸𝐾/𝑠𝑡𝑦𝑐𝑘 = 54 000 𝑆𝐸𝐾. (4)

Summan av den totala blir därmed

137 743 𝑆𝐸𝐾/å𝑟 + 54 000 𝑆𝐸𝐾/å𝑟 = 191 743 𝑆𝐸𝐾/å𝑟. (5)

Genom att införa den nya metoden kommer SSAB att kunna spara cirka 200 000 SEK per år.

1.6 PROJEKTUPPLÄGG

Under examensarbetets gång har styrgruppsmöten hållits tillsammans med representanter från SSAB. Styrgruppen sattes samman av Mats Emmoth, processansvarig ämneshallar, från SSAB där han valde ut de personer som kunde vara till hjälp för examensarbetet.

Styrgruppsmötena har hållits med cirka tre veckors mellanrum och under mötena har

problem och frågeställningar diskuterats. När det i rapporten refereras till styrgruppen är det

(11)

Inledning 5 dessa möten som avses. I Tabell 1 går det att se vilka representanter från SSAB som deltog vid styrgruppsmötena.

Tabell 1: Deltagare vid styrgruppsmötena.

Namn Befattning

Christer Nilsson Utvecklingsingenjör metallurgisk utveckling Mats Emmoth Processansvarig ämneshallar

Mats Widgren Driftsansvarig labbet

Kjell Öberg Processoperatör ämneskontroll Lars Kaarle Processoperatör ämneskontroll Sirpa Selberg Processoperatör ämneskontroll

(12)

2. PROCESSKARTLÄGGNING

I följande kapitel presenteras SSAB:s process i korthet, från råvara till slutprodukt.

2.1 PROCESSFLÖDET

Det första steget i ståltillverkningsprocessen, se Figur 5, sker vid masugnen där malmpellets, koks, kalk och andra tillsatsämnen fylls på kontinuerligt uppifrån. Därefter smälts allt samman och resultatet blir råjärn. Råjärnet tappas intervallvis och vid tappningen renas råjärnet från biprodukter i form av slagg. Vidare transporteras råjärnet till svavelreningen via en järnvägsvagn som kallas för torpedo. I svavelreningen renas råjärnet från svavel via injicering med karbid eller magnesiumoxid. Därefter transporteras råjärnet till LD konvertern, där bland annat kolhalten sänks genom att syrgas blåses in. Syret förenar sig med kol och när kolhalten understiger 1,7 procent har råjärnet per definition övergått till stål. När stålet tappas ut från LD konvertern tillförs ämnen för grundlegeringar av stålet, även här skiljs slagg från stålet. När stålet sedan är i skänkmetallurgin finjusteras stålets temperatur och egenskaper genom att stålet tillsätts de legeringar som behövs för att önskad stålkvalitet ska erhållas. Slutligen, i stränggjutningen omvandlas stålet från flytande till fast form.

Figur 5: Illustration över processkedjan från råmaterial till färdig produkt på SSAB

Vid stränggjutningen, se Figur 6 på nästa sida, tappas stålet ned i en gjutlåda. Vidare tappas det flytande stålet från gjutlådan till kokillen, som fungerar som form och stöd för stålet. I kokillen kyls stålet och ett skal bildas runt det flytande stålet. Därefter dras stålet ner genom gjutbågen och en lång sträng bildas. I gjutbågen kyls stålet kontinuerligt med hjälp av vattendimma. Slutligen kapas stålet i bitar som kallas ämnen (eller slabs), vilka sedan märks.

(13)

Processkartläggning 7 Ämnena, som också är SSAB:s slutprodukt kan variera något i storlek men är cirka 11 meter långa och väger ungefär 25 ton.

Figur 6: Illustration över stränggjutningsprocessen.

(14)

3. METODBESKRIVNING

Kapitlet presenterar och beskriver metoderna som används i examensarbetet. Metoderna är valda för att på bästa sätt hantera de beskrivna problemen och för att komma fram till bästa möjliga resultat. Även trovärdighet och validitet behandlas.

3.1 FORSKNINGSSSYFTE

Enligt Saunders, Lewis & Thornhill (2009) finns det olika strategier för hur forskningssyftet ska läggas upp. Det kan antingen vara en renodlad metod eller så kan det vara en mix av olika metoder. En undersökande metod används för att klargöra förståelsen av problemet och för att hitta nya infallsvinklar. Det finns två huvudsakliga sätt att utföra en undersökande studie på. Dessa är enligt (Saunders, Lewis, & Thornhill, 2009):

• Litteratursökning.

• Intervjuer.

I detta examensarbete väljs en undersökande metod eftersom att informationsinsamlingen kommer att utföras på de två ovanstående sätten. Litteratursökning genomförs främst för att samla teori om ämnet som ska undersökas. Intervjuer görs för att ta till vara på den kunskap och information som redan finns i företaget och för att erhålla specifik information om just examensarbetets uppgift. De intervjuer som genomförs är ostrukturerade och sker löpande vid behov och vid styrgruppsmötena. Den undersökande forskningsstrategin är således den metodik som passar bäst för att lösa det angivna problemet och som svarar på syftet.

3.2 FORSKNINGSANSATS

Det finns två olika typer av angreppssätt som används vid en vetenskaplig undersökning, induktiv eller deduktiv forskningsansats. Deduktiv forskningsansats innebär att en redan befintlig teori testas genom att en hypotes formuleras för att sedan undersökas med data som samlats in för ändamålet. Vidare ska resultatet utvärderas om huruvida hypotesen stämmer eller ej. Induktiv forskningsansats innebär att data först samlas in och sedan utvecklas en teori som ett resultat av analysen. (Saunders, Lewis, & Thornhill, 2009)

I detta examensarbete kommer den deduktiva forskningsansatsen att användas. Hypotesen som ska besvaras är ”är det möjligt att effektivisera blandzonskontrollen genom att minska antalet sågningsmoment som krävs för att erhålla testklossen och testbrickan utan att resultaten från analyseringsmetoden påverkas”. Vidare besvaras hypotesen efter att data och information samlats in och analyserats.

(15)

Metodbeskrivning 9 3.3 DATAINSAMLING

Datainsamlingen består av antingen kvalitativ eller kvantitativ datainsamlingsmetod.

Kvantitativ data är vanligtvis numerisk data och kvalitativ data är till exempel data som erhålls från intervjuer. (Saunders, Lewis, & Thornhill, 2009)

Huvudsakligen kommer arbetet att bestå av kvantitativ data som fås från testresultaten vid analyseringen av testklossarna. Dock kommer arbetet även att få en kvalitativ del, där experter inom området kommer att rådfrågas löpande under tidens gång när ett behov av deras kunskap behövs. Vidare uppstår kvalitativ data också från styrgruppsmöten, som hålls med cirka tre veckors intervall.

3.4 FORSKNINGSSTRATEGI

Det är väldigt viktigt att ha en klar forskningsstrategi. En av de forskningsstrategier som finns är fallstudie. Syftet med en fallstudie är att erhålla god förståelse av en specifik händelse och dess sammanhang. (Saunders, Lewis, & Thornhill, 2009)

Fallstudie är den metod som kommer att användas i detta examensarbete. Det är den metoden som passar bäst för att lösa det angivna problemet eftersom att det är just förståelse och samband av en specifik händelse som ska studeras för att lösa uppgiften och svara till syftet.

För att analysera den data som erhålls efter datainsamlingen kommer metoden två stickprov att användas. Två stickprov är användbart vid undersökningar då avsikten är att jämföra olika fall, som i detta examensarbete. Metoden används när stickprov kommer från två olika normalfördelningar (Vännman, 2002). Den nya metoden kommer att ställas mot den gamla för att undersöka om det finns märkbara skillnader mellan metoderna.

3.5 URVALSMETOD

Icke slumpmässig urvalsmetod används bland annat när urvalet av prover som sker är förutbestämt. En av de icke slumpmässiga urvalsmetoder som finns är självurvalsmetod. Den metoden innebär att författaren sätter upp kraven för vad som ska undersökas för att sedan välja ut provet. (Saunders, Lewis, & Thornhill, 2009)

För att på bästa sätt lösa uppgiften kommer den icke slumpmässiga urvalsmetoden att väljas. Som nämnts i tidigare kapitel är det kol och manganhalter som ska undersökas. För att undersöka detta på bästa sätt kommer ett urval att ske där författaren, i samtycke med handledaren och styrgruppen från SSAB, väljer ut stålkvaliteter som passar bäst.

(16)

3.6 DATAINSAMLING

De data som används kan variera mellan primär-‐ och sekundärdata. Primärdata innebär att data samlas in för att användas i undersökningen. Sekundärdata är data som har samlats för annat ändamål, men som ändå kommer att användas i undersökningen. (ibid)

I detta examensarbete kommer mestadels primär datainsamling att ske, där vill säga all data som ska användas till att analysera den nya metoden. Sekundär datainsamling sker vid beräkning av besparingspotentialen.

3.7 SEX SIGMA OCH DMAIC

Den arbetsmetod som kommer att tillämpas i detta examensarbete är Sex Sigma och DMAIC.

Inom Sex Sigma finns det fem fokusområden som utgör basen för förbättringsarbetet. Dessa fokusområden är:

• Fokus på variationer

• Fokus på kunder

• Fokus på processer

• Fokus på kroniska problem

• Fokus på resultat

Genom att utgå från dessa fokusområden finns förutsättningarna för att ett lyckat Sex Sigma arbete ska kunna genomföras. Vid minskande av variationer ges bra förutsättningar för att också minska problem och brister. Viktigt är också att förstå vad kunden vill ha, det är trots allt kunderna som är grunden till en organisations existens. Processerna ska kartläggas för att kunna genomföra ett bra förbättringsarbete. Det har visat sig att kartläggning av processer för att lösa ett specifikt problem kan resultera i andra suboptimeringar. Med fokus på kroniska problem menas det att fokus ska ske på de problem som har blivit accepterade och de som organisationer har lärt sig att leva med. Genom att eliminera dessa skapas en bra grund för ökad lönsamhet. Det som gör att Sex Sigma projekt skiljer sig mycket från andra förbättringsarbeten är att ett framgångsrikt projekt mäts i resultat i form av pengar och ökad kundtillfredsställelse. (Sörqvist & Höglund, 2007). Viktigt är också att tydliga roller ska skapas inom projektet (Klefsjö, 2008)

3.7.1 DMAIC

DMAIC är en arbetsmodell inom Sex Sigma och är standardiserad för att systematiskt skapa djupare förståelse för problemet och dess bakomliggande orsaker (Sörqvist & Höglund, 2007). Till denna arbetsgång är olika verktyg och arbetssätt knutna (Bergman & Klefsjö, 2007). DMAIC modellen bygger på fem olika faser, nämligen ”Define”, ”Measure”, ”Analyse”,

”Improve” och ”Control” som översatt till Svenska blir det Definiera, Mäta, Analysera,

Förbättra och Styra, se Figur 7 (Sörqvist & Höglund, 2007)

(17)

Metodbeskrivning 11

Figur 7: De fem olika stegen i DMAIC modellen. (Sörqvist & Höglund, 2007)

Definiera

Här ska en god förståelse för det aktuella problemet skapas. Problemet ska noga definieras för att kunna beskriva den aktuella situationen. Genom att definiera problemet noggrant och korrekt är det enklare att inse vad grundorsaken är och förutsättningar för att finna lösningen till problemet skapas. (Sörqvist & Höglund, 2007)

Mäta

Data och information som behandlar det definierade problemet ska systematiskt samlas in för att de beslut som tas ska kunna baseras på fakta. Vilket behov av information som behövs ska vara klarlagt innan mätfasen börjar. Det är också viktigt att identifiera vilka mått som är väsentliga för att problemet ska kunna lösas. Informationen som tillhandahålls under mätfasen kan vara av både kvantitativ och kvalitativ data. (ibid)

Analysera

De data som samlats in under mätfasen ska sedan analyseras. Analyseringen sker med primärt syfte att identifiera problemets bakomliggande orsaker. Förståelse för de faktorer som påverkar problemet och dess utfall ska uppstå. Vidare ska orsakerna som ligger till grund för problemet bestämmas så att inga frågetecken eller oklarheter finns kvar. (ibid)

Förbättra

Efter analysfasen där förståelse kring problemet skapats ska förbättringar och lösningar identifieras. Ofta kan det föreligga flera olika lösningar till problemet, viktigt är då att en noggrann utvärdering görs för att den bästa och mest lämpade lösningsmetoden väljs.

Vidare är det också viktigt att lösningsmetoden utvärderas med avseende på hur berörda individer reagerar på en eventuell förändring. (ibid)

Styra

När en lösning till det angivna problemet har funnits ska den implementeras i processen.

Väldigt viktigt är att detta görs noggrant för att förbättringen blir bestående.

Implementeringen av den nya lösningsmetoden måste ske på ett grundligt sätt så att inte

arbetet efter en tid återgår till vad det var innan, vilket kan hända av den anledningen att

människan ofta faller tillbaka till sina vanor och beteenden. I styrfasen ska det även ske

uppföljning av det uppnådda resultat och framgångar samt om möjligt spridning av

framgångarna. (ibid)

(18)

3.8 NORMALFÖRDELNINGSANTAGANDE

Vid tillämpningen av metoden två stickprov måste datamaterialet vara normalfördelat. För att undersöka detta används statistikprogrammet Statgraphics. Med hjälp av Statgraphics bearbetas insamlad data och två olika tester används för att undersöka huruvida datamaterialet är normalfördelat eller ej. Testerna är:

• Normalfördelningsdiagram

• Shapiro-‐Wilks test

Normalfördelningsdiagram är en grafisk metod för att visuellt undersöka om en angiven mängd data kan anses komma från en normalfördelning. Observationerna plottas i storleksordning i ett så kallat normalfördelningspapper. Om observationerna ansluter till en rät linje längs papperet är det inte möjligt att förkasta normalfördelningsantagandet.

(Montgomery, 2009)

Shapiro-‐Wilks test är en mera formell metod för att avgöra om observationerna kommer från en normalfördelning. Shapiro-‐Wilks test jämför kvartilerna för den anpassade normalfördelningen med kvartilerna för de observerade värdena. Testet använder sig av ett 95 % enkelsidigt konfidensintervall och är inte normalfördelat om testets responsvärde, det vill säga p-‐värdet, understiger 0,05. (Montgomery, 2009)

3.9 RELIABILITET OCH VALIDITET

För att öka reliabiliteten och validiteten i examensarbetet diskuteras resonemang och metoder som stärker just detta. Med Reliabilitet och validitet ges förutsättningar för att den information som samlats in och de metoder som använts är korrekta och ger rätt resultat.

En hög reliabilitet erhålls när upprepade försök och analyser ger samma resultat (Saunders, Lewis, & Thornhill, 2009). För att erhålla hög reliabilitet kommer utskärningen av stavarna och klossen att ske på samma sätt som det alltid har gjorts. För att ytterligare öka reliabiliteten görs en mätsystemanalys för att undersöka hur pass bra mätsystemet är.

Validitet innebär huruvida slutsatserna för studien är korrekta utifrån det resultat som framkommit och om faktorerna som mätts återspeglar det som studien avsåg att behandla (Saunders, Lewis, & Thornhill, 2009). För att höja validiteten för examensarbetet genomfördes planeringsfasen väldig noggrant, bland annat genom att styrgruppsmöten genomfördes där både författaren och representanter från SSAB deltog för att planeringen skulle bli så bra som möjligt. I och med att styrgruppsmöten innehöll representanter från de berörda avdelningarna blev samtliga förslag och synpunkter analyserade från flera olika vinklar, vilket i sin tur gav den bästa lösningen. Vidare dokumenterades resultatet från styrgruppsmötena av författaren för examensarbetet så att informationen skulle finnas kvar.

Dessutom kalibreras mätutrustningen med ett intervall på åtta timmar.

(19)

Teori 13 4. TEORI

I tidigare avsnitt har metoder och begrepp som används i examensarbetet beskrivits. I detta kapitel följer den bakomliggande teori som behövs för att förstå vad dessa metoder och begrepp handlar om, samt hur de ska användas.

4.1 TVÅ STICKPROV

Det finns principiellt två olika sätt att göra jämförelser på mellan två väntevärden under normalfördelningsantagande. De olika metoderna är stickprov i par eller två stickprov.

Stickprov i par används då det är möjligt att planera parvisa observationer. Två stickprov används i situationer då observationer kommer från två olika fördelningar som antas vara normalfördelade, som i detta fall. För att besvara syftet på bästa sätt kommer metoden två stickprov att användas. (Vännman, 2002)

Låt 𝑥 _! , 𝑥 _! , … 𝑥 _! och 𝑦 _! , 𝑦 _! … 𝑦 _! vara slumpmässiga, av varandra oberoende stickprov från 𝑁 𝜇 _! , 𝜎 _! respektive 𝑁 𝜇 _! , 𝜎 _! . Om 𝜇 _! − 𝜇 _! ≠ 0 . Väntevärdet och spridningen är ofta okända och måste därför skattas. Om 𝜎 ! och 𝜎 ! är okända men med samma precision skattas den sammanvägda standardavvikelsen enligt

där 𝑥 och 𝑦 är medelvärde för varje stickprov, 𝑛 _! och 𝑛 _! är antal observationer för respektive stickprov.

Det tvåsidiga konfidensintervallet för 𝜇 _! − 𝜇 _! med konfidensgraden 1-‐alfa beräknas enligt

𝐼 _! _! _!! _! = 𝑥 − 𝑦 ± 𝑡 _!/! 𝑛 _! + 𝑛 _! − 2 𝜎 _! ^!

! + _! ^!

! , (7)

Där 𝑡 _!/! är konfidensgraden och 𝜎 är skattningen av den sammanvägda standardavvikelsen för de båda stickproven.

4.2 MÄTSYSTEMANALYS

Ett mätsystem består av minst ett instrument som i sin tur består av flera beståndsdelar, till exempel operatör eller olika förutsättningar vid olika tillfällen. Det kan även finnas andra faktorer som påverkar mätsystemets prestanda, så som inställningar och kalibrering av mätsystemet. (Montgomery, 2009)

Syftet med en mätsystemanalys är enligt Montgomery (2009) att:

• Undersöka hur mycket av den totala variationen som beror på mätsystemet.

• Särskilja de komponenter som ger upphov till variation.

𝜎 =

𝑛 − 1 1 ^! _!!! ^! 𝑥 _! − 𝑥 ^!

!

+ 1

𝑛 − 1 ^! _!!! ^! 𝑦 _! − 𝑦 ^!

!

2 (6)

(20)

• Utvärdera huruvida mätsystemet är dugligt.

Ett sätt att undersöka ett mätsystems duglighet är att jämföra hur pass bra instrumentet är i förhållande till toleransgränserna, vilket kan göras genom att beräkna ett P/T-‐värde (precision-‐to-‐tolerance på engelska). Vidare beräknas P/T värdet enligt nedan

𝑃/𝑇 = ^!! !ä!"#"$

!"#!!"! , (8)

där k är en konstant med värde 6, USL=övre styrgräns och LSL=undre styrgräns. 𝜎 !ä!"#"$ fås av 𝜎 !ä!"#"$ = _! ^!

! , där 𝑅 = snittvärdet av intervallen mellan det största och minsta observerade värde och 𝑑 _! är en konstant med värde 1,128.

Ett P/T värde på 0,1 eller lägre anses som ett bra mätsystem. (Montgomery, 2009) 4.3 CENTRUMSEGRING

Enligt Long & Chen (2011) innebär centrumsegring att stålet under fasomvandlingen från flytande till fast form får olika koncentrationer av legeringar beroende på var i ämnet undersökning sker, se Figur 9. I praktiken uppkommer centrumsegring för alla legeringar på grund av att legeringarna har olika löslighet i flytande och i fast form. Centrumsegring uppstår då stålämnet stelnar utifrån och in, vilket i sin tur innebär att kärnan i stålet är den del av ämnet som innehar flytande form längst. Legeringar i sin tur tenderar till att stanna i flytande form så länge det är möjligt, vilket medför att legeringarna förflyttar sig till kärnan av ämnet där koncentrationerna av legeringarna blir högre. (Long & Chen, 2011)

Figur 8: Förenklad visualisering av centrumsegring i ett stålämne

4.4 SPEKTROMETERANALYSEN

Vid spektrometeranalysen placeras testklossen på en yta så att en elektrod blir placerad

under klossen mot den yta som ska testas. Elektroden har konisk spets och är placerad tre till

fem millimeter från den yta som testerna ska utföras på, se Figur 10. För att kunna erhålla

några provresultat med denna metod måste en stor mängd energi tillföras till provet, där

energimängden som överförs via elektroden måste vara så pass stor att en tillräckligt stor

mängd av provet smälter och förbränns. (Jernkontorets Forskning, 1996)

(21)

Teori 15

Figur 9: Spektrometeranalysen (Jernkontorets Forskning, 1996)

Energin som överförs är i form av elektricitet där gnisturladdningen kan nå väldigt höga temperaturer, upp till 10 000˚K. Detta medför att atomerna i provet som berörs av gnistan inte endast exciteras i sitt grundtillstånd utan även från högre jonstadier. För att skydda provytan sker gnistan i argon som ständigt får strömma genom kammaren. När atomerna sedan förbränns sänder de ut ljus som leds in i spektrometern. I spektrometern registreras ljusets olika våglängder för att kunna särskilja vilken legering som givit vilket ljus. Här registreras sedan halten av de olika ämnena och provresultaten kan erhållas. (Jernkontorets

Forskning, 1996)

(22)

5. EMPIRI

Empiriavsnittet behandlar planeringen och genomförandet av examensarbetet.

5.1 NY MÄTMETOD

SSAB hade önskemål om att blandzonskontrollen skulle effektiviseras, främst på grund av önskemål från operatörerna. Problemet med den nuvarande metoden är dels att arbetsgången är besvärlig och att den kylvätska som de utsätts för under sågningen anses vara allergiframkallande. Som följd av detta arbetades en ny mätmetod fram under ett styrgruppsmöte. Den nya mätmetoden innebär att färre sågningar behövs, eftersom

”toppen” av staven används som kloss. I de fall som brickan behövs sågas den ut under klossen, se Figur 11.

Figur 10: Föreslagen metod för att såga ut provklossen och provbrickan. De röda markeringarna illustrerar provbrickan och den yta som spektrometertesterna ska utföras på.

Detta innebär en halvering av antalet sågningar när bricka behövs och en minskning med två tredjedelar av antalet sågningar när endast klossen behövs. Den nya metoden ger även en enklare arbetsgång, eftersom operatören inte behöver spänna upp klossen på nytt utan kan såga ut testbitarna direkt från staven. Skillnaden med den nya metoden är att mätningarna inte kommer att ske på samma yta som vid den gamla metoden. Spektrometerprovet kommer att utföras på undersidan av klossen och ytan som testas blir då liggande istället för stående, i förhållande till provstaven.

För att på bästa sätt genomföra testerna kommer samma testkloss att användas till att testa

den nya metoden mot den gamla. Ovansidan på den gamla metodens kloss kommer att

motsvara den nya klossens testyta, se Figur 12. Figuren visar att det är möjligt att utföra

spektrometerprovet på samma kloss. Dock är de uppdelade på bilden för att tydligare kunna

visa ytorna.

(23)

Empiri 17

Figur 11: Visualisering över hur spektrometertestet kan utföras på samma kloss.

I och med att samma testkloss används för att testa båda metoderna kommer risken för att blanda ihop olika klossar att elimineras. Det kommer även att förenkla arbetsgången och minimera störningar i produktionen.

5.2 URVAL AV TESTKLOSSAR

För att återfinna de stålkvaliteter som är av intresse skapades en försöksplan. Försöksplanen skapades utifrån de kriterier som är satta för de stålkvaliteter som ska undersökas, nämligen stålkvaliteter som innehåller höga och låga halter av kol respektive mangan. För att ta fram försöksplanen undersöktes samtliga stålkvaliteter som SSAB tillverkar. Det ska bland annat inte vara kvaliteter där tester sker på brickan, utan endast stålkvaliteter som testas med spektrometeranalysen är av intresse. Vidare måste halterna av legeringarna i stålkvaliteten stämma överens med försöksplanen (se Figur 13), så att det finns stålkvaliteter som representerar försöksplanens alla nivåer. Dessutom måste stålkvaliteten tillverkas tillräckligt frekvent, så att testerna hinner genomföras under tillskriven tid. SSAB har en planering som endast sträcker sig 3-‐4 dagar i förväg. För att med säkerhet kunna samla ihop de stål som behövs måste det undersökas hur frekvent stålen tillverkas och utifrån det bestämma vilka stålkvaliteter som ska vara med i försöksplanen.

(24)

I försöksplanen består de olika nivåerna av olika intervall. Intervallen har bestämts tillsammans med styrgruppen och är framtagna för att passa till de olika stålkvaliteter som SSAB producerar. I Figur 13 återfinns intervallen för respektive legering som gäller vid varje försöksnivå. Beroende på hur många stålkvaliteter som passar in för de olika nivåerna blir det också varierande antal stål i varje hörn. Vidare väljs också många stålkvaliteter för varje försöksnivå för att det ska finnas dubbletter om någon stålkvalitet inte produceras.

Figur 12: Försöksplan för urvalet av testklossar. För varje försöksnivå går det att se intervallen.

Det ska även testas stålkvaliteter med extremt höga kolhalter, vilka benämns som HC stål, där HC kommer från engelskan och står för ”high carbon”. I dessa stålkvaliteter analyseras inte kolhalten med spektrometeranalysen utan med brickan (Dock bestämdes det vid ett styrgruppsmöte att HC stålen skulle testas med spektrometeranalysen). Trots detta det är det väldigt intressant att se hur HC stålen reagerar på den nya metoden. HC stålen produceras inte särskilt ofta och därför är de också svårare att testa. Vidare fanns det en orolighet att HC stålen, på grund av de höga kolhalterna, skulle visa på stora skillnader vid ett byte till den nya metoden.

Efter undersökning av SSAB:s samtliga stålkvaliteter blev försöksplanen enligt Tabell 2.

(25)

Empiri 19

Tabell 2: De utvalda stålkvaliteterna som ingår i försöksplanen.

Kolhalt (ppm) Mangan halt (‰)

Stålkod riktvärde minvärde maxvärde riktvärde minvärde maxvärde C+Mn-‐

35444 160 135 184 40 34 46

37211 155 140 170 75 70 80

35152 140 120 160 77 70 85

C+Mn+

38816 270 245 304 120 110 130

37825 230 205 254 120 110 130

38472 170 150 190 140 130 150

37228 150 140 160 150 140 160

38422 150 140 160 150 140 160

38715 150 140 160 180 170 190

C-‐Mn-‐

25001 18 8 34 20 13 27

25003 18 10 25 20 13 25

25802 18 10 25 19 13 25

35102 30 15 40 18 13 23

35805 30 15 38 22 15 28

35101 40 25 64 20 15 25

C-‐Mn+

38418 65 50 80 150 140 160

38441 60 45 75 165 155 175

38442 60 45 75 185 170 200

38443 60 45 74 185 170 200

38482 60 45 75 185 170 200

38124 50 40 60 175 165 185

HC stål

23331 610 565 654 67 60 75

För att samla in de klossar som behövs till testet görs en lista liknande Tabell 2 som lämnas till operatörerna som dagligen jobbar med att ut klossar. Operatörerna i sin tur kontrollerar listan mot samtliga blandzonsämnen som tillverkas. När något av de stål, som finns med i försöksplanen, tillverkas görs en markering och klossen registreras som en testkloss. Efter att SSAB använt klossarna sorteras de ut för att sedan kunna användas till examensarbetet. I och med detta arbetsupplägg av testet blir det inga störningar i produktionen på grund av examensarbetet.

I samband med att testklossarna sågas ut stansas också ett löpnummer in i dem. Detta

löpnummer blir sedan deras identitet så att det är möjligt att skilja klossarna åt. Löpnumret

skrivs också in i listan med stålkvaliteterna som lämnats till operatörerna. På detta sätt är det

väldigt enkelt att veta vilka stålkvaliteter som klossarna innehar och risken för att blanda

ihop två olika klossar blir nästintill obefintlig.

(26)

5.3 ANALYS AV TESTKLOSSAR

Vid analyseringen placeras klossen i spektrometeranalysen med den yta som ska undersökas neråt. Vidare spänns klossen fast och sedan täcks allt med ett lock som är stängt under hela operationen. När spektrometertestet startas utförs sedan hela proceduren per automatik och resultat lagras digitalt. Figur 14 illustrerar spektrometeranalysen

.

Figur 13: Illustration av spektrometeranalysen. Foto taget av författaren med tillstånd av SSAB.

I vanliga fall, när spektrometeranalysen genomförs, framställs två gnistor för att registrera resultatet. För examensarbetet kommer antalet gnistor per yta att maximeras, för att få ett snuttvärde baserat på fler observationer. Ett maximalt antal gnistor innebär att sex stycken gnistor per yta genomförs. Vidare är det resultatet från dessa observationer som används vid metoden två stickprov.

5.4 NORMALFÖRDELNINGSTEST

För att kunna jämföra observationerna med två stickprov måste normalfördelningsantagandet testas. Normalfördelningstestet utförs med hjälp av dataprogrammet Statgraphics. I programmet matas de erhållna observationerna från spektrometeranalysen in. Beräkningarna sker med en vald konfidensgrad på 95 %.

Normalfördelningsantagandet baseras på normalfördelningsplotten och på Shapiro-‐Wilk testet.