Traditioneel wordt er tijdens
de productiefase veel geld uitgegeven aan het reduceren en het beheersen van
spreiding. Met Design for Six Sigma (DfSS) wordt spreiding al vroeg in het
ontwerpproces meegenomen, met als gevolg minder spreidingsproblemen later in
het traject. Het resultaat is een goedkoper proces en een kortere
time-to-market.
Het doorvoeren van verbeterprogramma’s zoals Six Sigma heeft op dit
moment veel aandacht in productieomgevingen. Six Sigma implementaties verhogen
het inzicht in de processen en pakken de bottlenecks op een gestructureerde
manier aan. Het doel is een hoog kwaliteitsniveau tijdens productie te behalen.
De gebruikte methoden bij Six Sigma zijn goed uitontwikkeld en
gestandaardiseerd. Een volgende stap is om het gewenste Six Sigma
kwaliteitsniveau al mee te nemen in het ontwerpproces, oftewel Design for Six Sigma (DfSS). Na een
korte introductie in DfSS zullen we in dit artikel ingaan op twee mogelijkheden
van DfSS: beter tolerantieontwerp en een robuust product.
Van reactief naar pro-actief
In de loop van de jaren
is gebleken dat ongeveer 75% van de problemen in productie te herleiden zijn
naar verkeerde keuzes in de design fase. Processen verbeteren via Six Sigma kan
deze problemen niet oplossen. Om sneller en tegen lagere kosten hoge kwaliteit
te kunnen garanderen is het dus noodzakelijk om al bij productontwikkeling
spreidingsreductie mee te nemen. Dat is precies wat DfSS beoogt.
DfSS is nog niet zodanig
gestandaardiseerd als Six Sigma voor procesverbetering. Er zijn echter een
aantal vormen die onderling veel overeenkomsten hebben. Deze methoden
onderscheiden de volgende stappen in het product ontwikkel traject:
Identificeer, Design, Optimaliseer, Valideer. In de identificatie fase worden de zogenaamde Critical-to-Quality
karakteristieken (CTQs) en de bijbehorende klanteisen op deze karakteristieken
bepaald. Deze CTQs worden in de design
fase vertaald naar meetbare eindproductparameters. Belangrijke stappen in deze
fase zijn het bepalen van de kritische design parameters x die deze eindproductparameters y beïnvloeden en het maken van modellen die de
eindproductparameters beschrijven als functie van de kritische parameters. Deze
modellen worden ook wel transfer functies genoemd, yi = f(x1,...,xn). De transfer functies worden zo
gemaakt, dat ze in de optimalisatie
fase gebruikt kunnen worden om vroegtijdig rekening te houden met spreiding.
Tot slot worden in de validatie fase
prototypes getest in reële omgevingen en kan de produceerbaarheid getest worden
in de eerste productie series.
Van Output naar Input
De transfer functies zijn
essentieel binnen DfSS. Er zijn verschillende manieren om tot passende transfer
functies te komen. Allereerst kan het mogelijk zijn de relaties analytisch te
beschrijven, soms in de vorm van expliciete formules, soms in de vorm van
computer modellen, bijvoorbeeld met simulatie of Finite Elements Methods.
Daarnaast is het altijd mogelijk de relaties empirisch vast te stellen met
behulp van Design of Experiments technieken. Om werkelijk de consument als
uitgangspunt te nemen bij het bepalen van de realistische toleranties op je
design parameters, is het noodzakelijk een interdisciplinair team samen te
stellen waarin kennis van klant, product, en proces verzameld is. In het team
zal ook een professionele modellenbouwer opgenomen worden. Dit team komt tot
een model waarin de relaties tussen product en klanteisen gekwantificeerd zijn
en waarin de proceskwaliteit van de achterliggende processen een essentieel
ingrediënt is.
Tolerantieontwerp
Op basis van de
ontwikkelde transfer functies kunnen de toegestane toleranties op ieder
onderdeel van het eindproduct optimaal bepaald worden. Dit komt doordat de
transfer functies klanteisen, product design kenmerken en productieprocessen in
samenhang beschrijven. Vervolgens kan objectief bepaald worden hoe we de eisen
op de deelprocessen kunnen leggen zodanig dat de klant de gewenste kwaliteit
krijgt naar zijn eigen maatstaven! We kunnen bijvoorbeeld de eisen op
een lastig proces versoepelen en de eisen op een makkelijker proces strenger
maken. De transfer functie kwantificeert dit uitwisselingsproces zodanig dat de
kwaliteit voor de klant gehandhaafd blijft.
In een traditioneel ontwerpproces
zet procesontwikkeling in op ruimere product specificaties vanwege de beter te
realiseren proceskwaliteit, terwijl productontwikkeling dat juist wil voorkomen
vanwege de klanteisen. Een gevolg van tolerantiedesign is dat deze discussie
objectiever gevoerd kan worden. Een ander voordeel van het teamproces dat leidt
tot de transfer functie is dat procesontwikkeling een beter beeld heeft van de
gevolgen van ruimere specificaties voor de klant. Bovendien worden
procesbottlenecks al in een vroeg stadium meegenomen in het product
ontwikkelproces.
Robuust ontwerp
Niet alleen tijdens
productie maar ook tijdens gebruik zijn producten onderhevig aan wisselende
omstandigheden. Gevolg hiervan is spreiding in productprestaties, mogelijk
leidend tot uitval en falen. Tijdens het ontwerptraject richten engineers zich
traditioneel vooral op het komen tot een eindproduct dat voldoet aan alle
ontwerpeisen, het nominale ontwerp. Pas vlak voor of tijdens productie komt de
gevoeligheid voor spreiding aan het licht. Vaak wordt dan veel energie gestoken
in het reduceren van spreiding door beheersing van ingangsmateriaal en
procesomstandigheden. Nadeel van deze aanpak zijn de vaak hoge kosten, zeker
als het achteraf moet gebeuren. Robust product design heeft juist als doel
producten en productieprocessen zodanig te ontwerpen dat de kwaliteit van de
eindproducten ongevoelig is voor de spreiding. DfSS is een methodologie die dit
voor elkaar kan krijgen. Onderstaande
figuur schetst het verschil tussen de traditionele benadering en de robuuste
design methodologie. Traditioneel probeert men de spreiding op de output te
verkleinen door de spreiding op de input te verkleinen. Robuust design richt
zich op het verkleinen van het effect van de spreiding op de input. Op die
manier kom je op hetzelfde resultaat, zonder de spreiding op de input te hoeven
verlagen.
