Poka-Yoke

Wprowadzenie

Niniejszy tekst jest zaktualizowaną wersją mojego pierwszego artykułu na temat Poka-Yoke który napisałem dość dawno, tj. w 2006 roku. Teraz udostępniam odświeżoną wersję na stronie Super Inżyniera.
Zapraszam do lektury :)

O czym myślisz, kiedy kierujesz samochodem? Czy przez cały czas w skupieniu prowadzisz pojazd i bacznie zwracasz uwagę na innych uczestników ruchu drogowego?

Myślę, że nie...

Codzienna rutyna, częste powtarzanie danej czynności powoduje, że wykonujemy je niemal automatycznie i w tym czasie myślimy o czymś zupełnie innym.

Podobnie jest w przypadku osób pracujących na linii produkcyjnej. Niemożliwe jest, aby te osoby były cały czas skupione na pracy i nie popełniały błędów. Jeśli wykonają jakąś czynność nieprawidłowo, jest to potocznie określane jako "błąd ludzki", i niestety wiele osób uważa, że wyroby, które nie spełniają standardów jakościowych z tego powodu, są "winną pracownika".

Nic bardziej błędnego!

W ogromnej większości przypadków przyczyna tych błędów nie tkwi w ludziach, lecz w systemie, czyli w metodzie pracy, w stosowanych narzędziach, w procedurach postępowania itd.

Idea Poka-Yoke

Obserwując proces produkcji, można zauważyć, że wada jest wynikiem wcześniejszego wystąpienia konkretnej przyczyny. Ponieważ przyczyna musi pojawić się najpierw, warto zastanowić się nad metodami, które mogą pomóc w wykryciu i redukcji tych przyczyn (lub wad). W tym celu wprowadza się różnego rodzaju mechanizmy inspekcji i sterowania. W praktyce można wykorzystać następujące metody:

• Zapobieganie przyczynie: Idealne rozwiązanie. Brak przyczyny oznacza brak wady z jej powodu.
• Wykrywanie przyczyny: Dość często nie jest możliwe fizyczne wyeliminowanie przyczyny wady. W takich przypadkach możemy starać się wykryć wystąpienie przyczyny i podjąć działania (np. zatrzymać proces lub przynajmniej ostrzec operatora).
• Wykrywanie wady: Jeśli przyczyna nie może być wykryta ze względów technicznych lub finansowych, należy szukać metody wykrycia powstałej wady, najlepiej na stanowisku gdzie powstała. Jeżeli ta detekcja nie jest możliwa w miejscu powstania, to wdrożyć ją później w procesie produkcji. Celem jest uniemożliwienie wysyłki wady do klienta.

Niniejszy rysunek przedstawia powiązanie przycznowo-skutkowe (tj. przyczyna powoduje wadę) oraz "punkty" prewencji lub detekcji.

Do wykrywania przyczyn lub wykrywania wad i zapewnienia odpowiedniej reakcji (regulacji procesu) można zastosować rozwiązania określane jako "Poka-Yoke".

Poka-Yoke to japoński termin, jakim można określić proste urządzenie, który pomaga unikać (yokeru) niezamierzonych pomyłek (poka). To rozwiązanie wymusza poprawną pracę, blokując przyczynę lub wadę albo przynajmniej ostrzega pracownika o zaistniałym problemie.

Poka-Yoke jest częścią szerszej koncepcji ZQC (ang. Zero Quality Control), gdzie urządzenie Poka-Yoke realizuje 100% inspekcję jak najbliżej miejsca powstawania błędów. Literatura japońska[1] podaje różne warianty tej inspekcji (wykrywania):

• Wykrywanie przyczyny (błędu) przed powstaniem wady: "inspekcja u źródła" (ang. Source Inspection)
• Wykrywanie wady (niezgodnego produktu) w miejscu jej powstania (na stanowisku): "samo-kontrola" (ang. Self-Check).
• Wykrycie wady (niezgodnego produktu) na kolejnych stanowiskach: "kolejna kontrola" (ang. Successive Check)

Historia Poka-Yoke

Koncepcję Poka-Yoke opracował japoński inżynier Shigeo Shingo (新郷 重夫, Shingō Shigeo, 1909-1990), który zrozumiał, że stosowanie kart kontrolnych, nie jest jedyną opcją zapewnienia jakości w procesach produkcji[1]. Poka-Yoke jest elementem systemu produkcyjnego Toyoty (ang. Toyota Production System)[2], znanego jako "Odchudzone wytwarzanie" (ang. Lean Manufacturing).

Shigeo Shingo zastosował pierwsze rozwiązanie Poka-Yoke w procesie montażu wyłącznika elektrycznego w fabryce Yamada Electric w 1961 roku. Urządzeniem tym była prosta tacka, która dostarczała dwie sprężynki (określoną ilość) na stanowisko. Następnie operator montował te sprężynki do obudowy wyłącznika. Jeżeli po zamknięciu obudowy wyłącznika na tej tacce pozostawała sprężynka, to stanowiło to ostrzeżenie dla pracownika, że popełnił błąd[1].

Shigeo Shingo początkowo stosował nazwę "Baka-Yoke" (ang. Fool-proof), gdzie słowo "Baka" oznaczało głupi. Jednak taka nazwa miała bardzo negatywny wydźwięk i została zmieniona przez autora na "Poka-Yoke". [1]

Pojęcie "Poka-Yoke" pojawiło się w literaturze zachodniej po przetłumaczeniu książki Shigeo Shingo "A Study of the Toyota Production System From an Industrial Engineering Viewpoint", w której termin "Poka-Yoke" nie został przetłumaczony na odpowiednie angielskie słowo. [1][2]

Następnie w kolejnych dziesięcioleciach Poka-Yoke było coraz częściej stosowane w zakładach w Japonii i następnie w USA i Europie.

Rodzaje Poka-Yoke

Urządzenia Poka-Yoke przeprowadzają 100% inspekcję (detekcję każdej sztuki) i reagują, gdy wystąpią przyczyny lub wady, podejmując odpowiednie działania regulacyjne w procesie.

Shingeo Shingo podzielił urządzenia Poka-Yoke ze względu na ich funkcje, jakie pełnią oraz ze względu na metody, jakie zostały zastosowane:[1]

• Funkcje regulacyjne (ang. Regulatory functions).
  • Metody kontroli / sterowania (ang. Control methods)
  • Metody ostrzegania (ang. Warning methods)
• Funkcje ustawiające (ang. Setting functions)
  • Metody kontaktu (ang. Contact methods)
  • Metody ustalonej wartości (ang. Fixed value methods)
  • Metody koniecznego kroku (ang. Motion step methods)

Funkcje regulacyjne

Funkcje regulacyjne określają, w jaki sposób urządzenie Poka-Yoke reguluje przebieg procesu i pozwala korygować błędy. Rozróżniamy dwie metody:

• Kontrola. Polega na tym, że urządzenie Poka-Yoke kontroluje (steruje) procesem (ang. Control) i wymusza poprawne postępowanie przez zatrzymanie danej czynności (ang. Shutdown). To najlepsza metoda regulacji procesu. Przykładowo:
  • Gniazdo kształtowe wymusza wstawienie komponentu w poprawnej pozycji.
  • Czujnik monitoruje obecność komponentu i w przypadku jego braku, blokuje proces.
• Ostrzeganie. Urządzenie Poka-Yoke informuje operatora, kiedy wystąpi błąd. Nie wymusza poprawnej pracy ani nie blokuje procesu. Przykładowo:
  • Czujnik wykrywa brak wywierconego otworu i informuje operatora, zapalając czerwone pulsujące światło.
  • Tacka (podajnik) z wyliczoną ilością elementów do operacji, nie jest całkowicie pusta po jej wykonaniu, co wskazuje, że nie pobrano komponentu z tej tacki.
  W metodzie ostrzegania bardzo ważnym aspektem jest sposób, w jaki ostrzegamy pracownika. Typowo stosuje się alarm świetlny i dźwiękowy, wyraźnie różniący się od sytuacji normalnej.

Funkcje ustawiające

Funkcje ustawiające określają sposób, w jaki urządzenie Poka-Yoke zapobiega przyczynie lub wykrywa przyczynę/wadę. Określono trzy metody:

• Metoda kontaktu. Polega na wykrywaniu określonych błędów (zmiany kształtu, koloru, wagi, temperatury itp.). Detekcja jest realizowana przez gniazdo kształtowe, czujnik lub inny element urządzenia Poka-Yoke. Przykładowo może to być odpowiednio zaprojektowane oprzyrządowanie, w którym są zamontowane elementy mechaniczne (wypustki, bolce itp.) uniemożliwiające niepoprawne założenie elementu. Mogą być także wykorzystane różnego rodzaju czujniki (wyłączniki krańcowe, czujniki zbliżeniowe, fotokomórki, detektory metalu, koloru itp.), które pozwalają wykryć określoną cechę detalu.
• Metoda ustalonej wartości. Polega na wykrywaniu błędów przez sprawdzenie ilości ruchów narzędzia, użycia określonej ilości elementów itp. W tym celu stosuje się różnego rodzaju liczniki (np. ilości wywierconych otworów) lub podajniki/tacki z określoną (wyliczoną) ilością komponentów itp.
• Metoda koniecznego kroku. Polega na wykrywaniu błędów w przypadku, gdy dana czynność ma być wykonana w określonym czasie lub w określonej kolejności względem innych czynności. Przykładowo: operator powinien pobrać komponent z pojemnika w określonym czasie i w określonej sekwencji. W takim przypadku można zastosować czujnik wykrywający pobranie danego komponentu (fotokomórka, licznik, waga itp.) i jeżeli ten komponent nie zostanie pobrany w odpowiednim czasie czy też w odpowiedniej kolejności to dalsze przetwarzanie jest blokowane lub zgłoszony jest alarm.

Podsumowanie

Poka-Yoke w procesie produkcji to rozwiązania pozwalające na eliminacje wad jak najbliżej miejsca ich powstania. W zależności konstrukcji urządzenia, detekcja może być skierowana na "przyczynę" wady lub na powstałą już "wadę".

Podczas opracowania Poka-Yoke warto rozmawiać z pracownikami na linii produkcyjnej, gdyż oni znają wiele problemów i dość często mają także pomysły jak dany problem wyeliminować. Rozwiązania powinny być maksymalnie proste w swojej konstrukcji.

Czasami może się okazać, że rozwiązanie jakiegoś problemu może wymagać bardziej zaawansowanych czujników, systemów sterowania itd. Zalecam zapoznać się z możliwościami automatyki przemysłowej, która obecnie jest bardzo popularna i posiada bardzo duże możliwości. Można zakupić sensory do pomiaru praktycznie każdej wielkości fizycznej, czujniki wizyjne oraz różnego rodzaju sterowniki programowalne PLC. To stwarza ogromne możliwości, w zasadzie limitowane budżetem i naszą wyobraźnią..

W przemyśle możemy spotkać się z różną interpretacją pojęcia Poka-Yoke, co może prowadzić do szeregu nieporozumień. Najczęściej wynikają one z braku jasnych definicji dla pojęć: poka-yoke, mistake-proofing, błąd, pomyłka itd.

Warto wiedzieć, że istnieją bardziej precyzyjne "anglosaskie" określenia takie jak "Error-Proofing" i "Mistake-Proofing", które lepiej stosować zamiast „Poka-Yoke”. Dzięki temu unikniemy nieporozumień w interpretacji wymogów różnych standardów (np. IATF-16949). Czym jest "Error-Proofing" i "Mistake-Proofing" i jak się do tego ma Poka-Yoke - dowiesz się w innym artykule ;-)

Poka-Yoke ma także duże znaczenie w procesie projektowania wyrobów. Już na tym etapie można przewidywać potencjalne błędy użytkowników i zapobiec błędom. Dodatkowo w czasie procesu projektowania zalecam stosowanie rozwiązań DFX - Design for Excellence a w szczególności DFA - Design for Assembly. Takie działnia pozwalają na stosowanie Poka-Yoke w optymalny sposób.