Ανάπτυξη εύρωστης μεθόδου συνεχούς βελτίωσης ολοκληρωμένου συστήματος διοίκησης ποιότητας με έμφαση στις διεργασίες δοκιμών μετροτεχνικού εργαστηρίου

Abstract

This thesis aims to reclaim the concept of Quality/Robust Engineering to develop an innovativeMethod for Process Continues Improvement in an Integrated Management System (IMS) of aDimensional Laboratory and especially in its Measurement Processes. The IMS and eachManagement Standard System (ISO 17025, ISO 14001, OHSAS 18001, ISO 9001, ISO 27001etc), have a specific focus or purpose, but all of them, they have a common requirement, theContinues Improvement. This Common element of ISO MSSs, become them robust with theapplication of the innovative method of Robust Experimental Designs. Since traditional statisticaltechniques do not aid continuous quality improvement, the need has arisen to find new techniquesand tools to replace the present-day quality systems infected with statistical techniques. In thiscontext, major portions of the methods proclaimed by Japanese-born quality engineering expertDr. Genichi Taguchi, called “off-line quality control methods”, are found to offer meaningfulsolutions in the process of ensuring continuous quality improvement in measurement processes.The core of Quality/Robust Engineering is to improve efficiency by improving functionality andby reducing cost. To improve functionality, appropriate studies and experiments must beconducted by varying parameter levels to see how much the functionality can be improved. Thesestudies completed under the concept of Robust Engineering and take place in two steps: Systemdesign and Parameter design. The strategy based on Robust Experimental Designs used toinvestigate the effects of several measurement factors simultaneously. This robustness strategyuses five primary tools, the p-diagram, the ideal function, the quadratic loss function, the Signal-toNoise Ratio and the orthogonal arrays.Quality Improvement efforts in many instances have been directed at reducing the variation of aparticular characteristic around a nominal design specification. The case studies which included inthis thesis, uses Robust Designs to develop equations witch model the amount of measurementvariation in ring gages internal diameter measurement as functions of environmental conditions.The application of robust engineering method was employed to investigate the effects ofmeasurements factors (plain ring gages internal diameter), so as to yield continues improvementmeasurement practice for reducing measurement variability. The appropriate options of RobustDesigns and DOE (Design Of Experiments) in software of Minitab v.15 were utilized to quantifythe effects of each factor level and to verify the predicted improvements. All the above activitiesconstituted the main objectives of this dissertation.In order to achieve these objectives we organized and executed two controlled experiments in thebrand-new infrastructures of the Dimensional Laboratory of the Industrial Management &Operation Research Sector of Mechanical Engineering School of NTUA. The first experimentaddressed the study of the effect of four control factors in ring gages internal diameter comparative measurement process without interactions and presence of uncontrollable noisefactor. All factors had three levels. The results of the experiment have indicated that the factor“Technician” had very strong effect on variation followed by “ambient temperature”. The secondexperiment focused on the comparison of effect of four control factors in ring gages internaldiameter measurement process with interactions and presence of controllable noise factor.All factors had two levels. The results of the experiment have indicated strong interactionsbetween the main factors of the experiment. Those interactions between factors had verystrong effect on variation followed by “Technician”, “ring temperature” and “ambienttemperature”.From the conclusions of this dissertation it is clear that Robust Designs method withexperimental techniques contribute effectively in the continuous improvement of adimensional laboratory measurement processes. The main contribution of the dissertationis to present a methodological framework for the organization and implementation (design& analysis) of Robust Design’s experimental strategy, through different studies formeasurement process continuous improvement. As the dissertation shows, this robustmethod can be useful in several metrological applications. This area of research wouldbenefit from future studies taking place in controlled environment, such as inMetrotechniko Laboratory. Additionally, the inclusive of other factors, such as vibration,ambient light and blackbody radiation, air flow, angle location of middle ring diameterand density of dust particle on air would provide a more robust and applicable study. Inadditional the enhancement of the model with economic parameters like the compositelabor rate or labor cost, they will give a competitive dimension in the model. Theproposed future experimental research work is necessary for further evaluation, matchingand improvement of the two conceptual scientific fields of dimensional metrology andquality/robust engineering.It is clear that the proposed Method for Measurement Processes Continues Improvementconsists in a very powerful and robust tool for every Management Standard System inAccreditation or Certification schemes.

Σκοπός της διατριβής ήταν η ανάπτυξη Μεθόδου για τη Συνεχή Βελτίωση των6ιεργασιών 6οκιμών, ενταγμένης σε Σύστημα 6ιαχείρισης Ποιότητας (Σ6Π)εργαστηρίου διαστατικών μετρήσεων. Η ανάπτυξη εύρωστης μεθόδου πειραμάτων,κατάλληλα διαμορφωμένης (σχεδιασμένης και δομημένης, με χρήση κατάλληλουλογισμικού, για τη συνεχή βελτίωση διεργασιών), εμπίπτει σε δύο ερευνητικά πεδία, αυτάα)της Ποιότητας (Συστήματα 6ιοίκησης ISO – 6.Ο.Π. - Μηχανική Ποιότητας ήQuality/Robust Engineering), και β)της 6ιαστατικής Μετρολογίας ή DimensionalMetrology (διεργασίες διαστατικών συγκριτικών μετρήσεων). Η απαίτηση συμμόρφωσηςγια συνεχή βελτίωση, περιλαμβάνεται στις παραγράφους των προτύπων συστημάτωνδιοίκησης ποιότητας και ειδικότερα των ISO 17025:2005 (§4.10) και του ISO10012:2003 (§8.4), για τη διαπίστευση εργαστηρίων δοκιμών. Οι προσπάθειες βελτίωσηςτης ποιότητας των διεργασιών συγκριτικών μετρήσεων προσανατολίστηκαν στη μείωσητης μεταβλητότητας ενός συγκεκριμένου χαρακτηριστικού ποιότητας (της διάστασης:εσωτερική διάμετρος δακτυλίων), γύρω από την ονομαστική του τιμή. Στο πεδίο της διαστατικής μετρολογίας (διεργασίες διαστατικών συγκριτικώνμετρήσεων), η προτεινόμενη μέθοδος αναπτύχθηκε για την επίτευξη ευρωστίας τηςμέτρησης, δηλαδή της μείωσης της μεταβλητότητας του συγκεκριμένου χαρακτηριστικούποιότητας (εσωτερική διάμετρος δακτυλίου), γύρω από την ονομαστική του τιμή. Στηνπιλοτική εφαρμογή, διερευνήθηκε η επίδραση πηγών μεταβλητότητας καιαλληλεπίδρασής τους στην απόδοση διεργασίας συγκριτικής μέτρησης εσωτερικήςδιαμέτρου δακτυλίων, εξετάζοντας διαφορετικούς παράγοντες ταυτόχρονα, διεργασίαςπου υλοποιείται σε αίθουσα ελεγχόμενων συνθηκών κατά VDI/VDE 2627 Blatt 1&2. Οιπηγές μεταβλητότητας που είναι γνωστές, μπορούν να ρυθμιστούν και να ελεγχθούν,αποτελούν τους Παράγοντες Ελέγχου ενώ οι πηγές που δεν είναι ελεγχόμενες ή το κόστοςελέγχου τους είναι μεγάλο, αποτελούν τους Παράγοντες Θορύβου. Το μοντέλο συνεχούςβελτίωσης ποιότητας, στηρίζεται στις γενικές αρχές της Μηχανικής Ποιότητας/ΕύρωστηςΜηχανικής, όπου στα στάδια του Σχεδιασμού Συστήματος και Σχεδιασμού Παραμέτρωναξιοποιούνται πέντε εργαλεία για την επίτευξη της ευρωστίας α)το διάγραμμαπαραμέτρων, β)η αντικειμενική συνάρτηση, γ)ο σχεδιασμός πειραμάτων με τις ορθογώνιες διατάξεις, δ)η συνάρτηση απώλειας ποιότητας και ε)η αναλογία σήματοςπρος θόρυβο.Η αξιολόγηση της απόδοσης των συστημάτων μετρήσεων και δοκιμών είναι απαραίτητηκαι υλοποιείται ενδοεργαστηριακά, διεργαστηριακά ή/και με εξωτερική επίβλεψη τηςτεχνικής τους απόδοσης, για να εκτιμάται ο βαθμός με τον οποίο τα αποτελέσματά τουςικανοποιούν τις απαιτήσεις διαπίστευσης αλλά και τις προσδοκίες των πελατών τους. Ημέθοδος συνεχούς βελτίωσης διεργασιών δοκιμών μπορεί να συμβάλλει σημαντικά προςαυτή την κατεύθυνση. Τα πειράματα της παρούσης εργασίας υλοποιήθηκαν με σύγχρονοκαι διακριβωμένο εξοπλισμό συγκριτικής μέτρησης στην Αίθουσα ΕλεγχόμενωνΣυνθηκών του Μετροτεχνικού Εργαστήριου του Τομέα Βιομηχανικής 6ιοίκησης &Επιχειρησιακής Έρευνας της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ.Για την εφαρμογή της μεθόδου οργανώθηκαν και εκτελέσθηκαν δύο ελεγχόμεναπειράματα διαφορετικών προσεγγίσεων. Στο πρώτο πείραμα έγινε η αξιολόγηση τηςεπίδρασης τεσσάρων ανεξάρτητων παραγόντων ελέγχου στο σύστημα διεργασίαςδοκιμών (συγκριτικής μέτρησης εσωτερικής διαμέτρου δακτυλίων). Τα αποτελέσματατου πειράματος έδειξαν ότι τρεις παράγοντες επιδρούν περισσότερο στη διεργασία, i)οανθρώπινος παράγοντας, ii)οι θερμοκρασίες της αίθουσας του εργαστηρίου και iii)ηθερμοκρασία του δακτυλίου προς μέτρηση. Στο δεύτερο πείραμα έγινε η διερεύνηση τηςεπίδρασης των τεσσάρων παραγόντων ελέγχου, παρουσία ενός παράγοντα θορύβου καιαλληλεπιδράσεων. Τα αποτελέσματα του πειράματος έδειξαν πόσο ισχυρές είναι οιαλληλεπιδράσεις των παραγόντων ελέγχου στην απόδοση της διεργασίας. Και για τα δύοπειράματα, υλοποιήθηκαν πειράματα επιβεβαίωσης (confirmation experiments) ωςαπόδειξη της αποτελεσματικότητας και αξιοπιστίας τους.