Miksi toleranssit?

Miksi tuotteisiin suunnitellaan toleranssit? Onko tuttua?

• Manuaalikokonpanossa osat eivät mahdu paikalleen ilman sovittamista, työstämistä tai vaihtamatta osia toisiin.
• Robottikokoonpanossa linjojen käyttöasteet ovat alhaiset, linjat pysähtelevät jatkuvasti.
• Testauksessa tai asiakkaalla huomataan, että tuote ei toimi suunnitellusti.

Kaikissa kolmessa tapauksessa kokoonpanoon käytettävä aika kasvaa ja vaihtelee rajusti. Ajan kasvaminen laskee tuottavuutta ja vaihtelu laskee ennustettavuutta. Käytännössä ei tiedetä paljonko tarvitaan miehitystä ja ehditäänkö vuoron aikana suorittaa kaikki työt ajallaan.

Taustaa, mitä toleranssit mahdollistivat

Eli Whitney loi yhden keskeisistä tuottavuuskonsepteista, joka mahdollisti töiden osittamisen ja alihankintaketjujen luomisen. Hän loi konseptin, kuinka hallita raaka-aineista ja valmistuksesta muodostuvaa vaihtelua (poikkeamia). Tämä konsepti syntyi ratkaisuksi käytännön ongelmaan, kuten moni muukin merkittävä idea.

Idea on lähtöisin 1800-luvun alusta. Eli halusi valmistuttaa musketteja (vanha ase). Pian hän huomasi, että osista tule erilaisia, vaikka kuinka yritettiin tehdä osista samankaltaisia. Elin oli luovuttava samankaltaisuuden ajattelusta ja hyväksyttävä poikkeamat.

Toleranssit, Total Range, ovat standardin (ANSI Y14.5M-1982(R1988)) mukaan: ”Kokonaismäärä, jolla annettu dimensio voi vaihdella tai ero rajojen välillä.”

Japanilainen pragmaattinen tiedemies Genichi Taguchi on määritellyt toleranssit toisin: ”Toleranssit ovat taloudellisesti muodostetut operointi-ikkunat funktionaaliselle vaihtelulle, jossa optimoidut ohjaustekijöiden yhdistelmät asettavat rajat asiakashävikille.”

Molemmista määritelmistä havaitaan, että tavoitteena on hallita vaihtelua. Taguchi sitoi poikkeaman rahaan, hävikkiin (loss), jota syntyy aina kun poiketaan tavoitteesta. Tavoite kuvaa kilpailutekijän tavoitearvoa, joka täyttää asiakkaan odotukset. Taguchi loi myös funktion, jota voidaan käyttää toleranssisuunnittelussa. Funktio tunnetaan nimellä Taguchin hävikkifunktio. Kaavasta (kuva 2) voidaan havaita, että kustannukset kasvavat neliöllisesti kun poiketaan tavoitteesta. Mitä enemmän poikkeamia, sitä enemmän hävikkiä.

Taguchi oli merkittävässä roolissa 1950-luvulla, kun hän opetti insinööreille, kuinka tuotteet suunnitellaan (mitoitetaan ja toleroidaan), jotta hävikki asiakkaalla olisi minimissä. Tänä päivänä Leanin yhteydessä on usein tutustuttu termiin hukka (waste), joka on seurausta hävikistä. Mitä enemmän poikkeamia, sitä enemmän tarvitaan resursseja tämän poikkeaman hallintaan. Jos ei olisi poikkeamia, voitaisiin optimoida resurssit täydellisti nyt ja tulevaisuudessa.

Samaa ajatusta (laatu = kääntäen verrannollinen vaihteluun) edisti myös W.E. Deming ketjureaktiossaan (kuva 3). Laadun parantaminen vähentää kustannuksia, häiriöitä ja viiveitä, jotka mahdollistavat koneiden, laitteiden ja henkilöiden sekä materiaalien käyttöasteen kasvattamisen. Paremmasta käyttöasteesta seuraa tuottavuus. Parempi laatu ja kustannustehokkuus ovat vastaavasti kilpailutekijät, jotka mahdollistavat yrityksen pysymisen markkinoilla ja takaa parhaiten työntekijöille työpaikat.

Toleranssien suunnittelu

Vuosisatojen saatossa toleranssien kehittämiseen on luotu erilaisia strategioita. Karkeasti toleroiminen jaetaan tekniseen prosessiin (insinööriprosessi) ja kommunikointiin (toleranssien merkitseminen suunnitelmiin ja piirustuksiin). Ensin mainittu voidaan toteuttaa analyyttisillä tai kokeellisilla menetelmillä. Jälkimmäinen käsittelee kommunikointia, johtamista ja valmistamismenetelmiä.

Toleranssien suunnittelutaktiikat taas voidaan jakaa karkeasti pahimmantapauksen malliin, tilastollisiin menetelmiin, dynaamisiin tilastollisiin menetelmiin (Six Sigma) ja mitattuun dataan.

Onpa taktiikka mikä tahansa, oleellista olisi ymmärtää ja huomioida huonon suunnittelun vaikutus tuottavuuteen ja kilpailukykyyn.

Joseph Juran on useissa kirjoituksissaan todennut, että noin kahdeksankymmentä prosenttia tuotteen kustannuksista päätetään suunnitteluvaiheessa. Jos suunnittelua laiminlyödään, niin kilpailukyvyn luomista tuotanto- / toteutusvaiheessa voi olla vaikeaa saavuttaa.

Tänä päivänä vaatimusten suunnittelu (toleranssien suunnitteleminen) lähtee liikkeelle asiakkaasta ja lopuksi tulos vahvistetaan asiakasvaatimuksia vasten. Kuvassa Taguchin esittämä toleranssien suunnitteluprosessi. Prosessi perustuu Taguchin hävikkifunktion käyttämiseen suunnittelussa. Kuvan prosessi toimii myös yleisohjeena suunnitteluun.

Toleranssit ja hukka

Toleranssien suunnittelu on vaativaa, kuten kaikki suunnittelu. Toleranssien suunnittelu on yksi keino hallita vaihtelua. Jos vaihtelun hallintaa ei tehdä suunnitteluvaiheessa, niin sitten tarvittava vaihtelun hallinta tehdään tuotannon aikana tai pahimmillaan asiakkaalla tuotteen käytön aikana takuu- ja reklamaatiokorjauksina.

Vaihtelun hallinta tapahtuu joko kasvattamalla kapasiteettia (yliresurssointia), suunnittelemalla tuotteet uudestaan tuotannon aikana tai erottelemalla tuotteet hyviin ja huonoihin valmistuksen jälkeen. Asiakkaalla tämä tarkoittaa asiakkaan ajan tai resurssien käyttöä esiin nousevien ongelmien kompensoimiseen. Joka tapauksessa tämä aiheuttaa hukkaa, mutta tämä hukka on välttämätöntä tuotteiden valmistumisen ja/tai käyttämisen kannalta.

Aalto-yliopiston kansainvälisen kaupan professori Pertti Haaparanta kirjoitti blogissaan, että Suomen viennin merkittävin rakenteellinen ongelma liittyy laatuun.

Lähteet:

1. Deming, W. E. 1983. Out of the Crisis. MIT
2. Juran, J. M & Juran, A. D. F. 2010. Juran’s Quality Handbook – The Complete Guide to Performance Excellence. Mc Graiw Hill
3. Taguchi, G. 2005. Taguchi’s Quality Engineering Handbook. Wiley
4. Blogiartikkeli: Suomen vientituotteet ovat huonompia kuin kilpailijamaissa (2.10.2015)