Wonderware QI Analyst

Wonderware QI Analyst
Software pro sledování a řízení kvality výrobních procesů

1. Úvod

Do komplexní softwarové rodiny pro průmyslovou automatizaci Wonderware FactorySuite [1], [2] byl začleněn nový produkt Wonderware QI Analyst pro statistické řízení a analýzu procesů.

Jde o software kategorie SPC (Statistical Process Control), který nahrazuje předchozí produkt Wonderware SPCPro (Statistical Process Control Professional). Na rozdíl od SPCPro, což byl modul rozšiřující možnosti známého vizualizačního SCADA/HMI systému Wonderware InTouch [3], [4], [5], je však QI Analyst samostatný program, který ke své funkci systém InTouch nutně nevyžaduje.

Přestože se QI Analyst objevil v nabídce firmy Wonderware poprvé teprve koncem roku 2000, není ve skutečnosti úplnou novinkou. Naopak, má za sebou bohatou historii pod hlavičkou firmy SPSS, specializující se na statistický software, a díky jeho úspěchům po celém světě byl firmou Wonderware zakoupen.

Firma Wonderware bude software QI Analyst nadále nabízet jako samostatný program, ale bude ho také postupně integrovat do některých dalších produktů ze své „vlajkové“ rodiny FactorySuite.

2. Charakteristika produktu

QI Analyst je určen ke sledování a analýze kvalitativních parametrů výrobků a výrobních procesů za účelem dodržení požadavků na kvalitu a snížení zmetkovosti. Funkce produktu QI Analyst jsou podstatně rozsáhlejší než u jeho předchůdce SPCPro.

Program QI Analyst pomáhá uživatelům lépe porozumět skutečnému průběhu výrobních procesů a efektivněji se rozhodovat, čímž se může stát velmi účinným prvkem celopodnikové metodiky pro zvyšování kvality výroby a budování systému jakosti.

QI Analyst umožňuje výrobním organizacím předvídat případné budoucí problémy, aby náprava přišla pokud možno ještě před jejich skutečným vznikem.

Sledované výrobní informace lze získávat v reálném čase. Produkt QI Analyst je ukládá do běžné relační databáze, odkud jsou okamžitě přístupné pro analýzy všem za interesovaným pracovníkům.

QI Analyst je vybaven výkonnými analytickými nástroji, které mohou využít nejen členové podnikového týmu pro řízení jakosti, ale např. i výrobní operátoři, technologové apod.

Nabízené analytické nástroje obsahují velké množství regulačních diagramů, histogramy, Paretovy diagramy, porovnávání výrobních dat pomocí testů vymezitelných příčin, generování výstražných hlášek (alarmů) aj. Podrobné analýzy ukážou skutečné chování výrobních procesů a na jejich základě lze vykonávat správné zásahy do výroby ve správném čase.

Ovládání programu je velmi intuitivní a velmi snadno se nastavuje a používá. Díky těmto vlastnostem se v něm začátečníci i příležitostní uživatelé dokážou rychle orientovat a efektivně ho provozovat i bez toho, že byli odborníky na statistiku.

Software QI Analyst je určen pro operační systémy Windows NT 4.0, Windows 98 a Windows 95 firmy Microsoft Corporation.

3. Sběr a ukládání dat

Samotný sběr výrobních dat lze uskutečnit dvěma základními způsoby – manuálně nebo automaticky.

Při manuálním sběru (ručním zadávání) se data mohou vkládat přímo v tabulkovém editoru dat nebo s pomocníkkem pro zadání dat (Data Entry Assistant).

Automatický sběr dat se z hlediska uživatele jeví pohodlnější a rychlejší variantou, která navíc zajišťuje funkčnost programu v reálném čase. Potřebné hodnoty lze číst buď prostřednictvím OPC serverů nebo sériovou linkou přímo z měřicího zařízení. Pro druhý způsob je připravena komunikace pro celkem devět různých zařízení (např. Mitutoyo). Automatický sběr dat může ukládat hodnoty cyklicky, kdy se data ukládají v pravidelných časových intervalech, nebo se ukládá každá změna sledované hodnoty.

Program QI Analyst ukládá vzorky sledovaných veličin do tabulek dat. Každá tabulka může obsahovat více sledovaných veličin, ovlivňujících konečnou kvalitu výrobků. U každé veličiny lze samozřejmě nastavit toleranční meze a další základní parametry, které jsou důležité pro pozdější analýzu. Velkou výhodou je, že při sledování a analýze je možné pracovat současně s veličinami z více tabulek, dokonce i z více databází.

Veškerá data sbíraná programem jsou ukládána do standardních relačních databází, jako jsou např. Microsoft Access, Microsoft SQL Server nebo Oracle. QI Analyst je provozován v architektuře klient-server, což umožňuje všem zainteresovaným pracovníkům okamžitý přístup ke stejné informaci uložené ve společné databázi. Prostřednictvím databázového propojení lze předávat důležité informace i do jiných míst, aby mohly být výrobní procesy sledovány i v dalších odděleních a lokalitách podniku.

4. Výkonné analytické nástroje

Program QI Analyst obsahuje velké množství analytických nástrojů, které v grafické podobě přehledně prezentují jak normální vzorky, tak i odchylky a vady výrobků a výrobních procesů oproti ideálnímu stavu.

Celkem se nabízí 21 diagramů, z toho čtrnáct regulačních diagramů, čtyři typy Paretových diagramů, histogram, korelační diagram a průběhový diagram. Vzhledem k rozsahu tohoto příspěvku nelze podrobně popsat každý typ diagramu; proto je dále uveden jen jejich stručný přehled.

4.1 Regulační diagramy
Jde o základní druh grafických objektů, které umožňují prohlížet aktuální i historická data. Regulační diagramy poskytují detailní informace o každém vzorku; graficky zobrazují jednotlivé nastavené meze, vzorky nesplňující testy vymezitelných příčin, vymezitelné příčiny, nápravná opatření atd. (obr. 1).

Každá sledovaná veličina nemusí být vázána na konkrétní typ regulačního diagramu, ale je možné ji zobrazit v několika typech pro analýzu z více pohledů.

Regulační diagramy se dělí na dvě základní skupiny – kvantitativní a kvalitativní.

Kvantitativní diagramy přinášejí důležité informace o sledovaném procesu. Jde např. o:

Kromě grafického znázornění jsou důležité další statistické parametry, z kterých jmenujme především ukazatele způsobilosti (CP, CpK, CR, CpM, CpU, CpL) a ukazatele výkonnosti (PP, PpK, PR, PpM, PpU, PpL).

Kvalitativní diagramy (regulační diagramy srovnáváním) se týkají počtu neshod či neshodných výrobků v kontrolní skupině, někdy se také označují jako diagramy vad. Mezi ně patří např. diagramy P, Np, C a U.

4.2 Histogramy
Histogramy zobrazují četnost a rozdělení zjištěných dat v podobě sloupcového grafu o více zónách pro grafickou analýzu výrobní stability, což pomůže zjistit vyváženost procesu a četnosti odchylek (obr. 2).

4.3 Paretovy grafy
Paretovy grafy zobrazují počet výskytů vad, vymezitelných příčin, nápravných opatření nebo vzorků nesplňujících sledované testy vymezitelných příčin a jejich kumulativní procentuální poměr (obr. 3).

Paretovy grafy se používají k identifikaci nejčastějších příčin, které způsobují největší ztráty. Zjišťování nejvýznamnějších příčin problémů udržení jakosti přispívá k jejich přednostnímu odstranění pro rychlé a účinné zlepšení kvality i kvantity výroby a ke snížení zmetkovitosti.

5. Testy vymezitelných příčin a alarmy

QI Analyst v reálném čase testuje vymezitelné příčiny (sady statistických pravidel) a tím zjišťuje trendy dalšího vývoje (předvídání problémů). Případná nesplnění zobrazí graficky přímo v regulačních diagramech.

K dispozici je šest sad předem definovaných testů vymezitelných příčin, navíc je možné vytvořit vlastní testy vyhovující specifickým zákaznickým požadavkům (obr. 4).

Při nesplnění vybraných testů (např. sedm po sobě jdoucích vzorků se vzrůstající tendencí odchylky) je systém schopen vytvářet tzv. statistické alarmy, které může např. zobrazit na monitoru, automaticky tisknout na tiskárně nebo poslat na vyrozumívací zařízení (např. pager).

Obsluha může jednotlivým vzorkům přiřadit konkrétní příčiny a nápravná opatření (seřízení zařízení, výměna nástrojů atd.), která povedou ke zlepšení kvality výrobního procesu a v důsledku toho i samotného výrobku.

Pomocí testů vymezitelných příčin se tedy často identifikují možné budoucí problémy ještě předtím, než kvalita produkce vybočí z předem stanovených tolerancí.

6. Konfigurace systému

Systém QI Analyst se skládá ze dvou typů programů:

QI Analyst Controller – plná vývojářská verze s kompletním souborem funkcí pro konfiguraci, administraci, monitorování a analýzy. Tento typ programu využívají zejména vedoucí pracovníci z oddělení řízení jakosti a informatiky pro celkovou správu systému.

QI Analyst Workstation – typicky se používá přímo v provozu, dovoluje lokální vkládání dat, monitorování a analýzy.

QI Analyst umožňuje centrálně konfigurovat systém i definovat preferenční nastavení pro různé uživatele. Tím, že jsou veškeré informace, od nastavení preferencí a uživatelských profilů až po údaje pro přihlášení do systému, umístěny v centrální databázi, stačí systém nastavit pouze jednou.

Pro každého pracovníka lze nastavit jeho vlastní uživatelské rozhraní systému QI Analyst tak, že když se přihlásí do systému, automaticky se objeví pro něj potřebné regulační diagramy, navážou se datová spojení a začne se s vykreslováním dat i detekcí vzniku alarmových stavů. Pružný zabezpečovací systém povoluje každému uživateli přístup pouze k těm funkcím, které potřebuje.

7. Závěr

Statistické řízení procesů prostřednictvím programu QI Analyst napomáhá lépe porozumět výrobním procesům a zjistit nejzávažnější příčiny problémů kvality. Jejich odstranění přispívá nejen ke zlepšení kvality výrobků a celého výrobního procesu, ale i k podstatnému omezení zmetkovitosti a odpadu, čímž se znatelně snižují výrobní náklady a zvyšují se zisky.