Luennot. Koesuunnittelu laadunparannuksessa. Suoritustapa. Harjoitukset. Aineisto. Tentti. Kurssilla käsitellään ainakin näitä aiheita

Transkriptio

1 Luennot Koesuunnittelu laadunparannuksessa Kimmo Vierinkari vko 9 ma klo 2-6 D02 vko 0 ma.3. klo 2-6 D02 vko 0 ti 2.3. klo 0-4 B2 vko ma 8.3. klo 2-6 C209 vko ti 9.3. klo 0-4 D02 vko 2 ma 5.3. klo 2-6 D02 vko 2 ti 6.3. klo 9-3 D02 Harjoitukset vko 0 ma.3. klo 6-9 F222 vko ma 8.3. klo 6-9 D023 vko ti 9.3. klo 4-7 D023 vko 2 ma 5.3. klo 6-9 F222 vko 2 ti 6.3. klo 3-5 F222 Suoritustapa Tentti Kurssilla käsitellään ainakin näitä aiheita johdantoa laadunparannukseen keksimisen taito, iteratiivinen oppiminen mitä laatu on tilastolliset menetelmät laatukysymyksissä ja tilastollinen ajattelu johdantoa koesuunnitteluun yhden tekijän koe kaksitasoiset kokeet vaiheistus, satunnaistaminen, toistaminen osittaiset kaksitasoiset kokeet Taguchi muunnokset Minitab-ohjelmisto Aineisto Walter Edwards Deming George E. P. Box Søren Bisgaard Bo Bergman Douglas C. Montgomery Jeroen de Mast

2 Johdanto Kilpailukyky on yksi tärkeimpiä menestyvän liiketoiminnan edellytyksiä. Monet yritykset ovat jossakin vaiheessa olleet markkinajohtajia, mutta kilpailun koventuessa ovat sittemmin joutuneet menettämään asemiaan muille korkealaatuisten ja edullisten tuotteiden valmistajille. Johdanto Kilpailukyvyn saavuttaminen edellyttää tuotteiden ja prosessien laadun suunnittelua, seurantaa ja opiskelua kaikissa valmistuksen vaiheissa. Tämä on edellytys prosessien jatkuvalle parantamiselle. Aktiivinen laadun kehitys vaatii tilastollisten menetelmien, erityisesti tilastollisesti suunniteltujen kokeiden soveltamista. Tilastotieteen olemuksen vertailua ja ominaispiirteitä eri toimialoilla Esim. lääke-, maa- ja metsätalous sekä yhteiskuntatieteet Menestys Hidas reaktioaika Kiinteä toimintakehys ainutkertaisuus, kaikki todisteet lyödään kerralla pöytään ja annetaan tuomio Testaus Malli <- data Tekniset alat Menestymättömyys Nopea (välittömyys) Iteraatio jatkuva parantaminen Oppiminen Malli <- data -> Koesuunnittelun historiaa Modernien koesuunnittelumenetelmien kehityksessä on hahmoteltavissa neljä osa-aluetta tai kehityssuuntaa: maanviljely teollisuus laadunparannus yleinen ajattelutavan muutos, jossa tutkijoiden ja soveltajien tavoitteet pyritään yhdistämään Maanviljely R. A. Fisherin uraauurtava työ 920- ja 930 luvuilla Fisherin yhteistyö useiden alojen tutkijoiden ja tiedemiesten kanssa toi tietoisuuteen kolme keskeistä koesuunnitteluperiaatetta: satunnaistaminen toistaminen vaiheistaminen Maanviljely Fisher järjestelmällisesti kehitti koejärjestelyjen periaatteita ja tilastollista ajattelua koejärjestelyiden yhteydessä koeasetelmat varianssianalyysi 2

3 Teollisuus Keskeinen hahmo George Box alkusysäys 950 luvun alussa kehitellystä vastepinta-analyysin teoriasta (Box&Wilson) Box havaitsi ja hyödynsi kahta merkittävää eroa teollisuuden ja maanviljelyn välillä: vastemuuttujan käyttäytymisen muutos havaitaan hyvin pian kokeilija voi nopeasti pienellä koemäärällä saada olennaista lisäinformaatiota seuraavaa koesuunnitelmaa varten Teollisuus Näitä kahta teollisuuskokeiden ominaispiirrettä kutsutaan termeillä immediacy ja sequentiality (Box 999) Muutaman kymmenen vuoden aikana Boxin menetelmiä hyödynnettiin eritoten prosessi- ja kemianteollisuudessa, pääosin tuotekehityksessä. Johtajuus henkilöityi Boxiin. Kuitenkin tilastollisten suunnittelumenetelmien soveltamisen yleinen levinneisyys tehdastasolle tai tuotantoprosessitasolle on yhä vaatimatonta Teollisuus Pari syytä vaatimattomaan menestykseen teknisten alojen opetukseen sisältyvä tilastollisten menetelmien koulutus on riittämätöntä -> insinööreillä ja asiantuntijoilla on puutteellinen osaaminen kehityksen alkuvaiheessa laskentavoimaa ei ollut, tätä ongelmaa ei enää ole Laadunparannus 970 luvun lopulla teollisuus länsimaissa alkoi tuntea kasvavaa kiinnostusta laadunparannukseen Genichi Taguchin tutkimuksilla oli merkittävä ja näkökulmaa laajentava vaikutus koesuunnittelumenetelmien käytöstä laadunparannuksessa robusti parametrisuunnittelu: prosessi robustiksi häiriötekijöiden suhteen prosessi robustiksi komponenttivaihdosten suhteen prosessimuuttujien tasovalinnat siten, että prosessi on tavoitearvossaan ja vaihtelu vähäistä tavoitearvon ympärillä Laadunparannus Taguchin koeasetelmissa koesarjat muodostuvat ns. osittaisista tekijäkokeista, käytetään ortogonaalimatriiseja Taguchi-menetelmät aiheuttaneet paljon keskustelua: vaikka tekninen näkökulma ja varsinainen laatufilosofia on yleisesti hyväksytty ja ymmärretty, Taguchin koestrategiaan ja data-analyysiin sisältyy avoimia kysymyksiä Laadunparannus Taguchin myönteiset vaikutukset: koesuunnittelun soveltaminen on yleistynyt koesuunnittelukoulutus on lisääntynyt neljäs koesuunnittelun kehityssuunta on käynnistynyt 3

4 Yleinen ajattelutavan muutos Tutkijoiden ja soveltajien yhteinen kiinnostus menetelmien kehittämiseksi siihen suuntaan, että käytännön sovellukset olisivat helposti ja tehokkaasti toteutettavissa Onnistuneen koetoiminnan piirteitä. Käytetään tutkittavan aihealueen tuntemusta hyödyksi kokeilijat ovat usein hyvin tietoisia ongelman taustoista, syy-seuraus-suhteista jne. ns. ei-tilastollinen osaaminen on verrattoman tärkeää valittaessa kokeiltavia tekijöitä ja niiden tasoja sekä tulkittaessa tuloksia Onnistuneen koetoiminnan piirteitä 2. Pidetään asetelma ja analyysit mahdollisimman yksinkertaisina monimutkaisia ja äärimmäisen hienostuneita tilastotekniikoita on turha käyttää tuotantoympäristöissä, viesti ei mene perille huolellinen koeasetelman laadinta vie usein suhteellisen suoraviivaisiin johtopäätöksiin kömpelöä suunnittelua taas on vaikea pelastaa syvälliselläkään tilastotieteen osaamisella Onnistuneen koetoiminnan piirteitä 3. Tunnistetaan tilastollisen merkitsevyyden ja käytännön vaikutuksen ero vaikka havaitaan tekijöiden tasojen välillä vallitsevan tilastollisesti merkitsevän eron, voi olla niin, että käytännössä ero kuitenkaan ei ole riittävä 4. Ymmärretään, että koetoiminta on iteratiivista oppimista kertaluontoisella panostuksella harvoin saadaan parasta esiin peukalosääntö: panostetaan ensimmäiseen koejärjestelyyn neljännes voimavaroista Laadun määritelmiä Perinteinen näkemys Juran: Laatu tarkoittaa sopivuutta käyttöön pätee ylipäänsä kaikkiin tuotteisiin: tavarat, palvelut, neuvot kaksi ulottuvuutta miten tietyn tuotteen yleiset ominaisuudet vastaavat asiakkaan vaatimuksia yksittäisen tuotteen virheettömyys Modernimpi näkemys Montgomery: Laatu on käänteisessä suhteessa vaihteluun laadunparannus on prosessien ja tuotteiden vaihtelun supistamista Laadun ulottuvuudet Garvin. Performance, onko oikea tuote? 2. Features, mitä tuote tekee? 3. Reliability, miten usein tuotetta korjataan? 4. Conformance, onko tuote valmistettu tarkalleen suunnitelmien mukaisesti? 5. Durability, tuotteen käyttöikä? 6. Serviceability, miten helppoa on tuotteen korjaus? 7. Aesthetics, miltä tuote näyttää tai tuntuu? 8. Perceived Quality, maine, tunnettuvuus? 4

5 World-Class Quality "On-Target with Minimum Variance" Laatu ja keksimisen taito Nykyaikaisen laadunparannuksen idean ja filosofian taustalla on tieteellinen viitekehys: havaintoaineistojen käsittely ja analyysi yksinkertaisuus: Ishikawan seitsemän työkalua: pareto-kuvaaja ryhmittely valvontakortti hajontakuvio histogrammi tarkistuslista syy-seurauskaavio johdettu ja valvottu koetoiminta: koesuunnittelun avulla selvitetään, mitkä tekijät, miten ja miksi vaikuttavat vasteeseen (keskimääräisen tason muutos, vaihtelun supistaminen, robustisuus) Miksi kantaa huolta laadusta? Kun ostamme hyödykkeen, olemme kiinnostuneita paitsi hinnasta myös laadusta Yritykset kilpailevat hinnalla, laadulla ja toimitusvarmuudella Huono laatu maksaa paljon: romutuksia, korjauksia, ajanhaaskausta jne. Onko laatukeskeinen ajattelu osa ansiokasta liiketoimintaa? Me kaikki haluamme hyvää laatua rahojemme vastineeksi Kaikki yritykset haluavat tuottaa hyvää laatua, kaikki haluavat olla kunnon kansalaisia, hyviä vanhempia, hyviä Mutta, onko se liiketoiminnan kannalta järkevää? Letter from Dr. Yoshikasu Suda to W. E. Deming, dated 980: Ketjureaktio "I have just spend a year in the northern hemisphere in 23 countries, in which I visited many industrial plants, and talked with many industrialists. In Europe and in America, people are now more interested in cost of quality and in systems of quality audit. Improve quality Costs decrease because of less rework, fewer mistakes, fewer delays, snags; better use of machine-time and materials Productivity improves But in Japan, we are keeping very strong interest to improve quality by use of methods which you started when we improve quality we also improve productivity, just as you told us in 950 would happen." Capture the market Stay in with better quality business and lower price Provide jobs and more jobs Deming 5

6 Onko laatu tullut tiensä päähän? BRIDGESTONE/FIRESTONE Company News Sivujuoni Vanhahtava, lähinnä laadun seurantaa korostava ajattelutapa Prosessi Ominaispiirteet: status quo välinpitämätön suhtautuminen tilastollisiin menetelmiin % tarkastusideologia hyvien ja huonojen erottelu näytteenottotarkastus myötävirtaan kuljeskelua =>varsin kallis ja äärimmäisen tehoton ajattelutapa Tarkastus Hyvä Huono Tuotteen valvontaan perustuva laadun hallintaideologia korostaa ennemmin ajatusta tuottavuuden ja laadun ristiriidasta, kuin että ne olisivat yhteisesti saavutettavia päämääriä massiivisiin tarkastuksiin nojautuva ajattelu: jos laatua aiotaan parantaa, tuottavuus kärsii ja päinvastoin (määräpainotteinen tuotantoajattelu) 'tuotannon tehtävä on lukumäärien saavuttaminen, laatuosasto vastaa toimitusvirran virheettömyydestä' Tuotteen valvontaan perustuva laadun hallintaideologia Prosessi Kierrätys Tuote Romutus Tarkastus Huono Jäte Hyvä Korjaus Quality audit AQL Mitä 00% tarkastus merkitsee sitä toteuttavassa yrityksessä?. Yritys ei ole selvillä prosessiensa suorituskyvystä 2. Yrityksen prosesseilla on huono suorituskyky 3. Yritys ei ole tietoinen tehokkaammista, tilastollisiin menetelmiin perustuvista menetelmistä 4. Yritys toimittaa asiakkailleen huonolaatuisia tuotteita Miksi 00% tarkastus ei riitä? 6

7 W. E. Deming Luovutaan tarkastusriippuvaisesta laaduntavoittelusta. Prosessin ohjaukseen perustuva laadun hallintaideologia Prosessi Poistetaan massiivisten tarkastusten tarve rakentamalla laatu tuotteeseen. Toimeenpano Toimenpiteen toteutus Ratkaisu Toimenpiteen määritys Diagnostiikka Vian määritys Havainnot Tiedon keruu Arviointi Data-analyysi Out of The Crisis malli korostaa ongelmien syiden yksilöintiä ja eliminointia keskeistä on ennaltaehkäisevä toiminta eikä huonolaatuisten tuotteiden eristäminen mallin soveltamisen tuloksena sekä laatu että tuottavuus kohenee Moderni laadun parantaminen Hyvä laatu kallista? Idea: Tuotteen ja prosessien laatusuunnittelu Cost Tuote Prosessi Aktiivinen vastavirtaan käynti! Quality Jatkuva parantaminen! Muutoksen suunta ja vauhti on olennaista, ei nykytila! Quality Management - What is it? Quality Management Tuotteen tai palvelun myytävyys A Quality Planning Quality Control Quality Improvement B Aika Tarvitseeko yrityksen A noteerata yritystä B? Based on Juran's conception 7

8 Suunnittelun, valvonnan ja parantamisen suhde Tieteellinen menetelmä; Laadun parantamisen kiihdytin olennainen osa nykyaikaista laatuasioiden johtamista pääkohdat: ehdoton keskittyminen laatuun tieteellinen (tilastollinen) lähestymistapa yhteistyö, tiimityö, järjestelmien ja toimintojen tarkastelu poikkileikkausnäkökulmasta ->liiketoimintaprosessien kehittäminen Tieteellinen menetelmä Koostuu kahdesta avainosasta: havaintoaineistojen tutkimisesta ja koetoiminnasta Havaintoaineistojen tutkiminen Havainnoija tekee havaintoja luonnollisista, omalla painollaan etenevistä tapahtumista => Prosessista kerätään tietoja järjestelmällisesti ja järkevällä tavalla analysointia varten Koetoiminta Aiheutetaan itse informatiivisia tapahtumia Location Identification/Mercury Marine B F J => A D C E H G I L K Koesuunnittelu N R V M O Q S U W P T X 8

9 Defect Map/Mercury Marine Datasheet/Mercury Marine Av. defects/part II III III II II Daily amount Total defects I II III Fraction 2,3,,3 2,8 Date II III I I II III III II III A B X Jokainen prosessi tuottaa tietoa, jota voi käyttää parantamiseen! Jokainen omalta osaltaan voi parantaa prosessia, jonka parissa työskentelee. Mikäli käyttöön annetaan parantamiseen sopivat työkalut ja parantamistyöhön kannustetaan, tuottavuuden kasvua tapahtuu automaattisesti. Prosessin työntekijät itse ovat paras alusta jatkuvalle parantamiselle. Havaintoaineistot Teknisillä aloilla toimivien kannattaa ehdottomasti käyttää tilastollisesti suunniteltuja kokeita tuotteen tai prosessin suunnittelussa. Todennäköisyys virheisiin supistuu olennaisesti. & Koesuunnittelu Polkupyörämekaanikot, veljekset Wright Ratkaisivat iteratiivisesti ongelmavyyhden; miten suunnitella lentokone, miten valmistaa lentokone ja miten lentää lentokoneella: 900: liidokki 90: kehittyneempi malli 902: miehitetty liidokki (veljekset lähes tappoivat itsensä) 903: maailman ensimmäinen lentokone Apuvälineinä mm. omin neuvoin suunnitellut tuulitunneli (nosteproblematiikka) ja polkupyörästä rakennettu vakaajasimulaattori. Itse rakennettuja. Lentokoneen kehitys (liidokki 900 -> nykypäivän jumbo jet) ylipäätään on mitä mainioin esimerkki oppimisen kautta tapahtuvasta jatkuvasta parantamisesta. 9

10 Esimerkki teollisuuden koesuunnittelusta: SKF Oskulaatio: annetun parven jonkin käyrän tai pinnan mahdollisimman läheinen asento kiinteän käyrän tai pinnan suhteen annetun pisteen lähellä (mat), oskulaatio=r/r R r ulkorengas kehys kuula sisärengas Asetelmamatriisi Trial Heat Osculation Cage Life Vastemuuttujan Life arvot ovat kiihdytettyjen elinaikakokeiden tuloksia. Kuulalaakerikokeen tulokset Kuulalaakerikoe, SKF + Osculation Heat Cage -! Kuutiopiirroksessa oikealla ylhäällä olevat elinaika-arvot ovat 85 ja 28. Nämä noin viisinkertaiset arvot on saavutettu, kun sekä oskulaatio että lämpökäsittely ovat korkealla tasolla yhtäaikaa. Vasta vuosikymmenten ajan jatkuneen valmistuksen jälkeen tämä seikka havaittiin. Miksi vasta sitten? Syynä ei ole ollut kokeilujen puute vaan se, että SKF-insinöörit olivat toteuttaneet kokeet yksi-tekijä-kerrallaan menetelmällä. Tässä tapauksessa on helppo havaita, että yhdysvaikutusefektiä ei saa paljastumaan yksi-tekijä-kerrallaan menetelmällä. Koesuunnittelun etuja tarvitaan vähemmän kokeita, kuin yksitekijä-kerrallaan kokeissa lisääntynyt tarkkuus mahdollisuus yhdysvaikutusten estimointiin järjestelmällinen lähestymistapa luotettavia ja korkealaatuisia tuotteita saadaan markkinoille aikaiseksi nopeasti Ongelmakenttä ja termistöä Tutkitaan laatuominaisuutta mittaavaa vastemuuttujaa Y. Mitkä tekijät vaikuttavat muuttujaan Y? screening fractionals orthogonal arrays Miten ne vaikuttavat muuttujaan Y? factorials and fractionals response surface designs Miksi ne käyttäytyvät niin kuin käyttäytyvät? fysikaalisen ilmiön tutkiminen 0

11 Miten tekijät vaikuttavat? Sijainti (keskiarvo, keskimääräinen taso; engl. location effect) Hajonta (varianssi, vaihteluväli; engl. dispersion effect) Robustisuus (komponenttivaihtelu, ympäristön vaihtelu) Laatuasioiden vetovastuullisten rooli Quality Management määrittää tavoitteen, tehtävät ja ohjausperiaatteet kilpailukyvyn parantamiseksi (esim. yrityksissä laatupolitiikka ja laatukäsikirja) yhdistää tieteen keinoja, tilastotiedettä, järjestelmäajattelua, psykologiaa, ihmissuhde- ja johtamistaitoja hankkii ja välittää ylimmän johdon tuen laadun parantamisen toteuttamiseksi ajaa laadun parantamista kaikissa olosuhteissa ja suuntaa voimavarat läpi organisaation järjestää laatukoulutuksen ja laatii laatukoulutussuunnitelmat Laatuasioiden johtaminen Ylimmän johdon tulee tiedostaa vastuunsa ja johtaa laadun parantamista. Tämä vastuu on jakamaton. Avainkohdat: jatkuva, päättymätön parantaminen on välttämätöntä kilpailukyvylle asiakaskeskeisyys: seuraava prosessi on asiakas jatkuva oppiminen: plan-do-study (aikaisemmin check)-act prosessitarkastelu: tutkitaan prosessin dataa, tehdään hallitut muutokset, tutkitaan muutosten vaikutukset Laatuasioiden johtaminen Avainkohdat: monet ongelmat ovat järjestelmätasoisia ja siten vain ylimmän organisaatiotason ratkaistavissa: järjestelmätason ongelmia ei voi sälyttää alemman tason ratkaistaviksi eli on osattava erottaa yleiset ja erityissyyt toisistaan (vrt. SPC) trilogia: suunnittelu-valvonta-parantaminen on välttämätöntä tuntea tilastotiedettä ja ymmärtää vaihtelun käsite (toisaalta: vähin tiedoin tilastotieteen alueella liikkuminen voi olla hyvin vaarallista) omaksutaan vähintään yhtymätasoisia ( maailmanlaajuisia) järjestelmänäkökulmia ja - ratkaisuja Mitä uutta siis? Laadun valvonta parantaminen Kaikki osallistuvat Soveltuva koulutus kaikille organisaation tasoille päälliköille insinööreille työntekijöille Muutkin, kuin valmistusprosessit Suunta eteenpäin Laadun parantamisessa on kyse järjestelmällisestä ja nopeasta oppimisesta Olennaista kaikkien prosessien tasapainoinen kehitys: tuotekehitys, tuotanto, taloushallinto ja tukitoiminnot; ongelmat piileskelevät prosessien välimaastossa Eteneminen tapahtuu usein pienin askelin => pitkäjänteisyys, unohdetaan tempoilu Tilastolliset menetelmät kiihdyttävät oppimista

12 Johdannon yhteenveto Omaksutaan laadunparannuksen uusi filosofia Keskitytään parantamiseen ja huonon laadun syiden poistoon massiivisten tarkastusten sijaan Havaintoaineistojen tutkiminen ja koesuunnittelu ovat vahvoja työkaluja osaajien käsissä Ishikawan seitsemän työkalua! Johdannon yhteenveto Johdettu koetoiminta, käyttökohteita: virhemäärien pienentäminen luotettavuuden parantaminen varianssin supistaminen robustisuus Laadun vetovastuullisten tehtävänä on luoda otollinen maaperä parantamistoimille Kaikki on mahdollista vain ylimmän johdon osallistumisella Kritiikkiä laatuasioiden ympäriltä Sertifioidut laatujärjestelmät: ISO/QS/TL: Tilastomenetelmälliset vaatimukset varsin kepeähköjä Standardit suosittavat (vaativat?) osin huonojen menetelmien käyttöä Auditoijat, rekisteröijät ja konsultit yleisesti omaavat kovin muodolliset tilastotieteelliset tiedot Rahaa törsätään turhuuksiin monet tärkeät asiat hukkuvat kirjanpitosaastan ja paperinpyörittelyn alle Aika ajoin esiin nousee sloganeita, joiden perässä sitten juostaan päätä pahkaa: "nollavirheajattelu" "TQM" "quality is free" "Six Sigma"? Tästä on laadunhallinnassa kyse. Shewhart Deming Cycle Plan-Do-Study (check)-act 2. Vaihtelun käsitteen ymmärtäminen 2