TRIZ w rozwiązywaniu problemów na produkcji – „butelkowe” case study

Prowadząc szkolenia i praktyczne warsztaty z technik rozwiązywania problemów narzędziami TRIZ, właściwie zawsze jestem zobowiązany do utrzymania tajemnicy (umowa NDA). W tym przypadku otrzymałem zgodę na przedstawienie poniższej historii.

Firma, której ten case dotyczy, produkuje i rozlewa chemiczny, płynny produkt do plastikowych butelek. Dziennie wiele tysięcy takich butelek opuszcza fabrykę i jedzie do sklepów.

Przy konfekcjonowaniu, czyli porcjowaniu i pakowaniu tego żrącego płynu pojawiał się konkretny problem. Polegał na tym, że zdarzało się (choć nieczęsto), że butelka nie została dokręcona. Groziło to poparzeniem w sytuacji, gdyby taki produkt trafił w ręce klientów czy obsługi sklepu.

Nawet gdyby miało się to wydarzyć tylko raz na milion butelek, uznano, że należy wykluczyć taką możliwość.

Jak? Zespół inżynierów mierzył się z tym problemem przez kilka miesięcy. Fiksacja na upragnionym docelowym rozwiązaniu spowodowała, że przestali dostrzegać inne możliwe drogi. Praca narzędziami TRIZ odblokowała w nich nowe spojrzenie na problem. Małym kosztem udało się wyeliminować przyczynę nieszczelności butelek.

W artykule opowiem o rozwiązaniu i procesie, jak do niego doszliśmy. Najpierw szerszy opis tego, na czym polegał problem.

Na czym polegał problem?

Nalewanie płynu i zamykanie butelek odbywało się na linii w pełni automatycznej. Utrudnienie polegało na tym, że zamknięcie (nakrętka) była nakrętką bezpieczną, która składała się z dwóch osobnych kapturków plastikowych i uszczelki. Jest to ten rodzaj nakrętki, którą trzeba najpierw wcisnąć, aby odkręcić, ze względu na bezpieczeństwo dzieci.

Maszyna, zwana nakręcarką, czasami nie wypełniała swojej funkcji wystarczająco dobrze i zdarzała się raz na jakiś czas niedokręcona nakrętka. W linii, tuż za nakręcarką, znajdowała się ultraszybka kamera, która robiła zdjęcie zaraz po nakręceniu. Algorytm na bazie takiego zdjęcia w czasie liczonym w milisekundach porównywał, czy szczelina pomiędzy nakrętką a specjalnym kołnierzem na butelce była wystarczająco mała. W ten sposób sporą część problemów rozwiązywała właśnie ta kamera i sprzęgnięty z nią popychacz wyrzucający wybrakowane butelki z linii. Jak się okazało, nie wszystkie. Sprawność wychwytu braków była na poziomie 90%, a nie 100%.

Zdj. Przykładowa, dwukomponentowa nakrętka bezpieczna. 

Na końcu linii, tuż przed stanowiskiem pakowania do kartonów, znajdował się jeszcze laserowy miernik wysokości butelek. Zbyt wysokie butelki, czyli takie, gdzie prawdopodobnie nakrętka nie była dokręcona, także były tu usuwane, jednak system ten nie był zupełnie szczelny. Zdarzyło się, że cała partia butelek miała o milimetr za małą wysokość, by uruchomić laser przy niedokręconej nakrętce. Wymiary butelki jednak mieściły się w tolerancji specyfikacji. Jednym z oczywistych pomysłów było mierzenie tymczasowej wysokości średniej i odchylenia od niej, ale sposób ten miał wady.

Jak wspomniałem, nad rozwiązaniem problemu pracowano już od kilku miesięcy. Kiedy spotkaliśmy się na warsztatach TRIZ, zespół działał w efekcie "lśnienia", czyli wymyślił już wcześniej pewne "super rozwiązanie" i podczas warsztatów ciągle do tego rozwiązania wracał (psycholodzy nazywają to fiksacją). Tym rozwiązaniem było specjalne urządzenie do sprawdzania szczelności poprzez ściśnięcie plastikowej butelki i pośrednie sprawdzenie czy ciśnienie w niej opadało jak w butelce szczelnej, czy nie. Nie było tanie, co było do zaakceptowania, ale nie dawało gwarancji skuteczności.

Przez kilka pierwszych godzin warsztatu trudno było się zespołowi uwolnić od tej idei, aby generować nowe pomysły.

Warsztaty i praca narzędziami TRIZ

Dla tych, którzy nie słyszeli o TRIZ - to metodologia rozwiązywania problemów technicznych i generowania innowacji. Została zapoczątkowana przez Henryka Altszullera, który, pracując w biurze patentowym, miał możliwość porównywania dużej liczby zgłaszanych patentów. Zauważył, że wzorce rozwiązań w zupełnie różnych branżach potrafią się powtarzać, a najlepsze patenty zawsze rozwiązywały jakieś sprzeczności.

Dziś TRIZ oferuje ponad 30 narzędzi, a ich jedyną trudnością jest to, że są nieintuicyjne. Za popularyzację TRIZ na świecie odpowiadają głównie sukcesy południowokoreańskiego Samsunga, który jako pierwszy wdrożył pracę narzędziami TRIZ w zespołach inżynierów.

Wracając do problemu z nieszczelnością butelek - podczas warsztatów zespół przechodził przez kolejne narzędzia TRIZ: rezultat idealny, dziewięć okien, korzeń sprzeczności, macierz naprowadzającą na 40 zasad TRIZ, bazę efektów, pomysły z zasobów.

Nie tylko narzędzia TRIZ, ale też Gemba, czyli długotrwałe przyglądanie się linii produkcyjnej (nagrania w zwolnionym tempie), zadawanie pytań i sprawdzanie/testowanie w celu uzyskania odpowiedzi powoli wyprowadzały zespół z efektu "lśnienia". Jakie to były pytania? Na przykład: Jak to się dzieje, że butelka jest na zdjęciu z kamery dobrze zamknięta, a później okazuje się nieszczelna?

Żmudne sprawdzanie tego procesu doprowadziło do dwóch możliwych i potem zweryfikowanych przyczyn:

1. Nakrętka nakręcana jest krzywo na gwint, siła docisku wydaje się maszynie wystarczająca, a przy nieszczęśliwym ułożeniu kamery wobec nakrętki kamera "widzi" dobrze dokręconą nakrętkę. Gdyby zamiast jednej kamery, były dwie pod kątem 90 stopni, to żadna taka krzywo nakręcona nakrętka nie prześlizgnęłaby się. Jednak takie szybkie kamery przemysłowe o odpowiedniej rozdzielczości kosztują kilkadziesiąt tysięcy złotych.

2. Sprawdzając w zwolnionym tempie nagrania procesu nakręcania i tego, co się dzieje za nim, okazało się, że dwuczęściowa nakrętka czasami jest tak przyduszona przez nakręcarkę, że dwie części nakrętki są wewnątrz przygniecione i nachodzą na siebie jeszcze przez kilka sekund po przyduszeniu przez nakręcarkę. W rezultacie szczelina między nakrętką a kołnierzem na zdjęciu kamery sprawdzającej jest OK, jednak w efekcie odprężania po kilku sekundach plastiki w nakrętce wracają do swojego prawidłowego położenia i szczelina jest już większa niż dopuszczalna.

Warsztaty trwały łącznie dwa dni, ten konkretny zespół liczył trzy osoby i wygenerował kilkadziesiąt lepszych i gorszych rozwiązań problemu.

Rozwiązanie problemu

Dwa rozwiązania, które zostały ostatecznie wybrane, okazały się prostsze i znacznie tańsze od początkowego championa (czyli dodatkowej operacji sprawdzania szczelności).

Dzięki puszczanym w zwolnionym tempie nagraniom procesu nakręcania zauważono, że przez kilka milisekund nakręcarka trzyma całą butelkę za nakrętkę, zanim butelka zostaje odłożona na linię. Pomysł pierwszy polegał na wydłużeniu tego momentu tak, by butelka przez dodatkowy ułamek sekundy wisiała trzymana za nakrętkę. Wówczas dzięki grawitacji, wszystkie naprężenia w nakrętce odpuszczają tak, by obie części nakrętki nie zachodziły już na siebie. Proces ten wymagał przestawienia jednej krzywki w maszynie nakręcającej i wcale nie wydłużył jej "takt time" (zasady 16 i 19 spośród 40 zasad TRIZ).

Widok miny inżyniera (był to akurat lider zespołu), w momencie gdy uzmysłowił sobie tę możliwość - bezcenny! Jednak proces dochodzenia do tego pomysłu nie był natychmiastowy i wymagał sprawdzenia po drodze wielu ślepych uliczek.

Druga zmiana polegała na przybliżeniu kamery sprawdzającej szczelinę między kołnierzem a nakrętką do nakręcarki tak, by zdjęcie było robione, gdy butelka jeszcze wisi trzymana za nakrętkę. Okazało się, że jest to najlepszy moment z różnych, które rozważano. Dodatkowo przy tej kamerze zdecydowano o zainstalowaniu lusterka, aby robić na raz de facto dwa zdjęcia pod kątem 90 stopni. Po drobnej modyfikacji software kamery potrafił mierzyć szczelinę na zdjęciu nakrętki i jej lustrzanym odbiciu (to 26. zasada TRIZ - "użyj kopii").

I tak małym kosztem udało się zapobiec obu przyczynom nieszczelności butelek, które spędzały inżynierom sen z powiek wcześniej przez kilka miesięcy. Ta historia pokazuje "na żywym organizmie", że warto spojrzeć na problem z innej perspektywy, a pracując konkretnymi narzędziami TRIZ, można dojść do rozwiązań, które wcześniej były poza horyzontem.

Michał Hałas - Trener, Dyrektor merytoryczny obszaru TRIZ/DFX, GRUPA ODITK

Polecane dla firm:

• TRIZ Innovation - rozwiązywanie problemów technicznych i innowacje
• TRIZ Action - praktyczny warsztat TRIZ
• TRIZ Engineering - intensywna ścieżka rozwojowa dla inżynierów
• Value Engineering - DTV (Design to Value)
• Analiza Wartości Produktu (Value Analysis) - proces doradczy

Powiązane szkolenia

	Data rozpoczęcia	Czas trwania	Nazwa szkolenia	Miejsce	Cena
	05/06/2024	2 dni	TRIZ Innovation (szkolenie stacjonarne)	Warszawa	2900 zł