___________________________________________________________________________
Propozycja zastosowania metod doskonalenia jako
ś
ci
w procesie ł
ą
czenia ta
ś
m przeno
ś
nikowych
w kopalni podziemnej
Agata Kirjanów
Politechnika Wrocławska, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Zakład Systemów Maszynowych, ul. Na Grobli 15, budynek L-1, Geocentrum, 50-421 Wrocław,
e-mail: agata.kirjanow@pwr.edu.pl
Streszczenie
Przemysł wydobywczy jest jednym z najważniejszych segmentów polskiej gospodarki. Górnictwo wpływa bowiem na rozwój różnorodnych gałęzi przemysłu, takich jak metalurgia, transport, energetyka czy przemysł maszynowy. Mimo że funkcjonowanie kopalni w znaczny sposób różni się od funkcjonowania typowego zakładu produkcyjnego, to przedsiębiorstwa górnicze podlegają, podobnie jak inne gałęzie gospodarki, ogólnym prawom rynku, ekonomii, zarządzania, organizacji. W związku ze swą specyfiką i zmiennością otoczenia procesów, przemysł wydobywczy stosunkowo wolno adaptuje do swoich potrzeb nowoczesne koncepcje zarządzania. Pomimo dużego zainteresowania nowymi systemami zarządzania i udanymi wdrożeniami elementów tych metod w polskich kopalniach, działań tego typu nadal jest niewiele. Niniejszy artykuł prezentuje możliwość zastosowania analizy FMEA oraz diagramu Ishikawy do oceny przyczyn wymiany złącz taśm przenośnikowych w wybranej kopalni podziemnej. Przeprowadzone analizy pozwoliły na wyłonienie najbardziej istotnych czynników prowadzących do awarii połączeń.
Słowa kluczowe: metoda FMEA, diagram Ishikawy, taśma przenośnikowa, połączenia taśm
Proposed use of quality improvement methods in the process
of joining conveyor belts in underground mine
Abstract
Mining industry is one of the most important segments of the Polish economy. Mining is affected by the development of a variety of industries such as metallurgy, transport, energetics and machinery engineering. Although the operation of the mine significantly different from the operation of a typical manufacturing plant, the mining companies are subject, like other sectors of the economy, the general laws of the market, economics, management, organization. Due to its specificity and variability of ambient processes, mining industry relatively slowly adapts management concepts. Despite the great interest in new management systems and successful implementations elements of these methods in Polish mines, actions of this type is still not sufficient. This article presents the possibility of using FMEA and Ishikawa diagram to assess the reasons for replacement joints of conveyor belts in underground mine. Analyzes allowed for the selection of the most significant factors leading to the failure of the joints.
Wst
ę
p
Narzędzia zarządzania jakością służą do zbierania i przetwarzania danych, związanych z różnymi aspektami jakości. Pozwalają na monitorowanie, analizowanie i oddziaływanie na procesy w całym cyklu istnienia wyrobu. Z uwagi na swoją prostotę znajdują powszechne zastosowanie zarówno w projektowaniu, jak i w monitorowaniu oraz kontroli procesów wytwarzania produktów czy usług.
Metoda FMEA (ang. Failure Mode and Effect Analysis), określana w literaturze polskiej jako analiza rodzajów błędów oraz ich skutków lub analiza przyczyn i skutków wad, wykorzystywana jest w celu ustalenia przyczyn obniżania jakości produktu a także procesu [6]. Innymi słowy metoda ta jest stosowana do zapobiegania skutkom wad, które mogą wystąpić w fazie projektowania oraz w fazie wytwarzania [9]. Dzięki wykorzystaniu wiedzy i doświadczenia osób posługujących się metodą FMEA można oszacować ryzyko wystąpienia w procesie (lub wyrobie) błędów i wad oraz ich przyczyn i znaczenia. W efekcie można znaleźć rozwiązanie korygujące. Celem analizy FMEA procesu (pFMEA) jest systematyczne rozpoznanie potencjalnych problemów występujących w procesie, określenie przyczyn i podjęcie działań, mających na celu minimalizację lub eliminację przyczyn powstawania tych problemów w procesie.
Innym bardzo prostym i przydatnym narzędziem w analizie i poprawie jakości procesów jest diagram Ishikawy, zwany również diagramem przyczyn i skutków (ang. cause and effect diagram) lub diagramem rybiej ości (ang. fishbone diagram) [10]. Diagram Ishikawy jest graficzną analizą wpływu różnych czynników oraz ich wzajemnych powiązań, wywołujących określony problem jakościowy, oraz analizą rezultatów (skutków), spowodowanych działaniem tych powiązań. Diagram porządkuje logicznie i chronologicznie przyczyny lub czynności ze względu na zdefiniowany problem. Przygotowywanie, tworzenie i analiza diagramu powinny odbywać się w grupie, składającej się z osób z różnych działów lub zespołów, wówczas diagram będzie reprezentował szerokie spektrum analizy badanego zagadnienia.
Warto zauważyć, że cele metody FMEA oraz diagramu Ishikawy są zgodne z zasadą „ciągłego doskonalenia” w metodologii Lean Manufacturing. Analizy przeprowadzone za pomocą tych metod dostarczają pomysłów, pozwalających ulepszyć procesy i wyroby. W ten sposób ich stosowanie wplata się w cykl działań, które zawarte są w „kole Deminga”.
1. Charakterystyka systemu transportowego
w jednej z kopal
ń
podziemnych
Transport przenośnikowy w przypadku analizowanej kopalni podziemnej odbywa się na 5 oddziałach. Całkowita długość ciągu transportowego wynosi 68 250 m, w którym pracuje 76 przenośników o długościach od 21 m do 2260 m [11].
System transportu taśmowego w kopalni ma za zadanie przenoszenie urobku od punktu wysypowego, gdzie urobek z maszyn odstawczych trafia na przenośnik taśmowy, a następnie jest odstawiany do urządzeń transportu szynowego lub do zbiorników transportu pionowego.
W skład tego systemu wchodzą urządzenia transportowe, jak również zbiorniki i urządzenia pomocnicze, urządzenia rozdrabniające urobek oraz urządzenia służące do przeładunku urobku z jednego środka transportu na inny [4].
W kopalniach podziemnych powszechnie stosuje się transport przenośnikami taśmowymi – jako element systemu transportu poziomego.
Podstawowym i najdroższym elementem przenośnika taśmowego jest taśma przenośnikowa. Wymiany taśm prowadzi się zazwyczaj stałymi 150-metrowymi odcinkami lub odcinkami powstałymi z uprzednich wymian. Odcinki taśm powinny być połączone, w celu uzyskania cięgna bez końca [7]. Miarą oceny trwałości połączeń powszechnie używaną jest czas kalendarzowy, jaki upłynął od chwili instalacji złącza do momentu jego zdjęcia na skutek zużycia lub uszkodzenia[1]. Połączenia taśm powinny charakteryzować się możliwie najwyższą wytrzymałością na rozciąganie oraz zapewnić prawidłową współpracę z elementami przenośnika (krążnikami, zgarniaczami, bębnami).
W kopalni wykonuje się dwa typy połączeń mechaniczne za pomocą złączek oraz wulkanizowane wykonywane w prasach wulkanizacyjnych np. prasy Wagener. Jakość wykonanego połączenia zależy od szeregu czynników, takich jak rodzaj wykonanego połączenia, właściwy dobór materiałów do łączenia oraz doś wiad-czenie i staranność osób wykonujących połączenie. Często warunki te nie są spełniane, co może prowadzić do obniżenia wytrzymałości połączeń.
2. Analiza niezawodno
ś
ci zł
ą
czy ta
ś
m przeno
ś
ników ta
ś
mowych
za pomoc
ą
diagramu Ishikawy
Analizie z wykorzystaniem diagramu Ishikawy poddano problem awarii połączeń taśm przenośników taśmowych. Zerwanie złącza taśmy przenośnikowej prowadzi do nieplanowanego przestoju w odstawie urobku.
Diagram Ishikawy jest graficzną prezentacją pogrupowanych przyczyn problemu. Stosując tę metodę, należy postępować wg algorytmu przedstawionego na rys.1.
Rys. 1. Zasada tworzenia diagramu Ishikawy
Punktem wyjścia przy tworzeniu diagramu jest pozioma oś skierowana w prawą stronę, która jest określeniem wyraźnie sformułowanego problemu (skutku) i która łączy główne kategorie przyczyn w formie pochyłych strzałek prowadzących do badanego zjawiska. Kolejnym krokiem jest określenie przyczyn, które rozdziela się na podstawowe (główne) przyczyny i podprzyczyny. Do każdej kategorii przyczyn przyporządkowane są poziome strzałki, które symbolizują główne przyczyny badanego
problemu. Wykres rozbudowywany jest przez dołączanie kolejnych przyczyn i pod-przyczyn. Wykres składa się ze strzałek wraz z opisami, łączących się w ten sposób, że główna strzałka wskazuje skutek, czyli opis niepowodzenia, które jest badane. Schemat diagramu Ishikawy zaprezentowano na rys. 2.
Przyczyny wpływające na awarie połączeń taśm przenośnikowych w sposób graficzny przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Diagram Ishikawy dla awarii złączy taśm przenośnikowych
Z powyższego diagramu nie wynika wprost, które z przedstawionych przyczyn mają największe znaczenie. W związku z czym metoda przyczynowo-skutkowa często łączona jest z innymi metodami, za których pomocą można dokładnie określić wagę problemu. Następnym etapem analizy było sporządzenie tabeli FMEA dla połączeń taśm przenośnikowych.
3. Analiza niezawodno
ś
ci poł
ą
cze
ń
ta
ś
m przeno
ś
nikowych
za pomoc
ą
metody FMEA
Analiza FMEA przeprowadzana jest w trzech zasadniczych etapach [5], na które składają się przygotowanie, właściwa analiza oraz wprowadzenie i nadzorowanie działań prewencyjnych. W trakcie etapu przygotowania zorganizowano zespół, składający się z pracowników różnych działów przedsiębiorstwa oraz eksperta z zewnątrz. Zastosowanie analizy FMEA powinno poprzedzić szkolenie pracowników odpowiedzialnych za jej wykonanie, w celu zapewnienia rzetelności i prawidłowości podejmowanych działań. Zespołem kieruje animator (moderator, lider), do którego zadań należy dobór członków zespołu i jego integracja, organizowanie pracy zespołu, przygotowywanie spotkań i nadzór nad ich przebiegiem, a także zapewnienie maksymalnej efektywności pracy.
Oceniając przyczyny wymiany połączeń taśm przenośnikowych za pomocą metody FMEA należy w pierwszej kolejności rozpisać typ stosowanych połączeń, następnie zidentyfikować błędy w procesie, ustalić skutki powodowane wystę po-waniem tych błędów oraz zidentyfikować możliwe ich przyczyny. Kolejnym krokiem w analizie jest nadanie wartości liczbowym następującym parametrom przedsta-wionym w tabeli 1.
Tabela 1. Charakterystyka parametrów wykorzystywanych w metodzie FMEA Symbol
parametru
Nazwa parametru Opis
Z
stopień zagrożenia Określa wielkość skutków, jakie powstają w wyniku pojawienia się wady podczas procesu
produkcyjnego
P prawdopodobieństwo Prawdopodobieństwo wystąpienia wady T wykrywalność Określa prawdopodobieństwo, że potencjalna wada
lub jej przyczyna ujawni się w późniejszym czasie
Wielkość ryzyka, tzw. Risk Priority Number (RPN) obliczany jest ze wzoru:
RPN = Znaczenie (Z) * Prawdopodobieństwo wystąpienia (P) * Wykrywalność (T)
Obliczenie tej wartości pozwala dać pogląd na oszacowane ryzyko oraz służy jako punkt odniesienia do kolejnych środków, które zostaną podjęte w celu optymalizacji. Wartość RPN mieści się między 1 a 1000. W przypadku podwyższonej wartości RPN zespół musi podjąć starania w celu redukcji ryzyka, za pomocą działań korekcyjnych [8]. Wysoka wartość RPN jest zatem odpowiednikiem wysokiego ryzyka w procesie. Wszystkie możliwe wady powinny zostać uporządkowane po wzrastającej wartości wskaźnika RPN oraz z taką kolejnością następuje próba usuwania błędów. Zależność parametrów S, P i T od szacowania prawdopodobieństwa ryzyka została przedstawiona na rys. 3.
Rys. 3. Skala parametrów a wielkość ryzyka [3]
Do przeprowadzenia FMEA służy specjalnie skonstruowany dokument (arkusz) FMEA. Forma, zawartość i złożoność tego dokumentu są różne i zależą od przyjętych
przy realizacji FMEA założeń. Fragment arkusza FMEA analizy niezawodności połączeń taśm przenośników taśmowych przedstawia tabela 2.
Tabela 2. Arkusz FMEA dla procesu, sporządzony w celu analizy niezawodności złączy taśm przenośników taśmowych
Pozycja/ funkcja/ operacja Możliwe błędy Skutki, które wywołują błędy Możliwe przyczyny błędów Stan obecny P ra w d o p . w y s t ą p . ( P ) [ p k t. ] Z n a c z e n ie s k u tk u (Z ) [p k t. ] W y k ry w a l-n o ś ć ( T ) [ p k t. ] R y z y k o ( C ) [ p k t. ] 1 2 3 4 5 6 7 8 Połączenia wulkanizowane taśm tekstylno- -gumowych Łączenie ze sobą taśm o różnych wytrzymałościach i wydłużalnoś -ciach Nierównomier-nie obciążone przekładki ulegające stopniowemu zrywaniu Brak przeszkolenia personelu. Nieznajomość treści norm 6 9 9 486 Nieprawidłowe szorstkowanie przekładek z gumy frykcyjnej Osłabienie taśmy w miejscu szorstkowania Brak przeszkolenia personelu 5 8 9 360 Połączenia wulkanizowane taśm z linkami stalowymi Nierównomierna grubość złącza Niedokładne wypełnienie przestrzeni między linkami Brak przeszkolenia personelu 7 6 8 336 Słaba przyczepność materiałów wulkanizacyjnych do linek stalowych Spadek wytrzymałości złącza. Wykorzysty-wanie przeterminowa-nych materiałów 6 7 8 336 Błędna obróbka linek stalowych Spadek wytrzymałości złącza. Brak przeszkolenia personelu. Nieznajomość treści norm 8 7 8 448 Niepoprawne ułożenie linek stalowych Spadek wytrzymałości złącza. Brak przeszkolenia personelu. Nieznajomość treści norm 8 8 9 576
Niewłaściwa ilość
stopni Spadek wytrzymałości złącza. Brak przeszkolenia personelu. Nieznajomość treści norm 7 6 8 336 Połączenia mechaniczne taśm Stosowanie tego typu połączeń
jako docelowych, a nie awaryjnych Niska trwałość oraz spadek wytrzymałości złącz. Brak czasu na wymianę złączy z obawy na kosztowne przestoje 10 10 10 1000
Tabela 2. cd. 1 2 3 4 5 6 7 8 Zbyt duże obciążenie przenośników Ponadgabaryto-we bryły przepuszczone przez kraty oraz inne przedmioty Obniżenie trwałości złącz lub zerwanie złącz lub taśmy Zbyt duże oczka krat, zanieczyszczo-ny urobek np. kotwą 4 6 6 144 Brak systemów monitorujących połączenia Niezauważenie przez operatora przenośnika złącz uszkodzonych Zerwanie taśmy/przestój w transporcie urobku Brak świadomości wagi problemu/ koszty, jakie ponosi kopalnia wynikające z przestoju odstawy taśmowej 8 7 7 392
Ostatni etap w analizie ryzyka awarii przenośnika taśmowego spowodowany zerwaniem taśmy z wykorzystaniem metody FMEA polega na wprowadzeniu działań korekcyjnych w miejscu wystąpienia największego PRN. Wyniki optymalizacji nanoszone są na formularz FMEA. Metoda FMEA prowadzi do rozpoznania istotnych wad, a następnie do podjęcia decyzji o sposobie eliminacji stwierdzonych defektów.
Podsumowanie
W wyniku przeprowadzonej analizy określono 4 najistotniejsze czynniki, wpływające na zmniejszenie trwałości połączeń taśm przenośnikowych. Dla połączeń wulkanizowanych taśm tekstylno-gumowych istotną wadą okazało się łączenie ze sobą taśm o różnych wytrzymałościach i wydłużalnościach.
W przypadku połączeń wulkanizowanych dla taśm z linkami stalowymi decydującymi czynnikami są błędna obróbka linek stalowych oraz niepoprawne ułożenie linek stalowych. Stosowanie połączeń mechanicznych jako docelowych, pracujących przez dłuższy czas, jest przyczyną ich uszkodzeń. Dodatkowo również brak systemu diagnostycznego połączeń może wpływać na obniżenie ich trwałości. Dobrym przykładem systemu diagnostycznego jest opatentowane urządzenie do miejscowego badania taśm przenośnikowych, którego wynalazcą jest zespół z Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej [2].
Przedstawione w referacie wykorzystanie metod doskonalenia jakości – diagramu Ishikawy oraz metody FMEA pozwala określić przyczyny zachodzących nieprawidłowości oraz wzajemnego powiązania potencjalnych przyczyn. Obydwie metody wykorzystują prostą i zrozumiała formę – wykres graficzny, tabela. Głównym zastosowaniem metod jest rozpoznawanie błędów i innych zjawisk, mających negatywny wpływ na realizację procesów produkcyjnych. Narzędzia te stosowane są także do odnajdywania miejsc powstawania błędów, ich eliminacji, a także poszukiwania środków zaradczych, aby takie zdarzenia nie miały miejsca w przyszłości.
Bibliografia
[1] Błażej R., Hardygóra M., 1996, Analiza trwałości tekstylnych taśm przenośnikowych produkcji FTT Stomil Wolbrom w KWB Turów. Nowe kierunki i doświadczenia w zakresie budowy i eksploatacji taśm transportowych i urządzeń z nimi współpracujących, IV Międzynarodowe Sympozjum. Fabryka Taśm Transportowych Stomil Wolbrom, Zakopane, 29-31.05.1996, Gliwice: UKiP, s. 63-69.
[2] Błażej R., Jurdziak L., Hardygóra M., Zimroz R., Patent. Polska, nr 216253. Urządzenie do miejscowego badania taśm przenośnikowych Int. CI. B65G 43/02. Zgłosz. nr 393273 z 14.12.2010, opubl. 31.03.2014/Politechnika Wrocławska, Wrocław, PL.
[3] Burduk A., 2012, Assessment of risk in a production system with the use of the FMEA analysis and linguistic variables, [w:] Lecture Notes in Computer Science, Lecture Notes in Artificial Intelligence, 7th International Conference HAIS 2012, vol. 7209, Salamanca Spain.
[4] Franasik K., Żur T., 1983, Mechanizacja podziemnych kopalń rud, Wyd. Śląsk, Katowice.
[5] Hamrol A., Mantura W., 2011, Zarządzanie jakością: teoria i praktyka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Poznań.
[6] Kraszewski R., 2005, Zarządzanie jakością. Koncepcje, metody i narzędzia stosowane przez liderów światowego biznesu, Dom Organizatora TNOiK, Toruń.
[7] Taśmy przenośnikowe i inne produkty gumowe – poradnik, 2008, Fabryka Taśm Transporterowych Stomil Wolbrom S.A., Wolbrom.
[8] May, P., Ehrlich, H.C., Steinke, T., 2006, ZIB Structure Prediction Pipeline: Composing a Complex Biological Workflow through Web Services, [w:]: W.E. Nagel, W.V. Walter, W. Lehner (red.) Euro-Par 2006, LNCS, vol. 4128, Springer, Heidelberg s. 1148--1158. [9] Urbaniak M., 2004, Zarządzanie jakością. Teoria i praktyka, Difin, Warszawa.
[10] Krzemień E., 2004, Zintegrowane zarządzanie – aspekty towaroznawcze: jakość środowisko, technologia, bezpieczeństwo, Wydawnictwo Śląsk, Katowice-Warszawa. [11] Kirjanów A., 2013, Badanie przyczyn wymiany połączeń taśm przenośnikowych
