Vážení čitatelia,
časopis KVALITA bude poskytovať i možnosť medializácie úspešných prác študentov vysokých škôl – budúcich manažérov kvality, resp. manažérov in- tegrovaného manažérstva vo všetkých typoch organizácií.
Od tohto čísla vám postupne prinesie- me úspešné práce, ktoré boli ocenené v rámci súťaže O najlepšiu študentskú prácu z oblasti manažérstva kvality a súvisiacich oblastí. Ceny v jednotlivých kategóriách sú slávnostne udeľované na konferencii uskutočnenej v rámci Svetového dňa kvality.
Poslaním súťaže je zapojiť čo najväčší počet študentov bakalárskeho, magister- ského, inžinierskeho a doktorandského štúdia vysokých škôl Slovenskej republi- ky a tak podporiť, spropagovať a verejne oceniť najlepšie záverečné práce.
Cieľom súťaže je:
• podporiť a oceniť študentov za prá- ce, ktoré zachytávajú problematiku manažérstva kvality a jej súvisiacej problematiky,
• vytvoriť priestor na prezentáciu mož- ných variantov riešení problémov, ktoré s uvedenou tematikou primár- ne súvisia.
V tomto čísle uverejňujeme prácu oce- nenú v kategórii diplomové práce.
Autor: Ing. Michal Marton z Materiálo- votechnologickej fakulty STU Bratisla- va so sídlom v Trnave.
Téma: Aplikácia metódy DOE pri
procese lisovania hriadeľov vo firme
TRW Steering Systems Slovakia, s.r.o. Nové Mesto nad Váhom.
Doc. Ing. Iveta Paulová, PhD, viceprezidentka SSK, garantka súťaže
R E S U M É
inf
or
bol zmeraný krútiaci moment ro- tora a zistilo sa, že ani na jednom zlom rotore nebola dosiahnutá je- ho požadovaná hodnota. Preto sa spoločnosť TRW Steering Systems Slovakia rozhodla aplikovať vhod- nú štatistickú metódu – metódu
plánovania experimentov DOE, ktorá má optimalizovať vstup- né parametre do procesu lisova- nia hriadeľov a zvýšiť krútiaci mo- ment rotora na maximálnu hod- notu, avšak minimálne na predpí- sanú hodnotu 20 Nm.
2.1 Plánovanie experimentu
Na definovaný proces lisovania hriadeľov sme spolu s experimen- tálnym tímom pomocou metó- dy brainstorming stanovili všetky faktory, ktoré môžu ovplyvňovať výstupnú charakteristiku – krú- tiaci moment. Všetky tieto faktory sme zaznamenali do Ishikawa dia- gramu (obr. 2).
Výber vstupných faktorov pre ex- periment
Na definovanie vstupných fakto- rov sme sa spolu s tímom rozhod- li využiť metódu FMEA pre proces lisovania hriadeľov a na základe výsledkov tejto metódy určiť hlav- né vstupné faktory vplývajúce na proces.
Z výsledkov FMEA analýzy vyply- nuli tieto faktory:
• tvrdosť hriadeľa, • priemer diery puku, • lisovacia rýchlosť.
Preto sme sa rozhodli, že tieto fak- tory použijeme v našom experi- mente a uskutočníme optimalizá- ciu spomenutých faktorov.
2.2 Priebeh experimentu
Zostavil som tabuľku faktorov a ich uvažované úrovne (tab.1). Každý jeden faktor je uvažovaný na dvoch úrovniach, kde dolná úroveň je označovaná ,,-1“ a horná úroveň je označovaná ako ,,+1“. Na základe schémy návrhu expe- rimentu som vykonal 8 pokusov s príslušnými vstupnými faktormi (tab.2). Výsledkom lisovania hria- deľov vzniklo 24 rotorov pre kto- ré som zmeral krútiaci moment (sledovaná charakteristika Y). Výsledky krútiaceho momentu Obr. 2: Ishikawa diagram pre krútiaci moment rotora.
Obr. 1: Etapy pri navrhovaní projektu [2].
Tabuľka 1: Zoznam faktorov a úrovní.
inf
or
sovania. Vyplýva to zo sklonu jed- notlivých úsečiek. Čím je priam- ka faktorov strmšia, tým má faktor väčší vplyv na výsledný krútiaci moment hriadeľa.
Faktor A – priemer diery puku má minimálny vplyv na výsledný krú- tiaci moment hriadeľa.
Faktor B – tvrdosť hriadeľa má vý- znamný vplyv na výsledný krútia- ci moment hriadeľa.
Faktor C – rýchlosť lisovania ne- má takmer žiadny vplyv na krútia- ci moment hriadeľa.
Či vzájomné interakcie medzi jed- notlivými faktormi existujú, som graficky overil pomocou spomí- naného Minitabu (obr. 5). Z tohto uvedeného obrázka vyplýva, že úsečky nemajú tendenciu pretnúť sa, čiže nedochádza k žiadnej in- terakcii medzi jednotlivými fak- tormi.
Z vyššie popísanej grafickej analý- zy vyplýva, že významné sú: • faktor B - tvrdosť hriadeľa, • faktor A - priemer diery puku. pre jednotlivé hriadele sú uvede-
né v tab. 3.
2.3 Analýza výsledkov
Po uskutočnení experimentu a za- znamenaní údajov nasleduje eta- pa, v ktorej analyzujeme výsledky získané z experimentu. Je potreb- né vyvodiť závery, predpokladané riešenia a následne uskutočniť po- tvrdzujúce testy. V analýze výsled- kov sa musí určiť:
• poradie a vplyv jednotlivých faktorov na proces a jeho vý- stup (efekt), tzv. grafická ana- lýza,
• poradie významnosti faktorov, tzv. analýza rozptylu.
Grafická analýza
Vypočítal som efekt každého fak- tora A, B, C a ich interakcií na vý- stupnú charakteristiku Y. Význam- nosť jednotlivých faktorov a ich in- terakcií som zistil Paretovou ana- lýzou (obr. 3) pomocou programu
MiniTab 15. Paretova analýza uka- zuje, že významné sú faktory B a A. Príslušné stĺpčeky faktorov B a A pretínajú priamku, ktorá zod- povedá nastaveniu intervalu spo- ľahlivosti 95%. Efekt faktorov a ich interakcií je znázornený na obr. 4. Pri zmene úrovní faktorov má na moment najväčší vplyv tvr- dosť hriadeľa v porovnaní s prie- merom diery puku a rýchlosti li- Tabuľka 2: Schéma návrhu experimentu v kódovaných premenných.
Tabuľka 3: Namerané hodnoty krútiaceho momentu pre experimen- tálne vzorky.
Obr. 3: Paretova analýza významnosti faktorov a interakcií
inf
or
Analýza rozptylu
Výsledkom tejto analýzy je zostave- nie výslednej tabuľky ANOVA (tab. 4). Stanovenie významného vplyvu faktorov a ich interakcií na výstup-
nú charakteristiku z tabuľky ANO- VA vyplýva, že faktory A a B sú vý- znamné, ostatné faktory a interak- cie sú nevýznamné. Stanovenie optimálnych úrovní faktorov analý- zou rozptylu je nasledovné:
• priemer diery puku – faktor A, nastavíme na 8,038 mm • tvrdosť hriadeľa – faktor B na-
stavíme na 58 HRC,
• lisovacia rýchlosť – faktor C nastavíme na 30 mm/s.
3. Optimalizácia technologic- kého postupu lisovania hria- deľov na základe výsledkov z experimentu
Experimentom som zistil, že na výstupnú charakteristiku (krú- tiaci moment) vplýva v najväč- šej miere tvrdosť hriadeľa. Pre- to sa spoločnosť rozhodla pre- skúmať najviac tento parameter. Na overovaciu skúšku sme pou- žili 16 štandardných hriadeľov s tvrdosťou 20 HRC a 16 kalených hriadeľov s tvrdosťou 58 HRC. Ďalej sme si pripravili puky s priemerom 8,038 mm, ktoré sa lisovali na hriadeľ. Rýchlosť liso- vania sme nastavili na 30 mm/s. Následne sme vylisovali 16 roto- rov s použitým hriadeľom, ktoré- ho tvrdosť je 20 HRC a 16 rotorov, ktoré obsahujú hriadeľ s tvrdos- ťou 58 HRC. Každý rotor obsahu- je 3 puky pre ktoré sme následne zmerali krútiaci moment. Výsle- dok skúšky ukázal, že výsledné krútiace momenty pre štandardný nekalený hriadeľ s tvrdosťou 20 HRC sa pohybujú v priemere od 25,4 Nm do 47,1 Nm a oproti to- mu kalené hriadele s tvrdosťou 58 HRC majú priemerný krútiaci mo- ment od 61,9 Nm až po 67,4 Nm.
4. Prínosy experimentu pre spoločnosť TRW Steering Systems Slovakia
Najkritickejším vstupným para- metrom, ktorý mi vyšiel z oboch analýz experimentu bola jedno- značne tvrdosť hriadeľa. Spoloč- Obr. 5: Grafy interakcií hlavných efektov.
Tabuľka 4: Tabuľka ANOVA.
Obr. 4: Grafy hlavných efektov.
inf
or
nosť sa rozhodla pre výrobu roto- rov využívať hriadele s tvrdosťou 58 HRC. Toto rozhodnutie má pre spoločnosť rôzne technologické a ekonomické prínosy.
Technologické prínosy
1. zvýšenie lisovacej rýchlosti
Lisovacia rýchlosť závisí od tvrdos- ti hriadeľa. Vyššou tvrdosťou hria- deľa je možné nastaviť aj vyššiu li- sovaciu rýchlosť. Znižuje sa počet nepodarkov, pretože pri vyššej li- sovacej rýchlosti a mäkkých hria- deľoch dochádzalo k ich poško- deniu, čiže vznikali nekvalitné vý- robky.
2. zníženie doby vykonania zdvi- hu lisu
Vyplýva to z predošlého príno- su zvýšenia lisovacej rýchlosti. Vzhľadom na väčšiu lisovaciu rýchlosť sa zníži čas cyklu vyliso- vania jedného rotora.
3. vylúčenie potreby naolejova- nia hriadeľov pred lisovaním
Pri doteraz využívaných hriade- ľoch bolo potrebné každý hriadeľ pred lisovaním naolejovať z dôvo- du lepších vlastností pri lisovaní. Pri kalených hriadeľoch toto už nie je potrebné. Týmto sa vylučujú prestoje počas naolejovania a tým sa zrýchľuje proces lisovania hria- deľov.
4. stabilizácia lisovacej sily
Pri používaní štandardných hria- deľov musel lis dosahovať urči- tú lisovaciu silu, aby nalisoval všetky tri puky na hriadeľ. Ve- ľakrát túto silu nedosiahol z dô- vodu mäkkého hriadeľa, vznika- li na hriadeli nedolisované puky a rotor bol nepoužiteľný. Kalený hriadeľ túto lisovaciu silu doká- zal stabilizovať.
Ekonomické prínosy
Zaradením kalených hriadeľov do výroby sa síce zvýšia nákla- dy na výrobu elektromotorov (v prepočte viac o 0,09 EUR na je- den hriadeľ), znížia sa ale vo veľ- kej miere náklady na nekvalitu výrobku a na opravy. Následne sa zníži počet reklamácií u zá- kazníka, a tým sa zvýši kvalita výrobku. Spoločnosť môže v bu- dúcnosti očakávať zvýšenie do- pytu po kvalitných výrobkoch a zvýšenie profitu zo zníženia pre- stojov a ostatných technologic- kých prínosov.
Záver
Táto práca ma len utvrdila o vý- zname využívania štatistických metód v podniku. Zistil som, že okrem klasických štatistických metód je dôležité zavádzať aj zlo- žitejšie metódy, ktoré sa venujú nielen výrobnej ale aj predvýrob- nej etape. V predvýrobnej etape je potrebné definovať výslednú kvalitu výrobku, a vo výrobnej etape sa dosiahne iba taká kva- lita, aká bola stanovená. Preto najlepšou metódou, ktorá doká- že optimalizovať vstupné faktory tak, aby sa dosiahla požadovaná výsledná charakteristika je roz- hodne plánovanie experimentov (DOE).
Literatúra:
[1] GÁLIK R.: Optimalizácia PVC re- ceptúr využitím metódy DOE, Kvalita, 1997, č.5, str. 15
[2] SINAY J. a kol.: Nástroje zlepšo- vania kvality. Prešov: ManaCon 2007, ISBN 978-80-89040-32-2
inf
or
mácie
Pokyny pre autorov:
1. Redakcia prijíma iba pôvodné príspevky, doteraz nepubliko- vané alebo nezadané inej re- dakcii.
2. Rozsah príspevku by nemal presiahnuť 5 normostrán. Článok je potrebné poslať e-mailom na adresu vydava- [email protected].
3. Obrázky, grafy, schémy pred- ložiť v osobitnom súbore vy- pracovanom v CorelDraw ale- bo v bitmape s koncovkami .tif, .jpg, .gif, .bmp. Text člán- ku môže byť doplnený, ilu- strovaný farebnými obrázka- mi (kvalitné fotografie, diapo- zitívy).
4. Odvolania na literatúru sa označujú v texte alebo v po- známkach pod čiarou v hra- natých zátvorkách. Zoznam použitej literatúry sa uvádza za príspevkom a je spracova- ný v zmysle platnej normy. 5. S príspevkom žiadame zaslať
presnú adresu autora, dátum narodenia, OP, č. telefónu, príp. faxu a e-mail.
6. Každý príspevok posudzuje redakčná rada na svojom naj- bližšom zasadnutí. O výsled- ku posúdenia je autor infor- movaný písomnou alebo úst- nou formou.
7. Uverejnené články sú honoro- vané.
8. Autor obdrží autorský výtla- čok časopisu KVALITA.
Termín dodania článkov do najbližšieho čísla je
10.9.2009.
AKO PUBLIKOVAŤ V ČASOPISE KVALITA