Ilkka Mellin Tilastollinen laadunvalvonta Johdanto: Laatu ja sen parantaminen Ilkka Mellin (2010) 1
Tilastollinen laadunvalvonta Johdanto: Laatu ja sen parantaminen >> Laatu ja laadun parantaminen Laadunvalvonnan historiaa Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Ilkka Mellin (2010) 2
Laatu ja laadun parantaminen Tuotteen laatu Kysymyksiä: Mitä tarkoitetaan tuotteen laadulla? Mitkä ovat laadun dimensiot i eli ulottuvuudet? ltt dt? Huomautus: Sanalla tuote viitataan jatkossa sekä fyysisiin tuotteisiin ja palveluihin l että tuotteitatt tai palveluita l tuottaviin tt prosesseihin. Ilkka Mellin (2010) 3
Laatu ja laadun parantaminen Laadun ulottuvuudet Laadun ulottuvuudet: ltt dt 1. Toimivuus: Toimiiko tuote sille tarkoitetussa tehtävässä? 2. Luotettavuus: tt Kuinka usein tuote t vikaantuu? 3. Kestävyys: Kuinka kauan tuote kestää? 4. Huollettavuus/korjattavuus: Kik Kuinka hl helposti tuote voidaan huoltaa ja/tai korjata? 5. Estetiikka: Miltä tuote näyttää? 6. Ominaisuudet: Mihin tuotetta voidaan käyttää? 7. Maine: Millainen i on valmistajan ja tuotteen tt maine? 8. Standardin mukaisuus: Onko tuote asetettujen standardien mukainen? Ilkka Mellin (2010) 4
Laatu ja laadun parantaminen Laadun määritteleminen Traditionaalinen määritelmä ä laadulle: ll Tuotteen laatu on sen sopivuutta tai kelvollisuutta käyttötarkoitukseensa. Moderni määritelmä laadulle: Tuotteen laatu on kääntäen verrannollinen sen ominaisuuksien (epätoivottavaan tai vahingolliseen) vaihteluun. Ilkka Mellin (2010) 5
Laatu ja laadun parantaminen Laadun parantaminen Laadun moderni määritelmä ä (ks. edellinen kalvo) motivoi i antamaan seuraavan määritelmän laadun parantamiselle: Laadun parantaminen merkitsee sekä tuotteen valmistusprosessin että tuotteen ominaisuuksien vaihtelun pienentämistä. Ilkka Mellin (2010) 6
Laatu ja laadun parantaminen Laadun parantamisen merkitys: Esimerkki Eräässä tutkimuksessa verrattiin amerikkalaisen ja japanilaisen autonvalmistajan autojen takuukorjausten kustannuksia. Amerikkalaisvalmistajan kustannukset takuukorjauksissa olivat yli 3 kertaa suuremmat kuin japanilaisvalmistajan. Kysymys: Mistä tämä johtui? Tutkittaessa keskeisiä autojen laadun dimensioita, havaittiin, että japanilaisautojen keskeisten laatutekijöiden vaihtelu oli huomattavasti pienempää kuin amerikkalaisautojen. Johtopäätös: Laadun vaihtelun pienentäminen vähentää kustannuksia. Huomautus: W. E. Demingillä ( ) on ollut keskeinen asema Japanin teollisuuden kehittymisessä laatutuotteiden tekijäksi! Ilkka Mellin (2010) 7
Laatu ja laadun parantaminen Tuotteen laatua karakterisoivat ominaisuudet 1/2 Tuotteen laatua karakteristisioivat kt ti i i tominaisuudet: i Fysikaaliset tekijät: esim. pituus, paino, jännite, viskositeetti Aistinvaraiset tekijät: esim. maku, ulkonäkö, väri Aikatekijät: luotettavuus, kesto, huollettavuus Engl. critical-to-quality t lit (CTG) characteristics ti Ilkka Mellin (2010) 8
Laatu ja laadun parantaminen Tuotteen laatua karakterisoivat ominaisuudet 2/2 Tuotteen laatua karakterisoivat kt i tominaisuudet i tjaetaan tavallisesti attribuutteihin ( ominaisuuksiin) ja muuttujiin. Attribuuteilla tarkoitetaan laadunvalvonnassa sellaisia diskreettejä muuttujia kuten lukumäärämuuttujia. Muuttujilla tarkoitetaan laadunvalvonnassa jatkuvaarvoisia muuttujia. Ilkka Mellin (2010) 9
Laatu ja laadun parantaminen Laatutekniikka Laatutekniikalla t tarkoitetaan t insinööritietoai iti t ja -taitoa, tit joilla pyritään varmistamaan, että tuotteen laatu (ts. sen laatua karakterisoivat ominaisuudet) on asetettujen tavoitteiden mukainen. Engl. quality engineering g Laatutekniikan osa-alueita: johtaminen käytännön operaatiot sovellettu tekniikka Ilkka Mellin (2010) 10
Laatu ja laadun parantaminen Laadun vaihtelu On erittäin poikkeuksellista, k että tuotteen tt laatu pystytään pitämään tasaisena. Normaalisti laatu vaihtelee! Laadun vaihteluun vaikuttavia tekijöitä: vaihtelu valmistusmateriaaleissa vaihtelu koneiden toiminnassa i vaihtelu työntekijöiden toiminnassa Ilkka Mellin (2010) 11
Laatu ja laadun parantaminen Laadun vaihtelu on tilastollista Tuotteen laatu vaihtelee tavalla, joka on luonteeltaan lt tilastollista, so. vaihtelua, jossa voidaan havaita sekä satunnaisia että systemaattisia piirteitä. Tuotteen laadun selvittäminen vaatii tilastollista menetelmien soveltamista! Ilkka Mellin (2010) 12
Laatu ja laadun parantaminen Tilastollinen tutkimus ja sen tavoitteet Tilastollisen lli tutkimuksen tki k tavoitteena on tehdä tutkittavaa ilmiötä koskevia johtopäätöksiä ilmiöstä kerättyjen kvantitatiivisten tai numeeristen tietojen perusteella, kun ilmiöstä kerättyihin tietoihin liittyy epävarmuutta tai satunnaisuutta. Tavoitteeseen pyritään erottamalla ja kuvaamalla ilmiöstä kerättyihin tietoihin liittyvät satunnaiset ja systemaattiset piirteet. Ilkka Mellin (2010) 13
Laatu ja laadun parantaminen Tilastolliset tutkimusmenetelmät ja tutkimus- kohteiden ominaisuuksia kuvaavat muuttujat Tilastollisen tlli tutkimuksen ttki k kohteita khtit kuvaavat ttidt tiedot esitetään ittää kohteiden ominaisuuksia kuvaavien muuttujien arvoina. Tilastollisessa tutkimuksessa käytettävien menetelmien valintaan vaikuttaa tutkimuksen kohteiden ominaisuuksia ja olosuhteita kuvaavien muuttujien tyyppi. Tilastolliset muuttujat voidaan jakaa (karkeasti) diskreetteihin ja jatkuviin; vrt. laadun karakterististen piirteiden jakoa attribuutteihin ja muuttujiin ( ). Ilkka Mellin (2010) 14
Laatu ja laadun parantaminen Spesifikaatiot laadulle Tuotteen laatua karakterisoiville kt i ill ominaisuuksille i ill hlt halutaan tavallisesti asettaa spesifikaatioita eli erityisvaatimuksia. Erityisvaatimukset esitetään tavallisesti asettamalla laadun karakteristiselle ominaisuuksille seuraavat kolme arvoa: tavoitearvo; engl. target value alempi spesifikaatioraja; ; engl. lower specification limit (LCL) ylempi spesifikaatioraja; engl. upper specification limit (UCL) Ilkka Mellin (2010) 15
Laatu ja laadun parantaminen Spesifikaationmukaisuus Laadukas tuote t on asetettujen tt vaatimusten t eli spesifikaatioiden mukainen. Jos tuote ei täytä sille asetettuja vaatimuksia, se ei ole spesifikaatioiden mukainen. Engl. Huomautus: conforming vs. non-conforming conformity vs. non-conformity Vaikka tuote ei olisi spesifikaatioiden mukainen, sitä saatetaan silti voida käyttää. Vrt. tuotteen spesifikaationmukaisuutta sen viallisuuteen; ks. seuraavaa kalvoa. Ilkka Mellin (2010) 16
Laatu ja laadun parantaminen Viallisuus Jos tuotteessa tt on sellaisia i vikoja, jtk jotka tekevät tk sen käytön kätö mahdottomaksi, tuote on viallinen. Vrt. tuotteen viallisuutta siihen, että tuote ei ole spesifikaatioiden mukainen; ks. edellistä kalvoa. Ilkka Mellin (2010) 17
Tilastollinen laadunvalvonta Johdanto: Laatu ja sen parantaminen Laatu ja laadun parantaminen >> Laadunvalvonnan historiaa Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Ilkka Mellin (2010) 18
Laadunvalvonnan historiaa Rajapyykkejä j laadunvalvonnan historiassa 1/2 1900-19301930 Fordin tehtaat: tliukuhihnat, työn tarkastukset tk t 1907-1908 AT&T: materiaalien ja tuotteiden systemaattiset tarkastukset 1920-luku AT&T Bell laboratories: laadunvalvontaosasto 1932-19331933 Englanti (tekstiiliteollisuus) ja Saksa (kemian teollisuus): koesuunnittelu 1940 U.S. War Department: kontrollikortit 1942-1946 U.S.A.: tilastollinen laadunvalvonta 1946-19501950 Japani: tilastollinen laadunvalvonta 1960-luku Tilastollisen laadunvalvonnan kurssit insinöörien koulutusohjelmiin Ilkka Mellin (2010) 19
Laadunvalvonnan historiaa Rajapyykkejä j laadunvalvonnan historiassa 2/2 1980-luku lk Koesuunnittelun menetelmien tl leviäminen i teollisuuteen U.S.A:ssa 1987 Ensimmäinen ISO-standardi laatujärjestelmille 1989 Motorola: 6:n sigman periaate 1992 Balanced Scorecard 1990-luku ISO 9000 laatusertifiointi 2000-luku lk ISO 9000:2000 laatusertifiointi Ilkka Mellin (2010) 20
Laadunvalvonnan historiaa Henkilöitä 1908 WSG W. S. Gosset t( Student ): t ) t-testit tija t-jakauma jk 1922-1923 R. A. Fisher (tilastotieteen isä): koesuunnittelu 1924 WASh W. A. Shewhart h (tilastollisen t lli laadunvalvonnan l isä): kontrollikortit 1938 WEDeming W. E. ja Shewhart yhteistyöhön alan koulutuksessa 1946 Deming Japaniin Japanin teollisuuden nousu 1948 G. Taguchi: koesuunnittelu 1951+ G. E. P. Box ja K. B Wilson: koesuunnittelu ja vastepinnat 1954 ESPage: E. S. CUSUM-kortit Ilkka Mellin (2010) 21
Laadunvalvonnan historiaa Lehtiä 1944-19691969 Industrial Quality Control 1959- Technometrics tärkein teknometrian eli tekniikan tilastotieteen lehti 1969- Quality Progress Journal of Quality Technology 1984- Quality and Reliability Engineering International 1989- Quality Engineering Ilkka Mellin (2010) 22
Tilastollinen laadunvalvonta Johdanto: Laatu ja sen parantaminen Laatu ja laadun parantaminen Laadunvalvonnan historiaa >> Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Ilkka Mellin (2010) 23
Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät Tilastollisen laadunvalvonnan pääalueet Tilastollinen lli prosessin valvonta Engl. statistical process control (SPC) Koesuunnittelu: Engl. design of experiments Hyväksymisotanta Engl. acceptance sampling Ilkka Mellin (2010) 24
Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät Tilastollinen prosessin valvonta Moderni itilastollinen t lli prosessin valvonta (monitorointi) i ti) perustuu pääasiassa kontrollikorttien käyttöön. Kontrollikorttien avulla pyritään tutkimaan pysyvätkö tuotteen spesifikaatiot asetettujen spesifikaatiorajojen sisällä ( ). Kontrollikortteja on useita erilaisia erilaisiin tarkoituksiin: Kontrollikortit muuttujille ( ): M-,, R- ja s-kortit Kontrollikortit attribuuteille ( ): p-, np-, c- ja u-kortit CUSUM- ja EWMA-kortit Ilkka Mellin (2010) 25
Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät Koesuunnittelu Koesuunnittelun tavoitteena on selvittää mitkä tekijät ovat ratkaisevassa asemassa tuotteen laadun määräytymisessä. Lisäksi koesuunnittelussa pyritään selvittämään, mitkä ovat laatuun vaikuttavien kontrolloitavien tekijöiden optimaaliset arvot. Koesuunnittelun tilastollisia menetelmiä: Varianssianalyysi Faktorikokeet Vastepinta-analyysi Ilkka Mellin (2010) 26
Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät Hyväksymisotanta y Hyväksymisotannalla tarkoitetaan t niitä otannan ja tilastollisen päättelyn menetelmiä, joita käyttämällä tehdään päätökset tuote-erien erien hyväksymisestä tai hylkäämisestä, kun päätös perustetaan tuote-eristä poimittuihin otoksiin. Ilkka Mellin (2010) 27
Tilastollinen laadunvalvonta Johdanto: Laatu ja sen parantaminen Laatu ja laadun parantaminen Laadunvalvonnan historiaa Laadunvalvonnan ja sen parantamisen tilastolliset menetelmät >> Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Ilkka Mellin (2010) 28
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Avainsanoja Laatusuunnittelu Asiakkaan ääni Laadunvarmistus Laadunvalvonta Laadun parantaminen Ilkka Mellin (2010) 29
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Demingin laatufilosofia 1/3 1. Ota johtamasi organisaation tuotteiden tt ja palveluiden l laadun parantaminen jatkuvaksi tavoitteeksi organisaatiossasi. 2. Ymmärrä, että olet uudessa tilanteessa: sinun on eliminoitava huono ammattitaito, vialliset tuotteet ja huono palvelu. 3. Älä luota laadunvalvonnassa tuotteiden massatarkastuksiin: jos tuote havaitaan tarkastuksessa vialliseksi, olet myöhässä. 4. Älä valitse alihankkijaa minimikustannusperiaatteella, vaan ota huomioon laatu. 5. Sitoudu laadun jatkuvaan parantamiseen. Ilkka Mellin (2010) 30
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Demingin laatufilosofia 2/3 6. Anna kaikille työntekijöille t mahdollisuus harjoitella työtään moderneja menetelmiä soveltaen. 7. Paranna johtamista: sovella moderneja johtamisen menetelmiä. 8. Aja pelko pois: kannusta työntekijöitä kyselemään. 9. Kaada eri toimintojen väliset raja-aidat: yhteistyö on välttämätön edellytys yy onnistumiselle laadun parantamisessa. 10. Eliminoi tavoitteet, iskulauseet ja numeeriset tavoitearvot sellaisenaan: ne ovat arvottomia, ellet anna välineitä niiden saavuttamiseksi. Ilkka Mellin (2010) 31
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Demingin laatufilosofia 3/3 11. Eliminoi i i numeeriset tkiintiöt tiötja standardit dit työlle: ne ovat tavallisesti vanhentuneita. 12. Poista työntekijöiltä esteet tehdä parhaansa. 13. Rakenna koneisto kaikkien työtekijöiden jatkuvaa koulutusta varten. 14. Luo asetelma, jossa organisaatiosi johto sitoutuu täydellisesti edellisten 13 kohdan toteuttamiseen. Ilkka Mellin (2010) 32
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen ISO 9000:2000 standardi: Vaatimusten pääkohdat 4. Vaatimukset laatujohtamisjärjestelmälle 5. Vaatimukset tjht johtamisjärjestelmälle ijäj tl äll 6. Vaatimukset voimavaroille 7. Vaatimukset tuotteiden ja palvelusten l tuottamiselle 8. Vaatimukset laadun mittaamiselle, analyysille ja parantamiselle Ilkka Mellin (2010) 33
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Kuuden sigman periaate 1/7 Oletetaan, t että jotakin tuotteen tt laatua karakterisoivaa kt i ominaisuutta kuvaava satunnaismuuttuja X noudattaa normaalijakaumaa N(μ, σ 2 ), jossa E(X) = μ = ominaisuuden tavoitearvo Var(X) = σ 2 Oletetaan, että sellaiset tuotteet hylätään, joissa ko. muuttuja saa arvon, joka on spesifikaatiorajojen j ( ) ± k σ, k = 1,2,3,4,5,6 ulkopuolella. Tarkastellaan seuraavassa parametrin k vaikutusta. Ilkka Mellin (2010) 34
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Kuuden sigman periaate 2/7 Tarkastellaan sekä kähyväksyttyjen tuotteiden tt osuutta (%) että niiden tuotteiden lukumäärää per 1000 000 tuotetta (ppm = parts per million), jotka joudutaan hylkäämään. Spesifikaatio- Hyväksyttyjen Hylättyjen lkm rajat tuotteiden osuus (%) (ppm) ±1 Sigma 68.27 317300 ±2 Sigma 95.45 45500 ±3 Sigma 99.73 2700 ±4 Sigma 99.9937 63 ±5 Sigma 99.999943 0.57 ±6 Sigma 99.9999998 0.002 Ilkka Mellin (2010) 35
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Kuuden sigman periaate 3/7 Tarkastellaan komponenttia ti tai osaa, jt jota käytetään tää eräässä ä tuotteessa 100 kpl. Oletetaan, että spesifikaatiorajoiksi on valittu ± 3 σ Tällöin todennäköisyys valmistaa komponentti, joka toteuttaa ko. spesifikaation, on 99.73 joka vastaa hylättyjen lukumäärää 2700 ppm Tätä kutsutaan kolmen sigman suoriutumiseksi laadunvalvonnassa. Ilkka Mellin (2010) 36
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Kuuden sigman periaate 4/7 Oletetaan, t että komponentti ei itoimi iluotettavasti, tt ti jos se ei toteuta kolmen sigman suoriutumisperiaatetta ja, että em. tuote ei toimi luotettavasti, elleivät kaikki 100 komponenttia toimi luotettavasti. Tällöin todennäköisyys, että ko. komponenteista koottu tuote toimii luotettavasti on (riippumattomien tapahtumien tulosäännön mukaan) 0.9973 0.9973 0.9973 = 0.9973 100 = 0.7631 mikä merkitsee sitä, että 23.7 % tuotteista ei toimi luotettavasti! Ilkka Mellin (2010) 37
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Kuuden sigman periaate 5/7 Oltt Oletetaan nyt, että spesifikaatiorajat t ovat kohdissa ± 6 σ Tällöin todennäköisyys valmistaa komponentti, joka toteuttaa ko. spesifikaation, on 99.99999989999998 joka vastaa hylättyjen lukumäärää 0.002002 ppm Tätä kutsutaan kuuden sigman suoriutumiseksi laadunvalvonnassa. Ilkka Mellin (2010) 38
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Kuuden sigman periaate 6/7 Tällöin todennäköisyys, että ko. komponenteista t koottu tuote toimii luotettavasti on 0.9999998 mikä merkitsee sitä, että niiden tuotteiden lukumäärä, jotka eivät toimi luotettavasti on vain 0.2 ppm Tämä esimerkki näyttää konkreettisesti, miten tärkeää on tuotteen laatua karakterisoivien ominaisuuksien vaihtelun pienentäminen. Ilkka Mellin (2010) 39
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Kuuden sigman periaate 7/7 Kuuden sigman periaatteen otti Motorola käyttöön tuotannossaan 1980-luvun lopussa. Periaatteen ytimenä on havainto siitä, kuinka pientä laatua karakterisoivien ominaisuuden vaihtelun pitää olla,, jotta useasta komponentista koostuvan tuotteen toimintavarmuus olisi korkealla tasolla. Ilkka Mellin (2010) 40
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Preventiiviset kustannukset Preventiivisillä i illä kustannuksilla k tarkoitetaan t kustannuksia, k jotka johtuvat siitä, että pidetään huolta siitä, että tuote on spesifikaatioiden mukainen ( ): Laatusuunnittelun ja laatutekniset kustannukset Uusien tuotteiden arviointiprosessin kustannukset Tuotteen/prosessin suunnittelun kustannukset Prosessin valvonnan kustannukset Tuotteen burn-in-prosessin kustannukset Koulutuksen kustannukset Laatua koskevien tietojen keruun ja analysoinnin kustannukset Ilkka Mellin (2010) 41
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Arviointikustannukset Arviointi i ti( (engl. appraisal) -kustannuksilla k t k tarkoitetaan kustannuksia, jotka johtuvat tuotteen itsensä, sen komponenttien ja valmistusmateriaalien arvioinnista: Materiaalien tarkastusten ja testaamisen kustannukset Tuotteen tarkastusten ja testaamisen kustannukset Kulutettujen materiaalien ja palveluiden kustannukset Testauslaitteiston ja -koneiston kustannukset Ilkka Mellin (2010) 42
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Sisäiset kustannukset tuotteen toimimattomuudesta Sisäisillä illä kustannuksilla k tuotteen tt toimimattomuudesta i tt t tarkoitetaan kustannuksia tuotteen toimimattomuudesta, jotka syntyvät ennen tuotteen toimittamista asiakkaalle: Romutuksen kustannukset Uudelleenteon kustannukset Uudelleentestaamisen kustannukset Toimimattomuuden syyn selvittämisen kustannukset Myöhästymisen kustannukset Tuottojen menetysten kustannukset Hinnanalennusten kustannukset Ilkka Mellin (2010) 43
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Ulkoiset kustannukset tuotteen toimimattomuudesta Ulkoisilla ill kustannuksilla k tuotteen tt toimimattomuudesta i tt t tarkoitetaan kustannuksia tuotteen toimimattomuudesta, jotka syntyvät sen jälkeen, kun tuote on toimitettu asiakkaalle: Valitusten kustannukset Palautettujen tuotteiden kustannukset Takuukorvausten kustannukset Tuotevastuun kustannukset Epäsuorat kustannukset Ilkka Mellin (2010) 44
Johtamisnäkökulma laadun parantamiseen Lakitekniset näkökulmat laatuun Laadulla ti tai pikemminkin iki sen puutteella saattaa olla myös lakiteknisiä seurauksia: Takuu Tuotevastuu Vahingonkorvaukset Oikeudenkäynnin kulut saattavat olla (varsinkin U.S.A:ssa) erittäin suuret. Ilkka Mellin (2010) 45