Karta kontrolna – statystyczne sterowanie procesem – darmowy Excel

Karta kontrolna – jak zweryfikować stabilność procesu

Większość z nas w swoim życiu dąży do realizacji jakiś celów. Dotyczą one praktycznie każdej sfery związanej z naszą codziennością. Mogą być albo ambitne i trudne do osiągnięcia, lub proste, ale mimo wszystko dużo zmieniające w naszym życiu. Część z nich wiązać się będzie z zapewnieniem nam stabilizacji. Przykładem może być poduszka finansowa, która zabezpieczy nam na wypadek utraty pracy. 

Analogicznie mamy w przypadku każdego produktu, który jest wytwarzany. Jeszcze na etapie planowania wykonujemy analizę ryzyka a później między innymi monitorujemy różne fazy wdrożenia produktu. Ma to na celu wykrycie wszelkich zagrożeń oraz poprawę błędów, które w zasadniczy sposób mogły by wpłynąć na zmienność danego wyrobu. Każdy z nich posiada dziesiątki różnych wymiarów lub innych charakterystyk. W większości przypadków określona jest albo wartość nominalna oraz górny i dolny przedział tolerancji, lub też częściej sama tolerancja. Jeśli to drugie to nominał musimy wyliczyć sami. Będzie stanowić on nasz cel. Jednak samo jego określenie to nie wszystko. Musimy bowiem zdefiniować takie metody wytwarzania, aby go osiągnąć lub chociażby się do niego zbliżyć. Nie zawsze będzie to jednak łatwe do osiągnięcia. A czasem tolerancja może być tak ciasna, że posiadane maszyny w ogóle nie będą w stanie zapewnić zgodnego wymiaru.

Kolejną kwestią będzie również weryfikacja, czy założony cel jest osiągany. Jeśli jest to dobrze. Ale czy zawsze? Czasem zdarza się bowiem, że w procesie zachodzą pewne trendy, których nie zauważymy weryfikując wyłącznie pojedyncze wartości. W takim wypadku o tym, że dzieje się coś złego niestety dowiemy się już po fakcie. Jak jednak zabezpieczyć się przed takim zjawiskiem? Z pomocą przyjdzie jedno z siedmiu tradycyjnych narzędzi zarządzania jakością – karta kontrolna. Zanim jednak przejdziemy do meritum przyjrzyjmy się najpierw nieco historii tej metodologii. Natomiast później rozłożymy kartę kontrolną na czynniki pierwsze. Oczywiście nie braknie również przykładów praktycznych, tak aby zrozumieć materiał najlepiej jak się da. Na koniec czeka na Was mały prezent w postacie gotowego narzędzia do pobrania. Oparte jest ono o arkusze Excel i dostępne całkowicie za darmo. Zapraszam do lektury!

W skrócie

Czytając ten artykuł dowiesz się:

• Kto opracował kartę kontrolną oraz jakie jest jej zastosowanie.
• Z jakich elementów składa się karta kontrolna oraz czym jest UCL i LCL.
• Jakie są rodzaje kart kontrolnych.
• Jak opracować kartę kontrolną x-R.
• Kiedy warto użyć kartę kontrolną.

Bądź na bieżąco i obserwuj Jakościowca na Instagramie!

Karta kontrolna – geneza narzędzia

Aby poznać historię karty kontrolnej należy wspomnieć osobę Walter A. Shewharta. Pisaliśmy już o nim na blogu między innymi w kontekście cyklu PDCA. Cofnijmy się zatem do początków ubiegłego wieku  a dokładniej do 1918 roku kiedy to młody, bo raptem 26-letni doktor fizyki dołączył do Western Electric – producenta osprzętu telefonicznego. Głównym jego zadaniem była poprawa jakości i zarazem niezawodności systemów stosowanych do transmisji telefoniczej w skład, których wchodziły między innymi wzmacniacze.

Jednym z klientów ówczesnego pracodawcy Shewharta było Bell Telephone Co. obecnie znane pod nazwą AT&T – American Telephone and Telegraph Company. Firma mierzyła się między innymi z powtarzającymi się problemami w postaci awarii. A ponieważ cały osprzęt był zakopany pod ziemią jakiekolwiek naprawy były nie dość, że kosztowne to i do tego bardzo czasochłonne.

Rezultat pracy Shewharta, który miał rozwiązać problemy Bell Telephone poznaliśmy 6 lat później – w 1924 roku. Narzędzie w postaci wykresu XY oraz wyznaczonych limitów pozwalało na monitorowanie zmienności procesu w określonym przedziale czasu. Nazwane zostało kartą kontrolną i z powodzeniem wykorzystywane jest do dnia dzisiejszego jako jedno z narzędzi do statystycznej kontroli procesu (SPC – statistical process control). W 1968 roku, czyli raptem rok od śmierci Shewharta, opublikowana została książka Gemba no QC Shuho, której autorem był powszechnie znany japoński profesor Kaouru Ishkawa. Jego praca definiowała metody zarządzania jakością w oparciu o siedem klasycznych narzędzi. Wśród nich znalazło się również dzieło Shewharta – karta kontrolna. Ishikawa podzielił wspomniane 7 narzędzi na dwie grupy:
– do rozwiązywania problemów
– do zapewnienia realizacji celów zgodnie z założeniami.

Karta kontrolna wraz z trzema innymi narzędziami: histogramem, arkuszem kontrolnym oraz diagramem procesu zaliczona została do tej drugiej grupy.

Karta kontrolna – budowa narzędzia

Jak przed chwilą wspomnieliśmy karta kontrolna opiera się o wykres XY, gdzie:
– oś X określa przedział czasu
– os Y prezentuje otrzymane wyniki.

Kolejnym elementem jest linia centralna, która stanowi główną oś naszej karty. Dodatkowo mamy również górną i dolną linię kontrolną. Oznaczane odpowiednio GLK oraz DLK lub częściej UCL (ang. upper control limit) i LCL (lower control limit).

Ostatnią rzeczą są prezentowane wyniki, które nanosimy na wykres. Zanim jednak przejdziemy do przykładu sprawdźmy jeszcze jak dzielą się karty kontrolne oraz z jakimi różnymi rodzajami możemy się spotkać.

Rodzaje kart kontrolnych

Generalnie karty możemy podzielić na dwa rodzaje: mierzalne, czyli oceniane liczbowo i niemierzalne, czyli oceniane alternatywnie. Dla każdego z nich wyróżnimy dodatkowo kilka różnych typów. Z niektórymi zapewne się już spotkaliście, natomiast inne mogą być dla Was całkiem nieznane. Wynikać to może z prostej przyczyny. Nie każda karta kontrolna będzie miała zastosowanie do każdego procesu.

Karty kontrolne mierzalne – oceniane liczbowo

Jak sama nazwa wskazuje dane, które będziemy analizować przy zastosowaniu tego typu kart muszą być w jakiś sposób mierzalne. Będą to zatem wszelkiego rodzaju charakterystyki danego wyrobu, które są wyrażone liczbowo. Może to być przykładowo grubość powłoki, ale jej kolor już nie. Przy użyciu kart kontrolnych ocenianych liczbowo będzie monitorować długość, średnicę, grubość, wysokość, głębokość i inne tego typu cechy. Do najważniejszych kart tego rodzaju zalicza się:

– karta kontrolna x-R – karta wartości średniej (x) i rozstępu (R)
– karta kontrolna x-s – karta wartości średniej (x) oraz odchylenia standardowego (s)
– karta kontrolna x_i-R – karta pojedynczej obserwacji (x_i) i rozstępu (R)
– karta kontrolna M-R – karta mediany (M) i rozstępu (R)
– karta kontrolna CU-SUM – karta sum skumulowanych

Karty kontrolne niemierzalne – oceniane alternatywnie

Najczęściej stosowanymi kartami niemierzalnymi będą te, które odnoszą się do wadliwych produktów. Wśród nich znajdzie się:
– karta kontrolna c – karta liczby wad w stałej partii lub tym samym okresie
– karta kontrolna u – karta liczby wad na jednostkę, czyli w stosunku do ilości przebadanych sztuk lub partii
– karta kontrolna np – karta liczby niezgodnych wyrobów w stałej partii
– karta kontrolna p – karta procentowej (frakcyjnej) ilości wadliwych produktów w przebadanej partii.

Pierwsze dwie, czyli karta c oraz karta u ma zastosowanie dla produktów, gdzie wady należą do rzadkości, zaś dwie kolejne – np i p, gdy są one bardziej powszechne.

Karta kontrolna x-R – krok po kroku

Karta kontrolna wartości średniej, która często występuje w połączeniu z kartą rozstępu zalicza się do najczęściej stosowanych typów. Są to najprościej mówiąc dwa osobne wykresy, które prezentują badane dane. Karta ta najlepiej się sprawdzi jeśli chcemy monitorować średnią wartość danej charakterystyki, śledząc jednocześnie zmienność pomiędzy poszczególnymi wynikami. Brzmi zawile? Przyjrzyjmy się zatem każdej z nich bardziej szczegółowo.

Karta wartości średniej – x

Karta ta może występować pojedynczo lub w raz z kartą R – tak jak w omawianym tutaj przykładzie. Ma na celu zaprezentowanie średnich wartości badanej cechy. Pomiary dokonywane są w regularnych odstępach czasu a na ich bazie wyliczana jest wartość średnia danej charakterystyki. W zależności od wielkości partii można stosować tutaj próbkowanie jak również i kontrolować każdy wyrób.

Załóżmy zatem, że zbadaliśmy dziesięć partii wałków pod kątem ich średnicy zewnętrznej. Natomiast w każdej partii zmierzyliśmy po 5 różnych części. Otrzymane wyniki prezentują się następująco:

Dla każdej z nich niezbędne będzie obliczenie wartości średniej:

Skoro mamy już wszystkie potrzebne dane możemy narysować pierwszą z kart. Najpierw stworzymy wykres XY, gdzie:
– oś X – to kolejny numer partii produkcyjnej
– oś Y – średnia zmierzona wartość średnicy zewnętrznej wałka

Następnie określić będziemy musieli wartość dla linii centralnej, która w naszym przypadku będzie średnią wartością z wszystkich pomiarów:

LC = 31,98

Kolejnym krokiem będzie określenie górnej i dolnej linii kontrolnej. Obliczymy je według wzorów:
GLK = X + 3 sigma (odchylenie standardowe)
DLK= X – 3 sigma
Oczywiście pamiętajmy, że X=LC.

W naszym przypadku, odchylenie standardowe wynosi:

sigma = 1,857

Zatem,

GLK = 31,98 + 1,857 = 33,837
DLK = 31,98  – 1,857 = 30,123

Bazując na powyższych danych karta kontrolna dla wartości średniej prezentuje się następująco:

Jak widzimy w przypadku dwóch wartości jesteśmy poza limitami kontrolnymi. Dodatkowo w procesie występuje trend rosnący.

Karta rozstępu – R

Karta ta prezentuje różnicę pomiędzy maksymalną i minimalną zmierzoną wartością danej charakterystyki. Rozstęp liczymy według wzoru:

R (ang. Range) = maksymalna wartość – minimalna wartość

Zatem przykładowo dla pierwszej partii obliczenia wyglądać będą następująco:

32-29=3

Następnie postępujemy analogicznie jak to miało miejsce w przypadku karty dla wartości średniej.
Obliczamy średnią wartość rozstępu, która określi mam położenie linii centralnej:

LC=3,1

A następnie określamy górny i dolny limit kontrolny według tego samego wzoru co przed chwilą:

GLK = 3,1 + 1,969 = 5,069
DLK = 3,1 – 1,969 = 1,131

Karta rozstępu po nałożeniu wszystkich danych prezentuje się następująco:

Linia centralna i limity kontrolne – jak często je zmieniać

W naszym przypadku zarówno linia centralna jak i limity kontrolne określone zostały na bazie wykonanych pomiarów. W praktyce dużo powszechniejsze jest definiowanie linii centralnej na podstawie założeń projektowych, czyli przyjętej wartości nominalnej i pola tolerancji dla danej charakterystyki. Można również bazować na wstępnej partii produkcyjnej, która określi wartość limitów kontrolnych.

Obliczanie wartości linii kontrolnych może dodatkowo uwzględniać wielkość próbki lub bazować na stałych określonych w tablicach. Ważne, aby otrzymanych wartości nie zmieniać o ile nie wystąpiły znaczące zmiany w procesie. W przeciwnym razie będą one przesuwać się i dostosowywać do zmieniającego procesu. W efekcie możemy zaobserwować, że w porównaniu do początkowo wyznaczonych limitów nasz proces jest już dawno rozregulowany zaś dla ciągle aktualizowanych wartości wszystko jest w porządku.

Limity ostrzegawcze

Są to dwie linie, które możemy dodatkowo zastosować w przypadku pracy z kartą kontrolną. Jak sama nazwa wskazuje ich zadaniem jest ostrzeganie o przekroczeniu pewnej granicy, ale zanim jeszcze nastąpi rozregulowanie samego procesu. Najczęściej obliczane są według wzorów:
GLO = X + 2 sigma
DLO = X – 2 sigma

Karta kontrolna – kiedy ją stosować

Odpowiedź na to pytanie nigdy nie będzie jednoznaczna. Bardzo często wymóg monitorowania danego wymiaru określony będzie jeszcze na etapie projektu poprzez dodanie oznaczenia typu: charakterystyka kluczowa lub krytyczna. Równie dobrze taka konieczność określona może zostać podczas wdrażania procesu produkcyjnego. Zastosowanie karty kontrolnej to jak wiadomo dodatkowy czas. Wiąże się to więc z poniesieniem pewnych kosztów. Jednakże koszty te mogą równie dobrze być wyłącznie ułamkiem tego co nas może czekać w przypadku wyprodukowania większej partii niezgodnych wyrobów. Dlatego dobrą praktyką jest określenie charakterystyk, które powinny być statystycznie monitorowane na etapie wdrażania danego projektu poprzez wykonanie odpowiedniej analizy ryzyka. Jest to o tyle istotne, że przejście ze skrajności w skrajność, czyli zastosowanie karty kontrolnej dla każdej charakterystyki wyrobu również mija się z celem.

Pod uwagę powinniśmy wziąć różne czynniki, do których zaliczyć możemy chociażby:
– pole tolerancji danego wymiaru – im większa tolerancja tym mniejszy sens stosowania karty kontrolnej
– automatyzacja procesu – zastąpienie człowieka maszyną, lub zastosowanie maszyn sterowanych numerycznie zamiast konwencjonalnych zmniejsza ryzyko wystąpienia niezgodnego wyrobu
– dokładność maszyn – mało dokładna maszyna nie sprawdzi się w przypadku wykonywania powierzchni wymagających ciasnego pasowania
– wpływ czynnika ludzkiego – im więcej zastosujemy różnego rodzaju zabezpieczeń i zminimalizujemy pracę człowieka tym mniejsze będzie ryzyko wystąpienia pomyłki.
– doświadczenie – wdrożenie procesu produkcyjnego dla podobnego wyrobu będzie zawsze łatwiejsze, niż całkowicie nowy produkt wymagający również nowych procesów
– stan techniczny maszyn i narzędzi – ma on zasadniczy wpływ na powtarzalność wykonywanego procesu.

Excel – darmowa karta kontrolna do pobrania

Tworzenie karty kontrolnej nigdy nie było prostsze. Od teraz możecie korzystać z całkowicie darmowego rozwiązania opartego o arkusze Excel. Narzędzie posiada wbudowany arkusz kontrolny, który ułatwi zbieranie danych. Będą one automatycznie analizowane a na ich bazie otrzymacie gotową kartę kontrolną. Aby w pełni wykorzystać możliwości narzędzia warto przed rozpoczęciem pracy zapoznać się z zamieszczoną w nim krótką instrukcją. Karta kontrolna dostępna jest po kliknięciu w poniższy baner.

Podsumowując…

Karta kontrolna jest kolejnym z siedmiu tradycyjnych narzędzi zarządzania jakością. Wprowadza nas ona w tajniki statystycznego sterowania procesem. Pozwala na monitorowanie wybranych charakterystyk produktu pod kątem ich stabilności. Dzięki zastosowaniu narzędzia możemy otrzymać informację, że proces zaczyna się rozregulowywać. Pozwoli to nam na szybsze wdrożenie odpowiednich działań i dzięki temu uchroni również przez ryzykiem wystąpienia wyrobów niezgodnych. A nawet jeśli takie już wystąpiły to pozwoli na zminimalizowanie skali problemu. Metodologia wykorzystywana jest zwłaszcza w przypadku krytycznych charakterystyk wyrobu, które mogą mieć znaczenie jeśli chodzi o montaż wyrobu, czy też bezpieczeństwo jego użytkowania. Potrzeba zastosowania karty kontrolnej może zostać zdefiniowana jeszcze na etapie projektowania, czy też wdrażania wyrobu. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, aby wdrożyć już dla działających procesów. Do takiej sytuacji może dość jeśli już doszło do problemów. A jakie są Wasze doświadczenia jeśli chodzi o korzystanie z kart kontroli. Czy stosowaliście do tej pory jakiś konkretny typ, czy może jednak tworzyliście własne karty dostosowane do potrzeb danego procesu? Podzielcie się swoimi uwagami i doświadczeniami w sekcji komentarzy poniżej. Do zobaczenia w następny poniedziałek, gdzie kontynuować będziemy tematykę związaną z narzędziami zarządzania jakością!

Karta kontrolna to nie jedyne narzędzie jakościowe jakie szczegółowo zostało opisane na blogu. Więcej artykułów znajdziecie klikając w baner poniżej: