Wprowadzenie do projektu wytycznych

W lutym bieżącego roku ukazał się długo oczekiwany projekt Podręcznika Referencyjnego odnośnie wytycznych branży motoryzacyjnej w zakresie Statystycznego Sterowania Procesem (SPC) opracowany wspólnie przez U.S. Automotive Industry Action Group (AIAG) oraz German Association of the Automotive Industry (VDA). Jest to tzw. podręcznik „żółty” (Yellow Print) poprzedzający wydanie wersji końcowej przedstawiającej wymogi z danego zakresu. Uwagi do projektu Podręcznika można zgłaszać do 3 maja br.. Wersja „żółta” jest bezpłatna, dostępna w Internecie (np. https://vda-qmc.de/wp-content/uploads/2026/01/AIAG-VDA-SPC-Yellow-Volume.pdf).

Przez lata branża motoryzacyjna zmagała się z wieloma różnymi podejściami odnośnie stosowania i interpretacji narzędzi SPC (szczególnie dotyczy to oceny wskaźników wydajności/zdolności procesu) co niejednokrotnie prowadziło do nieporozumień lub konieczności – w zależności od oczekiwań klientów – stosowania różnych strategii analiz. Podstawowym celem wydanego Projektu (a w przyszłości także wersji końcowej) jest harmonizacja oczekiwań AIAG oraz VDA w zakresie SPC zgodna – co jest bardzo istotne - z normami ISO. Ujednolicone podejście, zgodność z normami ISO przyczyni się niewątpliwie do prostszego, skuteczniejszego i w praktyce wygodniejszego wykorzystania SPC.

Projekt Podręcznika Referencyjnego koncentruje się przede wszystkim na następujących trzech zagadnieniach. Pierwsze z nich to rola i znaczenie SPC w szeroko rozumianym zarządzaniu procesem. Kolejne dwa zagadnienia – potraktowane bardzo szczegółowo - dotyczą oceny wydajności/zdolności procesu oraz sterowania procesem za pomocą techniki kart kontrolnych. Treści zawarte w Projekcie Podręcznika – co zostało wyraźnie zaznaczone - adresowane są zarówno dla praktyków i menadżerów wykorzystujących narzędzia SPC, którzy chcą zaktualizować i pogłębić wiedzę w tym temacie, jak również do tych którzy wchodzą w tą problematykę.

 W niniejszym artykule przedstawiono i krótko skomentowano zakres tematyczny projektu Podręcznika Referencyjnego.

 

Cele, zadania, zakres wykorzystania SPC

Celem SPC jest redukcja zmienności, osiągnięcie pożądanego poziomu jakości tj. poprawa efektywności procesu oraz jego doskonalenie. Oczywiście, wszystkie wymienione cele SPC mają służyć zaspokojeniu oczekiwań klientów zewnętrznych i wewnętrznych. Jednym słowem, satysfakcja klienta to biznesowy klucz SPC - SPC musi być opłacalne i dostarczyć wartości dodanej! Wymienione imperatywy SPC (opłacalność, wartość dodana) przekładają się w praktyce na taką implementację SPC, w której w jednoznaczny sposób przypisane są personalne role i kompetencje w zakresie SPC, a stosowanie narzędzi SPC ma charakter efektywny i użyteczny. Jednym słowem, w najogólniejszym ujęciu, metody SPC powinny być zrozumiałe i możliwe do procesowego wykorzystania, a wiedza na temat zachowania się procesu płynąca z danych i ich statystycznego przetwarzania musi koniecznie dotrzeć we właściwe miejsca w organizacji i zostać przełożona, wykorzystana w możliwie jak najszerszym procesowym zakresie.

Kolejnym bardzo ważnym aspektem, na który zwraca uwagę projekt Podręcznika, jest rola i znaczenie systemu/procesu pomiarowego w analizach SPC; system/proces pomiarowy musi być odpowiedni (zdatny) do oceny zachowania się procesu ze względu na zmienność, a także – co oczywiste – odpowiedni do nadzorowania produktu. Kwalifikacją systemów/procesów pomiarowych zajmuje się analiza systemów pomiarowych (MSA).

Obecnie – jak wiadomo – w zakresie MSA korzysta się w branży motoryzacyjnej głównie z podejść AIAG (Podręcznik Referencyjny, rok wydania 2010) oraz VDA (VDA 5 – ostatnie wydanie ukazało się w 2021 roku). Wymienione odniesienia do MSA (AIAG oraz VDA) oprócz wielu punków wspólnych charakteryzują się niestety zróżnicowaną terminologią i odmiennie zdefiniowanymi kryteriami akceptacji systemu/procesu pomiarowego. Być może – miejmy nadzieję – w niedalekiej przyszłości doczekamy się również wspólnego dla branży motoryzacyjnej (AIAG&VDA) standardu w zakresie kwalifikacji systemów/procesów pomiarowych (MSA). Śledząc informacje na ten temat, głównie na stronach internetowych AIAG i VDA, pierwsze kroki w tym kierunku są już podejmowane.

Projekt Podręcznika zwraca również uwagę, że SPC poza przeznaczeniem w odniesieniu do procesów produkcyjnych rozciąga się także na procesy administracyjne, transakcyjne, usługowe. Cel – niezależnie od natury procesu (produkcyjny/ogólnie biorąc nieprodukcyjny) – jest zawsze ten sam: ocenić i zrozumieć zachowanie procesu ze względu na zmienność, wypowiedzieć się odnośnie jego możliwości, kreować możliwości jego doskonalenia i wreszcie – w praktycznym aspekcie (co najważniejsze) – podejmować właściwe decyzje (choćby, przykładowo, unikać przesterowania procesu!).

 

Przegląd metod SPC

Ocena wydajności/zdolności procesu (Performance/Capability)

Jednym z dwóch podstawowych zadań SPC jest ocena możliwości procesu ze względu na zmienność w odniesieniu do oczekiwań szeroko rozumianego klienta (klientem dla procesu może być kolejny proces, niekoniecznie muszą to być wymagania klienta zewnętrznego). Wyrazem oceny tych możliwości są współczynniki – ogólnie formułując - wydajności/zdolności procesu.

Projekt Podręcznika – zgodnie z normami ISO 3534-1 oraz ISO 22514 - używa następujących terminów i oznaczeń:

• P – Process Performance. Termin „performance” w polskim tłumaczeniu to wydajność, wykonanie, zdatność, funkcjonowanie (dalej będziemy używać określenia wydajność procesu, czyli ostatecznie P – wydajność procesu). Współczynniki wydajności procesu Pp/Ppk określane są w przypadku, gdy nie dokonano oceny stabilności procesu lub stwierdzono (np. za pomocą techniki kart kontrolnych), że proces nie jest stabilny.
• C – Process Capability. W tym przypadku różnic w polskim tłumaczeniu nie ma, „capability” to zdolność (czyli ostatecznie C – zdolność procesu). Współczynniki zdolności procesu Cp/Cpk określane są w przypadku, gdy proces jest stabilny w znaczeniu statystycznym (dowodem na stabilność procesu w znaczeniu statystycznym jest przede wszystkim wspomniana już karta kontrolna).

Ogólnie biorąc, w przypadku gdy w odniesieniu do analizowanej charakterystyki wymagania są sformułowane w postaci dolnej oraz górnej granicy specyfikacji (ograniczenie dwustronne), wyznaczane są współczynnik Pp/Ppk, Cp/Cpk.

W przypadku ograniczenia jednostronnego tj. zdefiniowana jest tylko dolna lub tylko górna granica specyfikacji (ograniczenie jednostronne) wyznaczane są tylko współczynniki Ppk/Cpk.

W przypadku ograniczenia jednostronnego projekt Podręcznika zwraca uwagę, że mogą być też liczone – w charakterze dodatkowej informacji ułatwiającej podejmowanie decyzji - współczynniki P/C także do granic naturalnych/fizycznych/technicznych.

Metody rachunkowe wyznaczania współczynników to najczęściej metoda klasyczna bazująca na regule trzech odchyleń standardowych (gdy parametr podlega rozkładowi normalnemu) lub – gdy rozkład charakterystyki jest inny od rozkładu normalnego – metoda percentylowa (Projekt Podręcznika wspomina również, że w takich przypadkach jest również do dyspozycji metoda Z-score oparta na wyznaczeniu frakcji realizacji poza granicami specyfikacji oraz inne). Szczegóły postępowania rachunkowego przedstawione są w zeszytach normy ISO 22514, szczególnie w ISO 22514-2, gdzie sposób wyznaczania jest przypisany określonemu modelowi zachowania się procesu ze względu na zmienność, oraz w ISO 22514-4.

 

Ocena wydajności maszyny

Projekt Podręcznika przedstawia również metodykę wyznaczania i interpretacji współczynników wydajności maszyny Pm/Pmk (do tej pory najczęściej stosowane było oznaczenie Cm/Cmk). Strona rachunkowa wyznaczania tych współczynników odpowiada metodom przedstawionym w ISO 22514-3. Dodatkowo zwrócono uwagę na pewne szczególne aspekty metodologiczne związane m.in. z przeprowadzeniem oceny wydajności maszyny w przypadku obróbki wieloetapowej.

 

Wzajemne relacje i hierarchia wartości pomiędzy współczynnikami Pm/Pmk, Pp/Ppk, Cp/Cpk

 Aspekt wzajemnych relacji pomiędzy współczynnikami P/C dla procesu/maszyny ma podstawowe znaczenie w kontekście jednoznacznego ich rozumienia, wyznaczania i interpretacji.

Przedstawiając ten aspekt w bardzo krótkiej formie ograniczymy się tylko do przytoczenia zasad wyznaczania i interpretacji przedstawionych w projekcie Podręcznika w Tabeli 7-4:

• Pm/Pmk (Machine performance), wydajność maszyny - nie dokonuje się oceny stabilności, eliminacja innych - poza maszyną - źródeł zmienności,
  liczność zbioru n= 50-100 części, standardowe wymagania: Pm>=2, Pmk>=1,67.
• Pp/Ppk (Preliminary proces performance/Preliminary process capability), wydajność wstępna procesu - ocena stabilności nie jest wymagana, obserwacja procesu nie pokrywa wszystkich możliwych źródeł zmienności,
  liczność zbioru n=125, liczność próbki – 5 (przynajmniej 25 próbek), standardowe wymagania: Pp>=1,67, Ppk>=1,33.
• Pp/Ppk (Process performance) lub Cp/Cpk (Process capability),wydajność procesu/zdolność procesu - wymagana jest ocena stabilności, obserwacja procesu pokrywa wszystkie możliwe źródła zmienności,
  liczność zbioru przynajmniej  n=125, liczność próbki – 5 (przynajmniej 25 próbek): standardowe wymagania Pp/Ppk>=1,33, Cp/Cpk>=1,33.

Projekt Podręcznika w Tabeli 9.3 dodatkowo rekomenduje wymagania odnośnie wartości współczynników Pp/Ppk oraz Cp/Cpk w zależności od liczności zbioru i rodzaju ocenianej charakterystyki (krytyczna/ważna/znacząca/inne).

Wspomniana jest również możliwość oceny procesu w odniesieniu do oczekiwań według podejścia zmienność całkowita/zmienność w próbce, co sprowadza się do wyznaczania na podstawie jednego zbioru danych współczynników Pp/Ppk (long-term) oraz Cp/Cpk (short-term). Celem takiej strategii jest bardziej szczegółowa diagnostyka procesu ze względu na źródła zmienności.

 

 

Monitorowanie procesu za pomocą techniki kart kontrolnych

Karta kontrolna jest narzędziem graficznym do oceny zachowania się procesu w czasie ze względu na zmienność. Diagnostyka procesu z wykorzystaniem kart kontrolnych może mieć wieloraki charakter: prognostyczny tj. służący w trybie on-line zapobieganiu niekorzystnemu zachowaniu się procesu, weryfikujący tj. oceniający możliwości procesu w stosunku do zadeklarowanych oczekiwań (w trybie on-line/off-line), a także kreujący działania w kierunku doskonalenia procesu.

Wszystkie te aspekty pogłębiania świadomości procesowej związane z wykorzystaniem kart kontrolnych mieszczą się w metodyce i technikach stosowania kart kontrolnych przedstawionych
w projekcie Podręcznika. 

Podstawowe karty kontrolne wymienione w Projekcie to karty kontrolne Shewharta:

• wartości średniej/rozstępu,
• wartość średniej/odchylenia standardowego,
• mediany/rozstępu,
• mediany/odchylenia standardowego,
• pojedynczych wartości/ruchomego rozstępu.

Wyszczególnione zostały dwie metody konstrukcji:

• metoda oparta ma wstępnych danych pochodzących z procesu (process-related control chart) oraz
• metoda oparta o założenia odnośnie pożądanego zachowania się procesu (tolerance-related control chart).

Według dotychczas stosowanych terminów chodzi tu oczywiście odpowiednio o metodę stabilizacyjną oraz o metodę projektową. Co do możliwości wykorzystania to może to być tryb on-line lub tryb retrospektywny.

W zakresie metodyki stosowania kart kontrolnych przedstawiono szczegółowo kryteria wyboru karty (Roadmap for Control Chart) oraz zwrócono uwagę na efektywne korzystanie z karty (tzw. czytanie  karty) czyli identyfikację i interpretację sygnałów (punktów poza liniami kontrolnymi) oraz wybranych nieprzypadkowych układów punktów (trendy, runy, testy strefowe). Przywoływane są również w tym zakresie kryteria Nelsona, zasady Western Electric, zasygnalizowane zostało zagadnienie czułości karty (krzywa operacyjno-charakterystyczna, średnia długość przebiegu ARL).

Oprócz kart kontrolnych Shewharta projekt Podręcznika wskazuje jeszcze na:

• karty kontrolne Pearsona stosowane w przypadku, gdy charakterystyka nie podlega rozkładowi normalnemu (np. bicie, płaskość, liniowość, charakterystyki wykazujące asymetrię ze względu na technikę sterowania),
• karty kontrolne akceptacji,
• karty z poszerzonymi liniami,
• karty oparte o analizę szeregów czasowych (sum skumulowanych (CUSUM),
• wykładniczo ważonej ruchomej średniej (EWMA),
• a także karty kontrolne stosowane w przypadku krótkich serii (tzw. short run SPC).

Oczywiście w Projekcie nie mogło zabraknąć przedstawienia i omówienia kart w przypadku oceny atrybutowej (karty np., p, c, u).

Podsumowując, wspólnym mianownikiem tematyki kart kontrolnych przedstawionej w projekcie Podręcznika jest norma ISO 7870 oraz – pośrednio – norma ISO 22514-2 dokonująca przypisania określonego typu karty do określonego modelu procesu.

 

Walidacja oprogramowania, raportowanie

Projekt Podręcznika zwraca uwagę na konieczność walidacji narzędzi rachunkowych wykorzystywanych w analizach SPC (zgodnie z wymogami IATF 16949:2016), a także przedstawia przykłady i rekomenduje sposób raportowania analiz SPC. Raport powinien uwzględniać:

• opis procesu, specyfikacje,
• sposób zbierania danych (liczność zbioru, liczność próbki, częstość pobierania danych),
• informacje nt. systemu/proces pomiarowego,
• liczbowe wyniki analizy,
• analizę graficzną danych,
• końcową interpretację wyników.

 

Podsumowanie projektu wytycznych SPC według AIAG i VDA oraz jego znaczenie dla praktyki

Niewątpliwym walorem Projektu Podręcznika Referencyjnego z zakresu SPC sygnowanego przez AIAG i VDA jest jego usystematyzowany i wielowątkowy charakter.

W Projekcie wybrzmiewają zarówno treści ogólne związane z usytuowaniem SPC w Pętli Jakości, jak i przesłanie, że lepiej zapobiegać niż wykrywać, przypomnienie, że gromadzenie danych to nie cel sam w sobie, że celem SPC jest pogłębienie zrozumienia procesu w celu osiągnięcia korzyści biznesowych, ale także – starannie zredagowane, usystematyzowane i szczegółowo przedstawione – treści dotyczące metodyki SPC. Na uwagę i powtórne bardzo mocne podkreślenie zasługuje zgodność treści z normami ISO, co nadaje treści Projektu bardzo uniwersalny charakter.

Niniejsza krótka charakterystyka Projektu Podręcznika Referencyjnego niech będzie zachętą do własnej pogłębionej lektury jego treści.