wykorzystanie metody fmea do usprawnienia montażu motoreduktora

2/2011 Technologia i Automatyzacja Montażu
WYKORZYSTANIE METODY FMEA DO USPRAWNIENIA
MONTAŻU MOTOREDUKTORA
Michał SĄSIADEK
Montaż jest istotnym elementem procesu wytwarzania wyrobu. Koszty wytwarzania stanowią przeważającą
część całkowitego kosztu realizacji, natomiast udział kosztów montażu, wg różnych źródeł, może być nawet rzędu
30 – 50% ogólnych kosztów wytwarzania produktu [1,
2]. Najogólniej montaż możemy podzielić na zautomatyzowany i ręczny. W przypadku procesów zautomatyzowanych możliwości ich poprawy są ograniczone ze
względu na zaawansowane technologicznie urządzenia
montażowe oraz minimalizację zaangażowania czynnika ludzkiego podczas montażu. Natomiast w przypadku
montażu ręcznego, gdzie dominuje czynnik ludzki i nie
są dopracowane jego forma i organizacja, istnieje duże
prawdopodobieństwo możliwości poprawy realizacji tego
procesu, głównie z ukierunkowaniem na skrócenie czasu
i redukcję kosztów realizacji. Do tego wykorzystać można
powszechnie znane metody, między innymi: zarządzania
jakością, normowania czasu pracy czy organizacji stanowiska pracy [3, 4, 5].
W kolejnych częściach artykułu przedstawiono analizę rzeczywistego procesu montażu ręcznego motoreduktora ukierunkowaną na skrócenie czasu i uproszczenie
jego montażu.
Opis przedmiotu analizy
Analizie poddano stanowisko montażu motoreduktora znajdujące się na głównej hali produkcyjnej zakładu
i zajmujące powierzchnię około 100 m2. Montaż realizowany jest ręcznie, a motoreduktor przedstawiono na
poniższym rysunku rozstrzelonym (rys. 1), przedstawiającym jego główne podzespoły.
Rys. 1. Zestawienie podzespołów motoreduktora
Poniżej opisano przebieg poszczególnych operacji
procesu montażu. Operacja 1 polega na poborze odpowiednich części z wózka i ich weryfikacji z listą materia24
łową. Części przeznaczone do montażu dostarczane są
przez magazyniera na wózkach według odpowiedniej
listy materiałowej.
W kolejnych siedmiu operacjach (2 – 8) dostarczone
części układane są na stanowisku montażowym. Kolejna
operacja polega na zdjęciu osłony z tworzywa sztucznego zabezpieczającej wał silnika (operacja 9). Następnie
monter otwiera opakowania ze śrubami i układa je na
stole (operacja 10). W operacji 11 monter wkręca śruby
w otwory korpusu i dokręca je wkrętarką pneumatyczną
(operacja 12). Po wykonaniu wcześniejszych operacji
na stole zostają opakowania po szpilkach, które monter zbiera i wrzuca do pojemnika na tworzywa sztuczne
(operacja 13). Kolejnym krokiem jest założenie cylindra
łączącego korpus silnika z przekładnią ślimakową (operacja 14). Przeniesienie napędu z silnika na przekładnię
następuje za pośrednictwem tulei sprzęgła, którą monter
osadza na wale silnika (operacja 15). Aby tuleja była odpowiednio głęboko osadzona, monter dobija ją gumowym
młotkiem (operacja 16). Na cylinder zakładany jest moduł
przekładni ślimakowej w odpowiedniej pozycji (operacja
17). Następnie monter wkręca nakrętki na szpilki (operacja 18), po czym dokręca je kluczem płaskim (operacja 19). Na wale przekładni znajduje się klin, który zabezpieczony jest taśmą. Monter zrywa taśmę (operacja
20), a następnie zakłada tarczę pośredniczącą (operacja
21). Tarcza ta jest mocowana do przekładni za pomocą śrub. Monter wkłada śruby w otwory (operacja 22),
a następnie dokręca je wkrętarką pneumatyczną operacja (23). Pomiędzy montowanymi przekładniami monter
osadza sprzęgło (operacja 24). Kolejną operacją jest zamontowanie przekładni ślimakowej (operacja 25), która
jest przykręcona do tarczy pośredniczącej za pomocą
śrub. Śruby są już wcześniej rozłożone na stole (operacja 26). Operacja 27 polega na wkręceniu nakrętek od
strony przekładni. Następnie dokręcane są nakrętki kluczem oczkowym i płaskim (operacja 28). Motoreduktor
łączony jest z urządzeniem napędzanym za pośrednictwem tarczy pośredniczącej. Monter zakłada ją w odpowiedniej pozycji na przekładni (operacja 29). Następnie
wkłada śruby mocujące (operacja 30) i dokręca je wkrętarką pneumatyczną (31). Końcowym etapem montażu
motoreduktora jest przyklejenie etykiety wyrobu w odpowiednim miejscu (operacja 32). Po skończonym montażu
przygotowuje się opakowanie kartonowe i układa w nim
motoreduktory (operacja 33).
Na stanowisku monterskim może być montowanych
do 25 motoreduktorów. Do czynności montażowych
wykorzystywane są głównie wkrętarki (akumulatorowe
i zasilane sprężonym powietrzem), klucze płaskie oraz
narzędzia pomocnicze.
Technologia i Automatyzacja Montażu 2/2011
Etapy analizy montażu motoreduktora
Analiza procesu montażu motoreduktora ukierunkowana głównie na skrócenie czasu jego montażu zaplanowana została w czterech etapach. W pierwszym etapie analizy założono pomiary czasu realizacji wszystkich
operacji montażu motoreduktora, w liczbie dziesięciu pomiarów dla każdej operacji. Założono, że dzięki tym pomiarom zidentyfikowana będzie powtarzalność realizacji
operacji oraz wyliczone zostaną: maksymalny, średni
i minimalny czas realizacji montażu i jego poszczególnych operacji.
Kolejnym etapem było wykonanie FMEA (wg wytycznych zawartych w [6]) dla analizowanego procesu
montażu. Na podstawie FMEA zidentyfikowane zostały
potencjalne wady w realizacji poszczególnych operacji,
ich skutki oraz ustalono ich przyczyny. Sformułowano
także działania zapobiegawcze do wad przekraczających
ustalony próg graniczny. Trzecim etapem było ustalenie
możliwości poprawy procesu. Na podstawie wykonanych
pomiarów czasu i analizy FMEA zaproponowano zmiany
usprawniające i skracające proces montażu. Ostatnim
etapem było oszacowanie korzyści wynikających z proponowanych zmian.
Pomiary czasu realizacji
operacji montażowych
W badanym procesie montażu zmierzono czasy realizacji 33 jego operacji składowych. Na rys. 2 przedstawiono zestawienie maksymalnych i minimalnych czasów każdej zmierzonej operacji. Kolorem ciemniejszym
oznaczono czasy maksymalne, a kolorem jaśniejszym
czasy minimalne wykonywania operacji. Po zsumowaniu
wszystkich czasów operacji maksymalny czas montażu
motoreduktora wyniósł 574,1 sekundy, a czas minimalny
285,5 sekundy. Dla większości operacji różnica (rozrzut)
pomiędzy czasem maksymalnym a minimalnym jest bardzo duża.
Rys. 2. Zestawienie maksymalnych i minimalnych czasów operacji
Operacje podzielono na trzy grupy. Pierwsza charakteryzuje się stosunkiem wartości maksymalnej do minimalnej, oznaczonym jako x, mniejszym niż 1,7 (x < 1,7)
i do tej grupy zaliczyć można operacje oznaczone numerami 6, 9, 10, 26 i 27. W drugiej grupie (1,7 ≤ x ≤ 2,0) znaj-
dują się operacje 19, 23, 28, 31, 32. Natomiast pozostałe
operacje analizowanego procesu montażu odznaczają się ponad dwukrotną różnicą między maksymalnym
a minimalnym czasem realizacji, przy czym najwyższa
różnica występuje dla operacji nr 8 (rozpakowywanie silnika na stole monterskim), dla której czas maksymalny
wynosi 10,4 s, a minimalny 3 s.
Można zauważyć, że czasy wykonywania czterech
najdłuższych operacji wynoszą prawie 50% łącznego
czasu montażu motoreduktora. Gdyby udało się skrócić
czas realizacji tych operacji o 20%, wtedy oszczędności
uzyskane w tych operacjach wpłynęłyby na 10% skrócenie całkowitego czasu montażu motoreduktora.
Analiza FMEA
Kolejnym etapem analizy było wykonanie analizy
FMEA dla wszystkich operacji analizowanego procesu
montażu. Ze względu na objętość niniejszego artykułu,
w przedstawionym w tabeli 1 arkuszu FMEA zamieszczono wybrane operacje, dla których wartość RPN była wyższa od 100. Wartość RPN = 100 przyjęto jako progową
do podjęcia działań zapobiegawczych. W tabeli tej oznaczono: S – dotkliwość wady, O – prawdopodobieństwo
wystąpienia wady, D – wykrywalność wady. Do ustalenia
przyczyn zidentyfikowanych problemów, w kilku operacjach, wykorzystano metodę 5 Why, np. dla operacji 12
(Dokręcanie szpilek wkrętarką) potencjalną wadą było
zbyt słabe dokręcenie śrub i przez sekwencję czterech
pytań ustalono, że problemem jest brak wytycznych dotyczących doboru i kontroli pomiaru siły dokręcenia śrub.
Po określeniu działań zapobiegawczych oszacowano
ponownie wskaźniki S, O oraz D, co pozwoliło zredukować wartość RPN do akceptowalnego poziomu. Wartości
wskaźnika RPN po jego szacowaniu z uwzględnieniem
proponowanych zmian zestawiono w kolumnie RPN tabeli 1 i umieszczono je w nawiasach zwykłych.
Obserwacje i propozycje usprawnień
procesu montażu
Na podstawie przeprowadzonych analiz i obserwacji
z realizacji operacji montażowych zaproponowano zmiany mające na celu usprawnienie działań i/lub skrócenie
czasu ich realizacji. Poniżej scharakteryzowano ważniejsze z nich.
W operacji 1, podczas odbierania części przywiezionych przez magazyniera i ich weryfikacji z listą materiałową monter często napotyka problem z dopasowaniem
listy materiałowej do odpowiednich części na wózku, ze
względu na ich chaotyczne ułożenie. Zaproponowano
opracowanie instrukcji układania elementów na wózku
(oddzielnie dla każdego zlecenia) umożliwiającej szybką
weryfikację zgodności dostarczonych części z listą materiałową.
Podczas rozkładania na stole monterskim części
o małych gabarytach (operacje 4 i 5) zaproponowano
zastosowanie pojemników zbiorczych, w których umieszczona zostanie odpowiednia liczba elementów.
25
2/2011 Technologia i Automatyzacja Montażu
Tabela 1. Analiza FMEA wybranych operacji montażu motoreduktora
Potencjalne
wady
Potencjalne
skutki wad
S
Potencjalne
przyczyny wad
O
Metody
kontroli
D
RPN
Zalecane środki
zaradcze
Śruba może się
Dokręcanie
Śruba zbyt
poluzować podszpilek wkrę- słabo dokręczas pracy reduktarką (12)
cona
tora
5
Zbyt mała moc
wkrętarki
3
Brak
7
105
(35)
Dobór odpowiedniej mocy
wkrętarki
Przekładnia
Montaż modułu
założona Reklamacja całej
przekładni śliw złej po- serii reduktorów
makowej (17)
zycji
8
Błąd człowieka
4
Kontrola
montera
4
128
(32)
Sprawdzenie
poprawności pozycji montażu
Zbyt słabe Śruba może się
dokręcenie odkręcić podczas
śruby
pracy reduktora
5
Zbyt mała moc
wkrętarki. Niesprawdzenie siły
dokręcenia
4
Brak
7
140
(60)
Dobór odpowiedniej wkrętarki,
stosowanie kluczy dynamometrycznych
Moduł za- Reduktory zmonMontaż przemontowany towane w sposób
kładni ślimakow złej poniezgodny z zawej (25)
zycji
mówieniem
7
Brak sprawdzenia pozycji
w instrukcji
4
Kontrola
montera
4
112
(28)
Dwukrotna
kontrola pozycji
montażu
Zakładanie koł- NiepoprawMożliwa reklamanierza biernego ne założenie
cja reduktorów
(29)
tarczy
6
Brak instrukcji
montażu
4
Kontrola
montera
5
120
(30)
Opracowanie instrukcji montażu
5
Użycie wkrętarki o zbyt
małej mocy,
brak możliwości
sprawdzenia siły
dokręcania
3
Brak
7
105
(30)
Dobór odpowiedniej wkrętarki,
stosowanie kluczy dynamometrycznych
7
Brak instrukcji
pakowania
4
Kontrola
montera
6
168
(42)
Opracowanie
instrukcji pakowania
Operacja (nr)
Dokręcanie
śrub mocujących tarczę
(23)
Dokręcanie
śrub mocujących kołnierz
bierny (31)
Śruba może się
Zbyt słabe
poluzować poddokręcenie
czas pracy redukśruby
tora
Możliwość
Pakowanie re- uszkodzenia Źle zapakowany
duktorów (33)
podczas
motoreduktor
transportu
W wyniku analizy operacji 11 (wkręcanie szpilek
w otwory) zastosowano metodę Poka-Yoke. Operacja ta
polega na wkręceniu 4 śrub w otwory korpusu motoreduktora. Śruby te są obustronnie gwintowane, a długości
gwintów się różnią. Istnieje możliwość wkręcenia tych
śrub niepoprawną stroną (i zdarza się to w praktyce),
co uniemożliwia dalszy montaż motoreduktora i wymusza ich wykręcenie i ponowne poprawne wkręcenie. Aby
wyeliminować ryzyko popełnienia błędu przy wkręcaniu
śrub, zaproponowano, aby zamawiać śruby oznaczone
z jednej strony kolorowym paskiem. Spowoduje to szybkie rozpoznanie odpowiedniej strony śruby.
Zaobserwowano także, że podczas montażu tarcz
pośredniczących o średnicy 120 mm i 160 mm istnieje
możliwość zamontowania ich w nieprawidłowych pozycjach (zamontowanie tarcz nie ma wpływu na działania
motoreduktora, ma jednak wpływ na estetykę końcowego
wyrobu). Należy zwrócić uwagę, aby tarcze te zamontowane były prawidłowo w całej serii motoreduktorów.
W wielu operacjach, w których monterzy podczas
wkręcania śrub mocujących wykorzystują wkrętarkę, powinni wg opracowanej instrukcji (lub wytycznych) dobierać poprawne moce wkręcania zapewniające odpowiednie dokręcenie śruby.
26
W operacjach wymagających precyzyjnego i z określoną siłą wkręcania zaproponowano, aby wyposażyć
stanowisko montażowe w klucz dynamometryczny. Choć
pakowanie wyrobów nie jest operacją ściśle montażową,
to wpływa ona bezpośrednio na proces montażu na stanowisku montażu ręcznego, gdyż jest wykonywana przez
monterów. Zaproponowano, aby stworzyć instrukcję pakowania elementów, co pozwoli na lepsze ich zabezpieczenie podczas transportu i skróci czas wykonywania tej
operacji.
Na stanowisku montażu pracuje zazwyczaj jeden
monter. Zaproponowano, by jednocześnie na stanowisku
pracowało dwóch monterów, którzy wykonywaliby operacje równolegle. Operacje, które trwają znacznie dłużej niż
pozostałe, monterzy mogliby wykonywać wspólnie, aby
uniknąć postojów. Oprócz znacznego skrócenia procesu
montażu zwiększyłby się poziom kontroli, gdyż monterzy
mogliby kontrolować się nawzajem, w wyniku czego unikano by potencjalnych błędów.
Reasumując, po przeprowadzeniu obserwacji i analiz,
stwierdzono, że w badanym procesie brak jest opracowanych szczegółowych instrukcji montażu do poszczególnych operacji oraz wytycznych do kontroli odpowiednich
etapów montażu.
Technologia i Automatyzacja Montażu 2/2011
Oszacowanie oszczędności czasowych
Jak wynika z przeprowadzonych pomiarów czasu realizacji operacji, różnica pomiędzy czasem maksymalnym i minimalnym ich wykonywania jest spora. Celem
skrócenia czasu wykonania poszczególnych operacji
i zwiększenia powtarzalności w ich realizacji zaproponowano zmiany omówione powyżej.
Z wstępnych wyliczeń oszacowano możliwości skrócenia czasu realizacji poszczególnych operacji. Ustalono, że istnieje możliwość zredukowania czasu realizacji
analizowanego procesu o ok. 25%. Bazując na średnim
czasie montażu jednego motoreduktora wynoszącym
412,6 sekundy, redukcja czasu (na poziomie 25%) pozwala na skrócenie procesu o 103,15 sekundy, co przy
większej liczbie montowanych wyrobów (z reguły rząd
produkcji dziennej wynosi 25 – 50 sztuk) przyczynia się
do znacznych oszczędności czasowych.
Podsumowanie i wnioski końcowe
Organizacja procesu montażu, zwłaszcza realizowanego ręcznie, jest istotnym elementem wpływającym na
jego efektywność, a także jakość finalnego wyrobu. Jak
potwierdza praktyka w przypadku montażu ręcznego, nie
zawsze realizacja poszczególnych operacji jest powtarzalna. Należy zatem dążyć do opracowania odpowiednich instrukcji oraz tak zorganizować stanowisko pracy,
aby wyeliminować możliwość popełniania błędów przy
jednoczesnym zmniejszeniu odchyłek czasowych w realizacji powtarzalnych operacji.
W niniejszym artykule przedstawiono analizę procesu
montażu motoreduktora. Badania prowadzono na rzeczywistym procesie montażu. Wykazano, że przez zastosowanie metody FMEA i metod z nią związanych, jak:
5 Why, Poka-Yoke można w pewnym stopniu usprawnić
realizację operacji montażowych. Oszacowano możliwość skrócenia czasu realizacji poszczególnych operacji. Propozycje zmian ukierunkowanych na uproszczenie
i skrócenie czasu realizacji operacji montażu zostały
w większości przyjęte do realizacji przez zainteresowaną
firmę.
LITERATURA
1. Boothroyd G., Dewhurst P.: Design for Assembly, Boothroyd Dewhurst Inc. Wakefield, 1991.
2. Whitney D.E.: Mechanical Assemblies: Their Design,
Manufacture, and Role in Product Development.
Oxford University Press, 2004.
3. Baudin M.: Lean Assembly (The Nuts and Bolts of
Making Assembly Operations Flow). Productivity
Press, New York 2002.
4. Hamrol A.: Zarządzanie jakością z przykładami. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
5. Koch T.: Systemy zrobotyzowanego montażu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław
2006.
6. PN-EN 60812:2009. Techniki analizy nieuszkadzalności systemów – Procedura analizy rodzajów i skutków uszkodzeń (FMEA).
________________
Dr inż. Michał Sąsiadek jest pracownikiem Zakładu Zintegrowanych Systemów Produkcyjnych w Instytucie Informatyki Zarządzania Produkcją na Wydziale Mechanicznym Uniwersytetu Zielonogórskiego.
ciąg dalszy ze str. 13
ASSEMBLY AUTOMATION
Volume 30 issue 2
Wydanie specjalne: Elastyczna automatyzacja z referatami z FAIM 2009
Global manufacturing: creating the balance between
local and global markets.
Globalna produkcja: tworzenie równowagi pomiędzy
rynkami lokalnymi i globalnymi.
Po kilku latach istnienia na rynku firmy produkcyjne poszukują możliwości rozszerzania swojej działalności na
skalę międzynarodową. Celem artykułu jest ustalenie
stopnia, w jakim firmy produkcyjne potrzebują standaryzować lub przystosować elementy swojego marketingu
mix. W artykule pokazano także, jak można równoważyć
podejście globalne i lokalne. Autorzy definiują kluczowe
koncepcje adaptacji i standaryzacji oraz zarysy przeciwstawnych punktów widzenia zaprezentowanych w litera-
turze. Wykorzystują istniejące struktury, jako podstawy do
analiz. Zastosowanie przykładów przypadków praktycznych, które demonstrują zarówno porażki marek, jak i ich
sukcesy, rzuca światło na równoważenie rynków lokalnego i globalnego. W artykule opisano różne podejścia,
które firmy produkcyjne mogą stosować, gdy wchodzą
na rynki międzynarodowe. Autorzy argumentują przeciw
stanowisku, że „firmy produkcyjne są raczej globalne lub
beznadziejnie lokalne” i pokazują, że firmy produkcyjne
mogą z sukcesem łączyć podejście globalne i lokalne,
jeżeli uważnie wybiorą elementy, które zaadaptują lub
ustandaryzują. W pracy oparto się na wcześniejszych
badaniach przeprowadzonych wśród firm produkcyjnych
funkcjonujących w Europie i na Środkowym Wschodzie.
Praca stanowi wartość dla firm produkcyjnych, które
chciałyby zrozumieć, jak można równoważyć rynki globalny i lokalny.
ciąg dalszy str. 37
27