plik Adobe PDF / Get full paper - Adobe PDF file

KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN – ODDZIAŁ W POZNANIU
Vol. 28 nr 1
Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
2008
WOJCIECH ŁYBACKI∗, KATARZYNA ZAWADZKA∗∗
WSPOMAGANIE DIAGNOSTYKI WAD ODLEWÓW
NARZĘDZIAMI ZARZĄDZANIA JAKOŚCIĄ
Przedstawiono sposób analizy wad odlewów oparty na koncepcji ważonego diagramu Ishikawy. Znany diagram Ishikawy, po określeniu zbioru przyczyn głównych i zbioru podprzyczyn,
uzupełniono o wagi cząstkowe. Przypisanie poszczególnym przyczynom i podprzyczynom wag
pozwala wyodrębnić na wykresie Ishikawy przyczyny najistotniejsze i wyeliminować mniej ważne. Na konkretnym przykładzie przedstawiono metodykę analizy wad odlewów, ilustrując kolejne
kroki odpowiednimi tabelami i rysunkami.
Słowa kluczowe: wady odlewów, diagram Ishikawy
1. WPROWADZENIE
Wadą odlewu według normy PN-85/H-83105 Odlewy – Podział i terminologia wad jest zmiana kształtu, powierzchni, naruszenie ciągłości oraz nieprawidłowość struktury wewnętrznej. Duża różnorodność wad występujących w odlewach wynika z samej istoty technologii wytwarzania odlewów, składającej się
z operacji technologicznych obejmujących zaprojektowanie i wykonanie formy
odlewniczej oraz technologię wytapiania ciekłego metalu. Istotne znaczenie mają również kwalifikacje pracowników odlewni, charakter produkcji, wyposażenie techniczne odlewni itp. Analizując przyczyny występowania wad, należy
uwzględnić tzw. wiedzę stałą o przyczynach ich występowania, sposobach zapobiegania im oraz informacje bieżące z procesu. Strukturę informacyjną systemu analizy wad odlewniczych ilustruje rys. 1 [4].
W literaturze przedmiotu wyróżnia się trzy rodzaje podejść do analizy wad [4]:
− gdy wystąpienie określonego typu wady zostało stwierdzone (rys. 2),
− gdy stwierdzenie przyczyny wymaga dodatkowych informacji (rys. 3),
− gdy została stwierdzona nieprawidłowość w trakcie procesu technologicznego (rys. 4).
∗
∗∗
Dr inż.
Mgr inż.
Instytut Technologii Materiałów Politechniki Poznańskiej.
90
W. Łybacki, K. Zawadzka
Rys. 1. System analizy wad odlewniczych
Fig. 1. System of casting defects analysis
Rys. 2. Warianty podejść do analizy wad
Fig. 2. Alternative approach to casting defects analysis
Rys. 3. Warianty podejść do analizy wad
Fig. 3. Alternative approach to casting defects analysis
Rys. 4. Warianty podejść do analizy wad
Fig. 4. Alternative approach to casting defects analysis
Złożoność przyczyn występowania wad w odlewach utrudnia ich diagnostykę. Trudności te ilustruje rys. 5, na którym przedstawiono, oparty na normie PN-85/H-83105, schemat powiązań pomiędzy wybranymi wadami a przyczynami
ich powstawania. Opisowy sposób charakteryzowania możliwych przyczyn powstawania wad nie ułatwia identyfikacji przyczyny bądź oddzielenia przyczyn
głównych od drugorzędnych. Współczesna teoria i praktyka zarządzania jakością pozwala na zastosowanie bardziej efektywnych narzędzi do analizy wad
odlewów [2, 3].
Wspomaganie diagnostyki wad odlewów …
91
Rys. 5. Przyczyny powstawania wybranych wad odlewów
Fig. 5. Reasons of some casting defects
2. ANALIZA PARETO-LORENZA I DIAGRAM ISHIKAWY
W DIAGNOSTYCE WAD ODLEWÓW
Spośród tzw. siedmiu podstawowych narzędzi zarządzania jakością na uwagę zasługują: diagram Pareto-Lorenza, oparty na empirycznie stwierdzonej prawidłowości,
że 20÷30% przyczyn decyduje o 70÷60% skutków, oraz diagram przyczynowo-skutkowy Ishikawy, przedstawiający graficznie powiązania między czynnikami
wpływającymi na proces i skutkami, które one wywołują. Wykres Ishikawy umożliwia graficzną prezentację powiązań pomiędzy przyczynami danego problemu i ich
hierarchię. Ze względu na swoją budowę i kształt diagram ten nazywany jest często
schematem jodełkowym lub schematem rybiej ości. Diagram Ishikawy ma strukturę
hierarchiczną: przyczyny główne znajdują się najbliżej rdzenia, natomiast przyczyny
92
W. Łybacki, K. Zawadzka
pośrednie, bezpośrednio powiązane z przyczynami głównymi, stanowią ich rozwinięcie. Przy sporządzaniu wykresu obowiązuje zasada „od ogółu do szczegółu”, w myśl
której w pierwszej kolejności określa się przyczyny główne, a następnie przyczyny
pośrednie: drugiego rzędu, a jeśli zachodzi konieczność, to przyczyny kolejnych rzędów. Sposób sporządzania wykresu Ishikawy ilustruje rys. 6.
Rys. 6. Schemat wykresu Ishikawy
Fig. 6. Scheme of Ishikawa diagram
W celu określenia przyczyn głównych stosuje się tzw. podejście 5M lub
6M+E, wskazujące następujące grupy czynników mających wpływ na proces:
− manpower – czynnik ludzki,
− machine – wykorzystanie maszyny,
− material – wykorzystanie materiałów i tworzyw,
− method – metoda wytwarzania,
− management – kierowanie, zarządzanie,
− measurement – sposób pomiaru,
− environment – czynniki środowiskowe (otoczenia).
Schemat wykresu Ishikawy opartego na zasadzie 6M+E pokazano na rys. 7.
Rys. 7. Schemat wykresu Ishikawy w układzie 6M+E
Fig.7. Scheme of Ishikawa diagram in 6M+E set
Wspomaganie diagnostyki wad odlewów …
93
Klasyczny wykres Ishikawy ułatwia analizę procesu w układzie przyczyna–
skutek, nie zawiera jednak informacji o charakterze ilościowym. Autor pracy [2]
zaproponował uzupełnienie wykresu o wagi poszczególnych przyczyn. Po określeniu zbioru przyczyn głównych oraz zbioru podprzyczyn dla każdej przyczyny
głównej tok postępowania jest następujący:
− każdej przyczynie głównej i podprzyczynie przypisuje się odpowiednią wagę,
− określa się wartości bezwzględne wag podprzyczyn,
− uzupełnia się diagram Ishikawy o wagi cząstkowe.
Wagi poszczególnych czynników sprawczych określa się, wykorzystując macierz porównań parami opartą na zasadzie: jeśli jeden z porównywalnych czynników uznaje się za ważniejszy, to przypisuje mu się ocenę 1; drugi element
otrzymuje ocenę 0. Jeśli oba czynniki uważa się za równoważne, to otrzymują
one ocenę 0,5. Dla zwiększenia precyzji skalę ocen można rozszerzyć, przyjmując np. liczby: 0; 0,25; 0,50; 0,75; 1.
3. BADANIA WŁASNE
Analizę wad odlewów na podstawie koncepcji ważonego wykresu Ishikawy
przeprowadzono, wykorzystując wyniki zawarte w arkuszu kontrolnym wad odlewów. Dane pochodzące z tego arkusza zostały uporządkowane według masy
wadliwych odlewów w kolejności malejącej i przedstawione w tablicy 1 [6].
W pozostałych kolumnach podano skumulowane wartości niezbędne do sporządzenia diagramu Pareto-Lorenza (rys. 8).
100
90
80
70
60
% 50
40
30
20
10
Rys. 8. Wykres Pareto-Lorenza dla 15 wad
Fig. 8. Pareto-Lorentzo diagram for 15 casting defects
6
6
wady
W
-2
1
6
-4
0
W
-2
0
W
W
-2
0
5
1
2
-2
0
W
W
-2
0
1
1
-2
1
W
-1
0
W
W
-2
0
8
3
5
-1
0
W
-1
0
W
W
-3
0
3
3
2
-4
0
W
-1
0
W
W
-2
2
2
0
94
W. Łybacki, K. Zawadzka
Tablica 1
Zestawienie wad odlewów na podstawie arkusza kontrolnego
Casting defects sheet
Nazwa wady
Oznaczenie
Masa
wadliwych
odlewów [kg]
%
Zaprószenie
Niedolew
Jama skurczowa
Naderwanie
Przestawienie
Zalewka
Strup
Uszkodzenie mechaniczne
Wgniecenie
Pęcherz zewnętrzny
Chropowatość
Nakłucia
Obciągnięcia
Zapiaszczenie
Skóra słonia
W-222
W-102
W-403
W-303
W-105
W-103
W-208
W-101
W-211
W-202
W-201
W-205
W-206
W-406
W-216
16739,54
6818,72
4646,20
3945,01
3698,30
1102,90
989,60
908,35
866,90
534,00
196,05
185,30
17,40
15,90
10,50
41,15
16,76
11,42
9,70
9,09
2,71
2,43
2,23
2,13
1,31
0,48
0,46
0,04
0,04
0,03
Wartości skumulowane
masa
[%]
[kg]
16739,54
23558,26
28204,46
32149,47
35847,77
36950,67
37940,27
38848,62
39715,52
40249,52
40445,57
40630,87
40648,27
40664,17
40674,67
41,15
57,92
69,34
79,04
88,13
90,84
93,28
95,51
97,64
98,95
99,44
99,89
99,94
99,97
100,00
Z diagramu Pareto-Lorenza wynika, że 70% masy odlewów wadliwych spowodowały trzy wady: W-222 (zaprószenia), W-102 (niedolewy) oraz W-403
(jama skurczowa). Pozostałe wady pojawiały się sporadycznie i nie miały istotnego wpływu na wskaźnik braków.
Tablica 2
Diagram macierzowy dla wad: W-222, W-102 i W-403
Matrix diagram for casting defects: W-222, W-102 i W-403
Czynnik
W-222
Σn
W-102
Σn
W-403
Σn
Człowiek
Maszyna
Materiał
Metoda
Kierowanie
1
0,75
0,75
1
0,5
0,250
0,188
0,188
0,250
0,125
1
0,5
1
0,25
1
0,267
0,133
0,267
0,067
0,267
1
–
0,5
0,25
0,75
0,400
–
0,200
0,100
0,300
SUMA
4
1
3,75
1
2,5
1
Wady W-222, W-102, W-403 poddano analizie, opierając się na koncepcji
ważonego wykresu Ishikawy. Wagi poszczególnych przyczyn głównych wyznaczono na podstawie macierzy porównań, według podejścia 5M (tabl. 2); pominięto wpływ otoczenia i pomiaru na występowanie tych wad. Znormalizowane
wagi czynników głównych umieszczono na wykresie Ishikawy w kołowych polach. Górna część pola zawiera wagę względną odniesioną do danego czynnika,
natomiast dolna wagę bezwzględną odniesioną do całej grupy. W przypadku
czynników głównych obie wagi są równe. W podobny sposób, korzystając z ma-
Wspomaganie diagnostyki wad odlewów …
95
W-222
W-222
W-222
W-222
W-222
cierzy porównań (rys. 9, 11 i 13), określono podprzyczyny drugiego rzędu. Obie
wagi: względną i bezwzględną dla trzech rozpatrywanych wad umieszczono na
diagramach Ishikawy (rys. 10, 12 i 14).
Rys. 9. Diagramy macierzowe przyczyn występowania wady W-222 (zaprószenie)
Fig. 9. Matrix diagrams for W-222 casting defect (sand holes)
96
W. Łybacki, K. Zawadzka
a)
Niezabezpieczenie
otwartych nadlewów
i wlewów przed
zapiaszczeniem
0,200
0,05
Niewłaściwe
wykończenie
wnęki formy
lub rdzenia
0,300
0,075
Nieostrożne
wyjmowanie
modelu
z formy
0,34
Zbite lub
skrzywione
sworznie
ustalające
0,182
0,034
0,273
0,051
Brak staranności
przy wykonywaniu
rdzenia
0,200
0,05
Niedostateczne
odpowietrzenie
lub oczyszczenie
formy i rdzenia
Nadmierne luzy
w elementach
ustalających
skrzyń
0,182 formierskich
0,200
0,05
Zbyt gwałtowny
transport
form i rdzeni
0,273
0,051
Niejednolite
zagęszczenie
masy
0,100
0,025
Zapiaszczenie
wnęki formy
przy składaniu
0,091
0,017
Człowiek
Maszyna
0.250
0.250
0.188
0.188
W-222
0.250
0.250
0.188
0.188
Metoda
Brak lub
zbyt małe luzy
między rdzennikiem
a gniazdem rdzennika
Źle wykonane
oprzyrządowanie
modelowe
Przypalenie
formy lub
rdzenia
Nieostrożne
wyjmowanie
modelu
z formy
0,158
0,04
0,053
0,013
0,158
0,04
0,105
0,026
0,158
0,04
0,158
0,04
Materiał
0,105
0,026
0,105
0,026
Nieprawidłowa
konstrukcja
modelu lub
rdzennicy
Obluzowanie
elementów
ustalających
płyty
Kierowanie
0,25
0,047 Zbyt niska
Nieprawidłowe
suszenie
formy
lub rdzenia
Obluzowanie
elementów
ustalających
położenie
modelu
względem
płyty
0.125
0.125
0,25
0,047
0,25
0,047
0,25
0,047
wytrzymałość
masy
w stanie
wilgotnym
Złe przyleganie
lub łuszczenie
się powłoki
ochronnej
formy
Zbyt duża
osypliwość
masy
Zbyt duża
przepuszczalność
masy
0,125
0,016
0,188
0,024
0,188
0,024
0,25
0,031
0,25
0,031
Brak odpowiedniej
komunikacji między
pracownikami
lub brak przepływu
informacji
Brak
odpowiedniego
systemu motywacji
Narzucanie
zbyt dużego
tempa pracy
Brak odpowiednich
Instrukcji w miejscu
ich użytkowania
Nieprawidłowa
konstrukcja
układu wlewowego
Rys. 10. Ważony wykres Ishikawy dla wady zaprószenia (W-222)
Fig. 10. Balanced Inhikawa’s diagram for sand holes defect (W-222)
Wspomaganie diagnostyki wad odlewów …
Rys. 11. Diagramy macierzowe przyczyn występowania wady W-102 (niedolew)
Fig. 11. Matrix diagrams for W-102 casting defect (misrun)
97
98
W. Łybacki, K. Zawadzka
Rys. 12. Ważony wykres Ishikawy dla wady niedolew ( W-102)
Fig. 12. Balanced Inhikawa’s diagram for misrun defect (W-102)
Wspomaganie diagnostyki wad odlewów …
99
Rys. 13. Diagramy macierzowe przyczyn występowania wady W-403 (jama skurczowa)
Fig. 13. Matrix diagrams for W-403 casting defect (shrinkage cavity)
Każdy z ważonych diagramów Ishikawy można poddać szczegółowej analizie i uzyskać ilościową informację o przyczynie występowania danej wady. Na
przykład wagi oznaczone strzałką pionową na rys. 14 odnoszą się do podprzyczyny z grupy człowiek. Górna waga o wartości 0,231 jest wagą względną i
oznacza, że podprzyczyna ta stanowi 23,1% skutków generowanych przez całą
grupę człowiek. Z kolei odnosząc te 23,1% do wagi całej grupy, tj. 0,400,
otrzymuje się wagę bezwzględną tej podprzyczyny wynoszącą 0,092, czyli
9,2%.
100
W. Łybacki, K. Zawadzka
c)
Nieodpowiedni kształt,
wielkość lub
umiejscowienie nadlewu,
powodujące niedostateczne
zasilanie pewnych
części odlewu
Konstrukcja odlewu
uniemożliwiająca
krzepnięcie kierunkowe
0,077
0,031
0,231
0,092
Rozmieszczenie i przekroje
wlewów doprowadzających
uniemożliwiające kierunkowe
i równoczesne krzepnięcie
Rozmieszczenie wlewów
doprowadzających
powodujące nadmierne
miejscowe nagrzewanie się
formy lub rdzenia
Występowanie węzłów cieplnych,
niekorzystne ukształtowanie
połączeń ścianek
Ukształtowanie
układu wlewowego
powodujące
niedostateczne
ciśnienie
metalostatyczne
0,154
0,062
0,231
0,092
0,154
0,062
1
0,200
Zbyt wysoka
temperatura
metalu przy
zalewaniu do form
0,154
0,062
Człowiek
Materiał
0,400
0,400
0,200
0,200
W-403
0,100
0,100
0,300
0,300
Metoda
Położenie formy
podczas zalewania
utrudniające
krzepnięcie kierunkowe
1
0,100
Kierowanie
Brak
odpowiedniego
systemu motywacji
Narzucanie
zbyt dużego
tempa pracy
Nieprawidłowa
konstrukcja
układu wlewowego,
odlewu, modelu lub
rdzennicy
0,188
0,056
0,25
0,075
0,188
0,056
0,25
0,075
0,125
0,038
Brak odpowiedniej
komunikacji między
pracownikami
lub brak przepływu
informacji
Brak odpowiednich
Instrukcji w miejscu
ich użytkowania
Rys. 14. Ważony wykres Ishikawy dla wady jama skurczowa (W-403)
Fig. 14. Balanced Inhikawa’s diagram for shrinkage cavity defect (W-403)
4. PODSUMOWANIE
Przedstawiona propozycja zastosowania koncepcji ważonego diagramu Ishikawy do analizy wad odlewów może ułatwić interpretację przyczyn występowania wad. Przypisanie poszczególnym przyczynom i podprzyczynom wag pozwala wyodrębnić na wykresie Ishikawy przyczyny najistotniejsze i wyeliminować
mniej ważne. Przyjęcie odpowiedniej skali ocen poszczególnych wad, uzależnione od wiedzy i doświadczenia technologów, pozwoli na podjęcie skutecznych
działań ograniczających wpływ poszczególnych podprzyczyn na daną wadę.
Wspomaganie diagnostyki wad odlewów …
101
LITERATURA
[1] Gwiazda A., Koncepcja ważonego wykresu Ishikawy, Problemy Jakości, kwiecień 2005.
[2] Hamrol A., Mantura W., Zarządzanie jakością. Teoria i praktyka, Warszawa–Poznań, PWN
1996.
[3] Kindlarski E., Kontrola i sterowanie jakością, Warszawa, Oficyna Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej 1991.
[4] Kluska-Nawarecka S., Metody komputerowe wspomagania diagnostyki wad odlewów, Kraków, Wyd. Instytutu Odlewnictwa 1999.
[5] PN-85/H-83105Odlewy – podział i terminologia wad.
[6] Szestak-Zawadzka K., Zastosowanie narzędzi zarządzania jakością do eliminacji wad odlewów, praca dyplomowa, Politechnika Poznańska 2007 (maszynopis).
Praca wpłynęła do Redakcji: 1.04.2008
Recenzent: prof. dr hab. inż. Adam Hamrol
ASSISTANCE OF CASTING DEFECTS DIAGNOSIN BY MEANS OF QUALITY
MANAGEMENT TOOLS
Summary
The way of casting defects analysis based on the conception of Ishikawa balanced diagram has
been presented. Attributing to respective reasons and sub reasons weights allows isolating on Ishikawa’s diagram the most important reasons and eliminating the less important ones. By way of a
concrete example methodology of casting defects diagnosis has been illustrated with tables and
figures.
Key words: casting defects, Ishikawa’s diagram