Aplicación del modelo Seis-Sigma en la solución de un problema de ensamble del cajón en un refrigerador

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1 JORNADA INTERNACIONAL DE INNOVACIÓN Y CALIDAD 2012 EDITORES A. YOGUEZ Y M. LÓPEZ Aplicación del modelo Seis-Sigma en la solución de un problema de ensamble del cajón en un refrigerador 1,* Ma. Guadalupe Plaza, 1 José Martín Medina Flores, 1 José Alfredo Jiménez García, 2 Sandra Téllez Vázquez 1 Ingeniería en Procesos de Manufactura, Universidad Politécnica de Guanajuato, Av. Universidad Norte S/N, Localidad Juan Alonso, Cortázar, Gto., C.P , México 2 Licenciatura en PYMES, Universidad Politécnica de Guanajuato, Av. Universidad Norte S/N, Localidad Juan Alonso, Cortázar, Gto., C.P , México Resumen El presente trabajo trata sobre la aplicación de la metodología de seis sigma (DMAIC) para resolver un problema de roces y caídas en un cajón ensamblado en los productos de una compañía de electrodomésticos. Al término de este proyecto se logró una mejora significativa al aumentar la capacidad del proceso de Z=1.07 a Z= 3.17 evaluada en un estudio de tolerancias geométricas y validada estadísticamente. Además se tuvo un impacto en la reducción de los costos, del orden de 30,000 USD anuales, cuantificados en llamadas de servicio más los costos no cuantificados de paros de línea y reproceso, lo anterior se logro sin inversión adicional, únicamente fue necesario controlar los factores del proceso que se determinaron como importantes entre otros el choque térmico de los materiales involucrados. Palabras clave Seis Sigma, DMAIC, Tolerancias Geométricas, Choque Térmico. 1. Introducción Las empresas que buscan permanecer y crecer en el mercado necesitan de metodologías que les ayuden a mejorar continuamente la calidad de sus productos y disminuir sus costos, Seis Sigma es una visión que reta la forma de pensar con relación a la calidad e involucra una visión y filosofía de compromiso con los clientes para ofrecer productos con la más alta calidad al menor costo. Es también una aplicación práctica de herramientas y métodos estadísticos organizadas en dos metodologías conocidas como DMAIC, cuyas siglas significan: Definir, Medir, Analizar, Mejorar y Controlar; y DMADV que significa: Definir, Medir, Analizar, Diseñar y Verificar. Ambas se enfocan a lograr niveles de calidad del % que arrojen únicamente 3.4 defectos por millón de oportunidades [1]. Esta metodología promueve mediante la correcta generación y análisis de datos evitar la toma de decisiones basadas únicamente en la intuición o presentimientos, para que éstas se conviertan en decisiones basadas en hechos y resulten en casos de éxito [2-4].La fabricación de un refrigerador comúnmente involucra varios procesos de ensamble como son: a) El compartimento interior o caja de alimentos; b) Las puertas; c) El sistema de enfriamiento; d) Los anaqueles ensamblados en puertas y e) Los cajones ensamblados en el compartimento interior. Es común encontrar en el proceso de ensamble problemas de ajustes entre los que se encuentran roces o espacios excesivos. Para minimizar los efectos causados por los problemas mencionados es importante conocer los componentes que conforman el ensamble, así como las variables que involucran, a fin de realizar un diseño de tolerancias adecuado que evite los problemas de ajustes. Sin embargo; un defecto de ensamble no solo involucra el diseño de las partes o componentes, sino también las capacidades de los procesos que manufacturan dichos componentes, es decir, debe considerarse la variación de las tolerancias en el diseño de los diferentes componentes. En el presente trabajo se hace uso de la metodología Seis Sigma DMAIC para resolver un problema de roces y caídas de un cajón ensamblado en el compartimento de un refrigerador. Dicho ensamble involucra: (1) La cubierta

2 del cajón, (2) El soporte de la cubierta y (3) El compartimento del refrigerador, esta última está formada por tres materiales, La capa exterior de metal, la capa intermedia de poliuretano y la capa interior de plástico. El ensamble se muestra en la Figura 1. 3)Compartimento 2)Soporte 1)Cubierta Figura 1. Ensamble de cajón en compartimento del refrigerador. 2. Metodología La metodología empleada en este trabajo es la utilizada en la filosofía seis sigma, esta consta de cinco fases las cuales son definir, medir, analizar, mejorar y controlar [5]. 2.1 Definición del problema Durante la realización de la prueba de funcionamiento de los refrigeradores se detecta que la cubierta del cajón se cae, este problema no se ve hasta que el refrigerador se enfría, y representa el 30% de las unidades que se someten a esta prueba. El problema también se presenta en unidades que se han vendido y representa un índice de llamadas de servicio del 0.038, este índice se calcula de la relación entre unidades reportadas con falla y las unidades vendidas. Por otro lado, el registro de un mes de producción donde la cubierta de cajones roza con las paredes de la caja del refrigerador ha llegado a representar hasta el 80% de la producción. En la figura 2 se muestra como la cubierta del cajón se sale del soporte, (esta figura es una ampliación del soporte 2 mostrado en la figura 1). Figura 2. Cubierta del cajón fuera del soporte. Como parte de la definición se incluye un análisis de tolerancias del diseño de este ensamble con el fin de entender el efecto de la variación de los componentes, estos se muestran en la Figura 3, los resultados de este estudio de tolerancias se muestran en la Tabla 1 [6].Las unidades de medida de la tabla uno son cm.

3 Tabla 1. Análisis de tolerancias inicial Información de las variables Tolerancias Factor media Desv. Estandar Inferior Superior Ancho interior 18,295 0,0215 0,15 0,15 Long.del soporte 0,55 0,0015 0,007 0,007 Ancho parrilla 18 0,0084 0,039 0,039 Espacio resultante Y Límite superior para la Y Límite Inferior para la Y ,45 media Desv. Estandar 0,1 0,255 0,023 Z LT 6,62 Soporte Ancho interior Espacio interior Cubierta Figura 3. Componentes del ensamble analizado. En el estudio de tolerancias mostrado en la Tabla 1, la variable de salida se plantea utilizando ecuación (1). (1) Sus tolerancias son: Superior=0.45, Inferior= 0.1 Arriba de la tolerancia especificada, se presentaría el problema de roces ya que la cubierta quedaría más grande que el soporte y pegaría en las paredes de compartimento, abajo de la tolerancia especificada se presentaría el problema de caída del cajón ya que quedaría un espacio entre el soporte y la cubierta. De acuerdo al análisis el valor de Z es de 6.62 lo cual indica que los defectos esperados debieran prácticamente ser cero, sin embargo estos no son los resultados reales, por lo que se puede concluir que el diseño está omitiendo alguna variable o que existen errores en la medición de algunas de las que si se incluyen, esta información es de suma importancia en las siguientes etapas del análisis. El proceso involucrado inicia cuando se reciben los gabinetes o compartimentos del refrigerador y se colocan en moldes los cuales pasan por un precalentamiento para posteriormente ser espumados este paso se ejecuta rellenando el compartimento con una resina e isocianato, estos reaccionan exotérmicamente a una temperatura aproximada de 90 grados centígrados, una vez que pasa el tiempo de esta reacción se limpia y pasa al proceso de ensamble. El diagrama del proceso se muestra en la Figura 4.

4 Percent Sample Range Sample Mean Average Plaza, Medina-Flores, Jiménez-García, Téllez Vázquez, UPGto, Cortázar, México Recepción de gabinetes ensamblados Precalentamiento De moldes Espumado Limpieza Variables involucradas: Temperatura Temp. Molde C Temp. Placas C temp. Iso C temp. Poliol C peso seco grs Relación I/P Estación-Molde Espuma Plastico TEMPERATURA CONTROLADA 30 C en promedio Espera a que el cabezal este disponible Figura 4. Diagrama de flujo del proceso involucrado 2.2 Medición Como parte de la medición se consideran los siguientes puntos: 1. Se valida el método de medición del ancho del compartimento del refrigerador ya que es la única variable del proceso de fabricación considerada en el estudio de tolerancias. La Figura 5 muestra el resultado de gage RR, donde el % de variación en la medición es de 0.87% con 162 categorías, conforme a estos resultados se descarta un problema en el método de medición. Gage R&R (ANOVA) for datos Gage name: Date of study: Reported by: Tolerance: Misc: GUADALUPE PLAZA Source %Contribution %Study Var Total Gage R&R Repeatability Reproducibility operador Xbar Chart by operador R Chart by operador 1 2 X= SL= SL= SL= unidad 18.2 operador*unidad Interaction By operador operador 1 2 Part-To-Part Total Variation Number of Distinct Categories = Components of Variation R= SL=0.00E+00 %Total Var %Study Var operador By unidad Gage R&R Repeat Reprod Part-to-Part 17.2 unidad Figura 5. Resultado del gage RR para la variable ancho del compartimento del refrigerador. 2. Se realiza una línea base para la variable. El plan de la línea base se realizó considerando las condiciones del proceso de fabricación que se describen a continuación: Moldes: Donde se coloca el compartimento del refrigerador Choque térmico: Temperatura del molde después de la reacción de espuma vs temperatura Ambiente Condiciones de proceso: Variables mencionadas en la Figura 4 Plan

5 IZ3.5 middle Process Performance Actual (LT) Plaza, Medina-Flores, Jiménez-García, Potential (ST) Téllez Date: Vázquez, UPGto, Cortázar, México Project: Juntar las mediciones LSL de un día para USL formar un solo subgrupo Department: Capturar subgrupos de datos históricos de meses con Process: condiciones de ambiente contraste a fin de poder Characteristic: evaluar el choque térmico sobre la Y 1,000,000 Los resultados de la línea base se presentan en la Figura Actual (LT) 6. ort 2: Process Capability for IZ3.5 middle 100,000 Report 1: Executive Summary Potential (ST) Opportunity: Process Demographics Reported by: Units: Upper Spec: Lower Spec: Nominal: Xbar and S Chart T) Capability Tolerance I I Actual (LT) Capability Process Tolerance S= , SL= SL= X= SL= SL=0.00E+00 Capability Indices ST LT Mean StDev Z.USL Z.LSL Z.Bench Z.Shift P.USL P.LSL P.Total Yield 100 PPM 0 Cp 2.87 Cpk 1.56 Pp Ppk Process Benchmarks Sigma (Z.Bench) Actual (LT) Potential (ST) PPM Multi-Vari Chart for IZ3.5 middle By molde. - epoca molde I I ications Specifications Data Source: Time Span: Data Trace: epoca Figura 6. Resultados de línea base. De la información obtenida en la línea base se puede concluir que la tecnología es buena ya que el valor potencial de Z= 7, sin embargo; existe un problema de control, esto lo podemos concluir porque la variación más grande se encuentra entre los subgrupos. Por las variables consideradas se puede interpretar que el choque térmico esta impactando. Para entender más este efecto se grafica un conjunto de datos históricos del ancho del compartimento del refrigerador para ver si existe una variación en el tiempo. Los resultados se muestran en la Figura 7, en la cual se puede apreciar una tendencia en el tiempo. Report 2: Process Capability for IZ4 r. I and MR Chart SL= X= SL= Observ SL= R= SL=0.00E+00 Potential (ST) Capability Actual (LT) Capability Process Tolerance Process Tolerance Capability Indices ST LT Mean StDev Z.USL Z.LSL Z.Bench Z.Shift P.USL P.LSL P.Total Yield PPM 0 0 Cp 9.61 Cpk 8.06 Pp 6.11 Ppk Specifications Specifications Data Source: Time Span: Data Trace: Figura 7. Datos de varios meses del ancho del compartimento del refrigerador. 2.3 Análisis En la literatura abierta se encuentra que los procesos que involucran poliuretanos sufren un choque térmico y su estructura molecular final se ve afectada esto se relaciona con el ancho interior que puede estar variando debido a

6 este efecto (expansión o contracción del relleno de compartimento) [7], por lo tanto, conforme a la información obtenida en el estudio de tolerancias, este efecto se puede estar presentando en la estructura del compartimento del refrigerador, y debería contemplarse en este estudio, para cuantificar este efecto se realiza un análisis en tres etapas que son: 1.-Cuantificar y/o validar el efecto de la temperatura ambiente en los anchos interiores durante la fabricación del compartimento. 2.-Cuantificar y/o validar el cambio en los anchos interiores al conectar el refrigerador 3.-Incluir estos resultados en el estudio de las tolerancias. 1.-El efecto de la temperatura ambiente en los anchos interiores durante la fabricación del compartimento se analizó mediante un diseño de experimentos considerando la temperatura ambiente como variable y los niveles se establecieron de acuerdo a las temperaturas promedio que se presentan en el año y son: Nivel 1: 10 Centígrados Nivel 2: 24 Centígrados Nivel 3: 32 Centígrados El tamaño de muestra en cada nivel se calcula para un 90% de poder de prueba y se usa minitab para este cálculo. Power and Sample Size One-way ANOVA Sigma = Alpha = 0.05 Number of Levels = 3 Corrected Sum of Squares of Means = Means = , , Sample Target Actual Size Power Power Tamaño de muestra = 4 Este valor se calcula usando los promedios históricos del ancho interior obtenidos en las tres temperaturas promedio usadas en los tres niveles. A continuación se muestran los resultados del anova [8] aplicada al resultado de los experimentos realizados. En la Figura 8 se muestra la gráfica de los resultados, en esta podemos ver una diferencia entre los anchos interiores entre cada valor de temperatura ambiente. One-way Analysis of Variance Analysis of Variance for FF widht Source DF SS MS F P Temp. Am Error Total Individual 95% CIs For Mean Based on Pooled StDev Level N Mean StDev (----*----) (----*----) (----*----) Pooled StDev =

7 FF widht middle Plaza, Medina-Flores, Jiménez-García, Téllez Vázquez, UPGto, Cortázar, México Temp. Amb. Exterior C Figura 8. Box-plot de los tres niveles de temperatura contra los anchos interiores. Las conclusiones de esta primera etapa es que la temperatura ambiente (choque térmico) es un factor significativo en los anchos interiores durante la fabricación del compartimento. 2.-El cambio en los anchos interiores al conectar la unidad se realizó midiendo 15 refrigeradores antes de conectarse y 24 horas después de estar funcionando. Los resultados de estas pruebas se muestran en la Figura 9 en la cual se puede apreciar que existe una diferencia entre los anchos antes y después de estar funcionando. Figura 9. Anchos interiores antes y después de estar trabajando. Las conclusiones de esta segunda etapa es que existe un cambio en los anchos interiores al conectar las unidades, el promedio y la desviación estándar obtenidas son: Promedio= Desviación estándar= El estudio de las tolerancias se realizó incluyendo los valores del impacto promedio del choque térmico sobre el ancho interior, es decir lo que puede aumentar. La Tabla 2 muestra el resultado obtenido. Tabla 2. Análisis de tolerancias incluyendo el impacto del choque térmico Información de las variables Tolerancias Factor media Desv. Estandar Inferior Superior Ancho interior 18,295 0,0215 0,15 0,15 Long.del soporte 0,55 0,0015 0,007 0,007 Ancho parrilla 18 0,0084 0,039 0,039 Choque térmico 0,11 0,0350 0,11 0,11 Espacio media Desv. Estandar resultante Y Z LT Límite superior para la Y 0,45 0,145 0,042 1,07

8 En este análisis la variable de salida se determina con la ecuación (2). (Ancho de parrilla + Longitud del soporte)-(ancho interior + efecto térmico) (2) Las conclusiones de este segundo análisis de tolerancias es que cuando agregamos el efecto del choque térmico el diseño no es capaz de absorber la variación de los otros componentes y el efecto será caída de cajones cuando se tenga el valor máximo del choque térmico y roces cuando este en el valor mínimo. 2.4 Mejora De acuerdo al planteamiento del problema en la etapa de definición y a los resultados obtenidos acerca del comportamiento del choque térmico podemos concluir que el diseño además de contemplar el ancho interior del compartimento del refrigerador debe considerar el choque térmico que sufren los materiales del que está formado, a fin de que la cubierta pueda ser ensamblada en el proceso y además una vez que el cliente conecte la unidad la cubierta no se caiga. La mejora propuesta consiste en modificar el diseño del soporte considerando los aspectos señalados anteriormente, además considerando que el costo del cambio sea el más bajo posible, la Figura 10 muestra el plano donde se señala en verde dicho cambio que consiste en ampliar la longitud final del soporte. La tabla 3 muestra el estudio de tolerancias incluyendo este cambio y como se puede observar el resultado en los niveles de calidad pasan de 1.07 a 3.17 en el valor de Z. Ampliación Figura 10. Cambio en el diseño del soporte. Tabla 3. Análisis de tolerancias contemplando en cambio de diseño del soporte Información de las variables Tolerancias Factor media Desv. Estandar Inferior Superior Ancho interior 18,295 0,0215 0,15 0,15 Long.del soporte 0,755 0,0015 0,007 0,007 Ancho parrilla 18 0,0084 0,039 0,039 Choque térmico 0,11 0,0350 0,11 0,11 Espacio 0.35 resultante Y Límite superior para la Y 0,45 media Desv. Estandar Z LT Límite Inferior para la Y 0,2 0,35 0, Control

9 El gran reto de la metodología Seis Sigma además de lograr mejorar los procesos, es mantener estos resultados durante su operación diaria. Esto requiere de la estandarización de los procesos, lo cual se logra mediante el correcto diseño de los métodos de trabajo, la capacitación oportuna del personal y del monitoreo y control de las operaciones. En este proyecto se realizaron varias acciones para lograr este fin: a.- Se realizó el cambio al diseño mediante el procedimiento de control de cambios de la organización que entre otras cosas implica la revisión y aprobación del cambio de las diferentes áreas de la organización, calidad, producción, compras y el cliente. b.- Se anexo al plan de control el monitoreo de la dimensión del soporte, la figura 11 muestra un gage pasa no pasa que se estableció para estos fines, la fabricación de este gage se realiza para facilitar la toma de datos. c.- Se modificaron las ayudas visuales de apoyo al operador (previamente se informó dicho cambio). Los elementos que no se modificaron continuaron controlándose de la misma forma que se tenía previo al proyecto. Figura 11: Pasa no pasa del soporte Una vez implementada la mejora se validan los resultados con muestras de tres meses de la producción normal para considerar el proyecto concluido. La tabla 4 muestra los resultados obtenidos. Tabla 1: Resultados de la variable de salida obtenida contra la esperada en el estudio de tolerancias Unidad Ancho interior antes de choque térmico Ancho interior despues de choque térmico Diferencia Thermal Y Gap-real obtenida Gap-esperado Y esperada Estos resultados se evaluaron mediante una prueba t para evaluar si existe diferencia entre la respuesta esperada en el estudio de tolerancias y la realmente obtenida, los resultado se muestran en la figura 12. Two Sample T-Test and Confidence Interval Two sample T for real vs espe N Mean StDev SE Mean real espe % CI for mu real - mu espe: ( , ) T-Test mu real = mu espe (vs not =): T = P = 0.35 DF = 14 Both use Pooled StDev = Figura 12: resultados de la prueba t

10 El resultado que se obtiene es que en la producción de los tres meses evaluados el modelo planteado en el estudio de tolerancias con el cambio de diseño realizado se mantiene, esto en base al valor de P = 0.35 que acepta la hipótesis de igualdad de promedios. 3. Conclusiones Como una conclusión grafica se anexa la figura 13 que muestra como en el antes de la mejora la cubierta del cajón se encuentra fuera del soporte lo que provoca que el cajón se caiga, en el después de la mejora se puede observar como la cubierta del cajón queda sobre el soporte y sin rozar la pared del compartimento del refrigerador. Otro aspecto importante es que para implementar la mejora, no fue necesaria ninguna inversión ya que el costo del soporte con el nuevo diseño se mantuvo. El impacto económico que se desprende de la eliminación de este problema directamente es en las llamadas de servicio por parte de cliente son del orden de 30,000 USD anuales, además de los beneficios no cuantificados económicamente tanto de de paros de línea como de reproceso. Antes de la mejora Z= 1.09 Después de la mejora Z= 3.17 Figura 13: Conclusiones graficas) Referencias 1. Theodore T. Allen, 2006, Introduction to Engineering Statistics and Six Sigma, 1 rd Edition, Springer Science, Germany 2. Satya S. Chakravorty,2009, Six Sigma programs: An implementation model, International Journal of Production Economics. 3. M. Sokovic, D. Pavletic, S. Fakin., 2005, Application of Six Sigma methodology for process design, Journal of Materials Processing Technology. 4. U.Dinesh Kumar, David Nowicki, José Emmanuel Ramírez-Márquez, Dinesh Verma,, 2008, Production On the optimal selection of process alternatives in a Six Sigma implementation, International Journal of Production Economics. 5. Praveen Gupta., 2004, Six sigma business scorecard 1 rd Edition,. McGraw-Hill, New York 6. Fritz Scholz, 1995, Tolerance Stack Analysis Methods, Research and Technology Boeing Information & Support Services, Seattle WA. 7. E.J.Hearn.,1997, Mechanics of Materials 3 rd Edition, Butterworth-Heinemann,Oxford 8. Douglas C. Montgomery., 1997, Desing and analysis of experiments, 4 rd Edition, John Wiley & sons, New York.