Karty kontrolne jako narzędzia sterowania procesami

Zakłócenia losowe to z pozoru nieistotne wydarzenia w procesie. W rzeczywistości jednak obok zdarzeń systematycznych mają duży wpływ na zmienność procesów i koniecznie muszą być identyfikowane. Jednym ze sposobów ciągłego ich monitorowania i badania są karty kontrolne. Projektowanie kart opiera się na założeniu, że zmienność procesów jest wynikiem występowania dwóch rodzajów przyczyn – systematycznych i przypadkowych. W najprostszej wersji karty kontrolne to arkusze kalkulacyjne wraz z wykresem. W tabeli umieszczane są wyniki pomiarów wykonywanych podczas nadzorowania procesu. Mogą to być wartości np. temperatury, długości, czy stężenia – w zależności od charakteru monitorowanego procesu. Przed opracowaniem karty kontrolnej należy ustalić liczebność badanego zbioru, czyli ilość próbek oraz odstępy czasu pomiędzy kolejnymi pomiarami. Tworząc karty kontrolne, nie powinno się zapominać także o podaniu odpowiednich opisów pomiarów, w tym kto i kiedy je wykonał, jaka jest wartość nominowana oraz jaki jest zakres tolerancji.

Najważniejsze funkcje kart kontrolnych:

* ocena realizacji procesu pod kątem otrzymywania produktów o wysokiej jakości,

* kształtowanie i regulowanie procesu produkcyjnego,

* stwierdzenie, czy i kiedy nastąpiło rozregulowanie procesu, wskazanie przyczyn tego stanu i możliwości działań naprawczych,

* gromadzenie danych do szczegółowych analiz procesowych,

* graficzna prezentacja przebiegu procesu.

Podział i budowa kart Shewharta

Poniżej przedstawiono podstawową klasyfikację kart kontrolnych Shewharta:

* karty kontrolne przy liczbowej ocenie właściwości, a wśród nich:

- karty podstawowe,

- karty kontrolne wartości średniej i rozstępu,

- karty kontrolne wartości średniej i odchylenia standardowego,

- karty kontrolne pojedynczych obserwacji i ruchomego rozstępu,

- karty kontrolne mediany i rozstępu,

- karty specjalne,

- karty ruchomej średniej,

- karty sum skumulowanych,

- karty dla krótkich serii,

* karty kontrolne przy alternatywnej ocenie właściwości, a wśród nich:

- karty liczb wyników niezgodnych,

- karty frakcji wyników niezgodnych,

- karty liczb niezgodności,

- karty liczb niezgodności w zbiorze wyników.

Konstrukcja kart Shewharta zależy od jej typu. W zależności od tego, jaki rodzaj karty ma być prowadzony, w różny sposób oblicza się podstawowe parametry i granice. Do najczęściej wykorzystywanych kart należą karty wartości średniej i odchylenia standardowego (xśr-s). Dla pojedynczego arkusza ustala się ilość punktów pomiarowych – zwykle jest to od 10 do 20. Po wprowadzeniu wszystkich wartości obliczana jest wartość średnia serii pomiarowej oraz jej odchylenie standardowe. Co ważne, oba te parametry należy podać po wcześniejszym odrzuceniu wyników odbiegających. Następnym krokiem jest zastosowanie testu t-Studenta. Za jego pomocą precyzuje się, czy różnica pomiędzy uzyskaną wartością średnią a oczekiwaną jest statystycznie istotna. Jeśli nie jest, to można przygotować wykres. Punkty osi x odpowiadają kolejnym punktom pomiarowym. Oś y reprezentują wartości charakterystycznych linii wykresu:

* linii centralnej,

* górnej granicy ostrzegania,

* dolnej granicy ostrzegania,

* górnej granicy dopuszczalności,

* dolnej granicy dopuszczalności.

Pierwsza z nich reprezentuje wartość nominalną przedstawianej wartości. Po każdej stronie linii centralnej znajdują się dwie granice ostrzegania – górna i dolna. Są one oddalone o + 2s oraz - 2s od linii centralnej. Następnie w odległościach + 3s oraz - 3s znajdują się granice kontrolne. Gdy któryś z punktów w serii pomiarowej przekracza te granice, jest to jasny sygnał o wystąpieniu nieprawidłowości w procesie. Stwierdzenie, że wszystkie badane punkty znajdują się pomiędzy dolną a górną granicą kontrolną nie jest wystarczające do uznania, że proces przebiega prawidłowo. Ostatnim elementem tworzenia kart Shewharta jest ocena powstałego wykresu. Należy zweryfikować, czy nie istnieją sygnały mogące wskazywać na problemy w analizowanym układzie. Takimi oznakami mogą być m.in.: dziesięć kolejnych punktów znajdujących się po tej samej stronie wartości średniej, siedem kolejnych punktów tworzących trend rosnący lub malejący bądź piętnaście kolejnych punktów układających się naprzemiennie góra-dół. Podobnych przypadków jest więcej. W sposób szczegółowy opisane zostały w odpowiedniej normie międzynarodowej.

Karty Shewharta w praktyce laboratoryjnej

Kart kontrolne Shewharta są powszechnie wykorzystywanym narzędziem w laboratoriach analitycznych. Praktycznie każde laboratorium, a szczególnie te akredytowane zgodnie z normą ISO 17025, wprowadza je do swoich systemów potwierdzania ważności wyników. Narzędzie to pozwala monitorować wybraną charakterystykę procesu. Nanoszenie poszczególnych punktów na kartę daje wizualizację tego, w jaki sposób proces przebiega, jak wygląda jego stabilność oraz jakie są odchylenia. Jednym z najważniejszych zastosowań kart kontrolnych Shewharta w laboratorium jest badanie charakterystyki pracy urządzeń pomiarowych. Analiza taka może opierać się np. na obserwacji wartości uzyskiwanych w trakcie kalibracji tego urządzenia lub rutynowego sprawdzania jego wskazań. Równie ważne jest monitorowanie w ten sposób całych procesów analitycznych. Karty Shewharta zwykle przygotowuje się osobno dla każdej metody. Na wykres nanoszone są dane odnoszące się do prób ślepych, kontrolnych oraz równoległych. Jest to ciekawe narzędzie pozwalające obserwować, jak zmieniają się wyniki uzyskiwane wybraną procedurą analityczną na przestrzeni kilkunastu pomiarów.

Systematyczne prowadzenie kart jest niezwykle ważne dla jednostek laboratoryjnych. Nie tylko dostarcza danych na temat stabilności zachodzących procesów, ale także umożliwia proste i szybkie dostrzeżenie nieprawidłowości. Konsekwencją tego jest szansa na sprawne podjęcie działań korygujących i eliminacja zdarzeń bezpośrednio wpływających na ważność uzyskiwanych w laboratorium wyników. Ponadto wygenerowane dane służą do dalszych rozważań w celu zapewnienia wysokiej jakości.