Κεφάλαιο 3

Βασικές αρχές δυναμικού ελέγχου βάρους
και στατιστικός έλεγχος διεργασιών (SPC)

Σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα, ο μέσος όρος του βάρους των συσκευασιών μιας παρτίδας (lot ή batch) πρέπει να είναι ίσος ή μεγαλύτερος από το βάρος που είναι τυπωμένο στην ετικέτα, ενώ καμία ατομική συσκευασία δεν πρέπει να ζυγίζει σημαντικά λιγότερο ή περισσότερο από το τυπωμένο βάρος. Για την κάλυψη των απαιτήσεων της νομοθεσίας, τόσο ο χειριστής όσο και ο επιβλέπων του δυναμικού ελεγκτή βάρους πρέπει να κατανοήσουν τις αρχές του δυναμικού ελέγχου βάρους και του Στατιστικού Ελέγχου Διεργασιών (SPC). Η γνώση αυτή θα επιτρέψει τη μείωση των προβλημάτων που σχετίζονται με τα ελλιποβαρή ή υπέρβαρα προϊόντα.

3.1 Στατιστική ανάλυση των δεδομένων

Τα προϊόντα που κινούνται στην γραμμή παραγωγής εκτίθενται σε πολλά τυχαία γεγονότα όπως ρεύματα αέρα, αύξηση τάσης, υγρασία, εναλλασσόμενη πυκνότητα προϊόντος και διάφορες επιδράσεις από τον μηχανολογικό εξοπλισμό πλήρωσης.

Λόγω αυτών των τυχαίων γεγονότων, η διαδικασία πλήρωσης δεν μπορεί να είναι πάντα απόλυτα ακριβής. Το βάρος θα διαφέρει κάθε φορά από συσκευασία σε συσκευασία και καθώς οι παράγοντες που επηρεάζουν την πλήρωση είναι σπάνια, τα βάρη θα ακολουθούν τους νόμους της κανονικής κατανομής (δείτε Εικόνα 3.1).

Εικόνα 3.1: Κανονική Κατανομή

Για προϊόντα που ακολουθούν την κανονική κατανομή, το 68% των τιμών έχει μία τυπική απόκλιση ±1 από τη μέση τιμή (μ) του συνολικού αριθμού τεμαχίων της παραγωγής, το 95% των τιμών έχει τυπική απόκλιση ±2, ενώ στο 99,7%  παρατηρείται μία τυπική απόκλιση ±3. Αυτός ο κανόνας, γνωστός ως «68-95-99.7», υποστηρίζει ότι, σε κανονική κατανομή, σχεδόν όλες οι τιμές έχουν τυπική απόκλιση ±3 από τη μέση τιμή.

Για την κατανόηση της σταθερής κατανομής, θα πρέπει κανείς να γνωρίζει δύο όρους της στατιστικής: τη Μέση Τιμή, που συμβολίζεται με μ και την Τυπική Απόκλιση, που συμβολίζεται με σ.

Σημείωση: η μέση τιμή συμβολίζεται επίσης με x (x-bar) και περιγράφει τη μέση τιμή ενός συνόλου τιμών, κυρίως αντιδιαστέλλοντας τη μέση τιμή ενός δείγματος (x) προς την μέση τιμή μιας ομάδας προϊόντων (μ).

Μέση τιμή

Η Μέση τιμή ή αριθμητικός μέσος ισούται με το άθροισμα όλων των παρατηρήσεων προς το πλήθος των παρατηρήσεων. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε 5 κιβώτια με τα εξής βάρη: 8, 9, 10, 18, 20 όπως αυτά εμφανίζονται στην Εικόνα 3.2.

Εικόνα: 3.2: Μέσο βάρος 5 κιβωτίων

Το μέσο βάρος είναι (8+9+10+18+20)/5=13kg

Για την αποφυγή ελλιποβαρών προϊόντων, το βάρος-στόχος για την διαδικασία συνήθως ορίζεται λίγο πιο πάνω από το βάρος που τυπώνεται στην ετικέτα. Αν το μέσο βάρος ισούται ή είναι λίγο πιο πάνω από το βάρος-στόχο, υπάρχει σημαντική πιθανότητα η εταιρεία να παράγει ένα νομικώς συμμορφούμενο προϊόν, χωρίς αυτό να είναι 100% σίγουρο. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη και η διακύμανση των βαρών.

Ας υποθέσουμε στην Εικ. 3.2 ότι το βάρος που είναι τυπωμένο στο κιβώτιο ισούται με 10kgr, το βάρος-στόχος με 11kgr, ενώ το μέσο βάρος παραμένει 13kgr. Παρατηρούμε λοιπόν ότι η παραγωγή βρίσκεται πάνω από τον στόχο και το βάρος που ορίζεται από τις νομικές προδιαγραφές. Παρατηρώντας ωστόσο τα ατομικά βάρη μπορεί κανείς να διαπιστώσει ότι τα δύο κιβώτια είναι ελλιποβαρή, το ένα είναι ακριβές, και τα άλλα δύο υπέρβαρα.

Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, η μέση τιμή, αν και γίνεται αποδεκτή σύμφωνα με τα προκαθορισμένα κριτήρια, δεν ενημερώνει με ακρίβεια το χειριστή σχετικά με θέματα που αφορούν την υγιεινή και την συμμόρφωση. Απαιτείται λοιπόν και μία δεύτερη τιμή που να δηλώνει πόσο αποκλίνει το βάρος κάθε κιβωτίου από τη μέση τιμή, ή με άλλα λόγια ποια είναι η διασπορά των τιμών.

Τυπική Απόκλιση

Η τυπική απόκλιση ενός πληθυσμού περιγράφει την διασπορά ή διακύμανση των αποτελεσμάτων ζύγισης από τη μέση τιμή μιας κανονικά κατανεμημένης ομάδας προϊόντων. Στην Εικόνα 3.3, οι δύο καμπύλες έχουν την ίδια μέση τιμή, αλλά διαφορετική τυπική απόκλιση. Συγκεκριμένα, η κόκκινη καμπύλη έχει μεγαλύτερη τυπική απόκλιση από την πράσινη.

Εικόνα 3.3: Δύο διαφορετικές κανονικές κατανομές

Δείτε τις κάθετες γραμμές μ-1σ και μ+1σ στην Εικόνα 3.1. Οι γραμμές αυτές αναπαριστούν τα όρια ανάμεσα στα οποία το 68% των δεδομένων του βάρους θα έχουν τυπική απόκλιση ±1 από τη μέση τιμή. Οι γραμμές αυτές θα κινούνται όσο θα αλλάζει η τυπική απόκλιση, όμως τα ποσοστά μεταξύ τους θα παραμένουν σταθερά.

Στο παράδειγμα της Εικόνας 3.2, η τυπική απόκλιση είναι 5.6kgr και η μέση τιμή 13kgr. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα της Εικόνας 3.1, γνωρίζουμε ότι το βάρος του 68% του συνόλου των σακών θα κυμαίνεται μεταξύ 7.4kgr και 18,6kgr. Ωστόσο το αποτέλεσμα αυτό δεν περιέχει σημαντική πληροφορία καθώς αφορά μόνο στο 68% των σακών.

Για να βρείτε την τυπική απόκλιση στο προηγούμενο παράδειγμα, χρησιμοποιήστε τον τύπο και ακολουθήστε τα βήματα που περιγράφονται παρακάτω.

Όπου (x₁, x₂, ... x_N) είναι οι τιμές και x η μέση τιμή του δείγματος. Το S είναι η τυπική απόκλιση του δείγματος και συμπίπτει με την διασπορά σ του δείγματος.

Για κάθε τιμή x, αφαιρείτε τη συνολική μέση τιμή (x) από την τιμή x, υψώνετε το αποτέλεσμα στο τετράγωνο και προσθέτετε όλες αυτές τις τιμές. Στην συνέχεια, διαιρείτε το αποτέλεσμα αυτό με (N-1) όπου N είναι το σύνολο των τιμών του βάρους του δείγματος. Η τετραγωνική ρίζα του αποτελέσματος αποτελεί την τυπική απόκλιση του δείγματος του πληθυσμού.

Βήμα 1: Η μέση τιμή του βάρους είναι (8+9+10+18+20)/5=13kg

Βήμα 2: Βρείτε την απόκλιση για κάθε τιμή

8-13=-5

9-13=-4

10-13=-3

18-13=+5

20-13=+7

Βήμα 3: Υψώστε στο τετράγωνο την απόκλιση κάθε τιμής ξεχωριστά για να απλοποιήσετε τις μεγάλες αποκλίσεις και να μετατρέψετε τις αρνητικές τιμές σε θετικές

(-5)²=25

(-4)²=16

(-3)²=9

(+5)²=25

(+7)²=49

Βήμα 4: Προσθέστε όλες τις τετραγωνισμένες αποκλίσεις και διαιρέστε το αποτέλεσμα με το συνολικό δείγμα μειωμένο κατά 1 (διασπορά του δείγματος των δεδομένων)

(25+16+9+25+49)/(5-1)=31

Βήμα 5: Βρείτε τη θετική τετραγωνική ρίζα του πηλίκου

? 31 = 5.567

Άρα η τυπική απόκλιση ισούται με 5.6

Σημείωση: Το Microsoft Excel®  προσφέρει τη συνάρτηση “STDEV” με την οποία μπορείτε να υπολογίσετε γρήγορα την τυπική απόκλιση επιλεγμένων τιμών.

Στο παράδειγμά μας, ποιο είναι το εύρος των τυπικών αποκλίσεων ±2 ή του 95% της παραγωγής; Εφόσον η τυπική απόκλιση στο διάστημα σ1 ισούται με 5,6kgr, στο διάστημα 2σ θα είναι ίση με 11.2kgr. Το εύρος των τιμών του βάρους όταν η μέση τιμή ισούται με 13kgr θα κυμαίνεται από 1.8kgr μέχρι 24.1kgr. Στην Εικόνα 3.3 η κόκκινη καμπύλη αναπαριστά αυτή την σειρά των αποτελεσμάτων.

Τι θα συμβεί αν η μηχανή πλήρωσης αντικατασταθεί με κάποια νεότερη έκδοση που επιτρέπει πιο ομαλή προσαρμογή δίνοντας τα ακόλουθα βάρη: 13, 12, 14, 12, 14kgr; Η νέα μέση τιμή αυτού του δείγματος παραμένει 13kgr, αλλά τώρα η τυπική απόκλιση μειώνεται σε 1kgr. Το εύρος των τυπικών αποκλίσεων σε διάστημα 2 ή αλλιώς το 95% των τιμών μέσα στο διάστημα της εν λόγω τυπικής απόκλισης είναι τώρα από 11kgr μέχρι 15kgr. H βελτίωση αυτή φαίνεται στην πράσινη καμπύλη στην Εικόνα 3.3.

Στην παραγωγή, η τυπική απόκλιση του βάρους του προϊόντος καθορίζεται σημαντικά από τα χαρακτηριστικά του συστήματος πλήρωσης.

Βασικός στόχος του συστήματος ελέγχου βάρους και του στατιστικού ελέγχου διεργασιών της παραγωγής είναι ο υπολογισμός της μέσης τιμής και της τυπικής απόκλισης έτσι ώστε η διαδικασία πλήρωσης να μπορεί να ελεγχθεί αυξάνοντας τη μέση τιμή τόσο που το απαιτούμενο ποσοστό της γκαουσιανής καμπύλης (το σχήμα της οποίας καθορίζεται από την τυπική απόκλιση) να είναι πάνω από το όριο που επιβάλλεται από το νόμο.

Ορισμός: Η τυπική απόκλιση είναι το μέτρο της απόκλισης μιας τυπικής μέτρησης από τη μέση τιμή ενός κανονικά κατανεμημένου πληθυσμού ή δείγματος.

3.2 Ορίζοντας την ακρίβεια

Οι δύο πιο σημαντικοί παράγοντες στη μέτρηση του συνολικού βαθμού ακρίβειας ενός ελεγκτή βάρους είναι η γραμμικότητα και η επαναληπτικότητα. Επίσης θα πρέπει να γνωρίζετε ότι ο όρος ακρίβεια ερμηνεύεται διαφορετικά στην στατική και τη δυναμική ζύγιση.

Ανάλογα με τον προμηθευτή, όλες οι υποθέσεις της Εικόνας 3.4 θα μπορούσαν να είναι σωστές. Κάθε μία από τις έξι υποθέσεις αναφέρονται σε ελεγκτή βάρους με ακρίβεια 0.5gr σε διάστημα 1σ. Κατά την αξιολόγηση προσφορών για δυναμικούς ελεγκτές βάρους, είναι σημαντικό να ζητήσετε από το προμηθευτή σας να ορίσει σαφώς την ακρίβεια.

Εικόνα 3.4:  Υποθέσεις ακριβείας για ελεγκτή βάρους όταν η τυπική απόκλιση είναι 0,5 γρ

Στατική Ακρίβεια

Ακρίβεια είναι απλά η ικανότητα του ζυγού να μετρά σωστά μια δεδομένη τιμή βάρους. Για παράδειγμα, τοποθετήστε βάρος 100gr στο ζυγό και ελέγξτε αν αυτός ζυγίζει ακριβώς 100gr. Η διαφορά ανάμεσα στο πραγματικό βάρος και το απεικονιζόμενο στην ένδειξη αναφέρεται ως λάθος. Όσο μικρότερο το λάθος τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια του συστήματος.

Γραμμικότητα

Η γραμμικότητα σχετίζεται άμεσα με την ακρίβεια και δείχνει πόσο καλά μπορεί ο ζυγός να αντιστοιχήσει γραμμικά το βάρος του φορτίου που τοποθετείται πάνω του με την τιμή που φαίνεται στην ένδειξη. Ένα παράδειγμα θα μπορούσε να είναι η χρησιμοποίηση μιας σειράς από δοκιμαστικά βάρη για τη μέτρηση της ακρίβειας του ελεγκτή βάρους από 1gr μέχρι 100gr με διαδοχικές αυξήσεις του 1gr. Όσο λιγότερα τα λάθη τόσο καλύτερη η γραμμικότητα του συστήματος. Το τυπικό σφάλμα περιγράφει τον αριθμητικό μέσο της διαφοράς ανάμεσα στο πραγματικό βάρος της συσκευασίας και στο βάρος που εμφανίζεται στην ένδειξη. Σε έναν ελεγκτή υψηλής ποιότητας το αποτέλεσμα της  ζύγισης από το 0 μέχρι το μέγιστο βάρος  προβάλλεται ως ευθεία γραμμή.

Επαναληπτικότητα

Επαναληπτικότητα είναι η δυνατότητα του ελεγκτή βάρους να ζυγίζει με σταθερή ακρίβεια μέσα στο χρόνο. Χρησιμοποιώντας το ίδιο βάρος των 100gr, αν το βάλετε και το βγάλετε από το ελεγκτή 100 φορές, πόσες φορές θα πάρετε την τιμή των 100gr αντί για κάποια άλλη τιμή; Σε έναν ελεγκτή υψηλής ποιότητας, επαναλαμβανόμενη ζύγιση του ίδιου βάρους και κάτω από τις ίδιες συνθήκες δίνει πάντα το ίδιο αποτέλεσμα.

Ο συνδυασμός ακρίβειας και επαναληπτικότητας μοιάζει πολύ με την σκοποβολή: όσο πιο κοντά είστε στο κέντρο τόσο πιο ακριβή είναι τα αποτελέσματα. Κάθε βολή στα ακόλουθα διαγράμματα αναπαριστά και μία ζύγιση συγκεκριμένου τεμαχίου. Το σενάριο δοκιμής που ακολουθεί χρησιμοποιεί τέσσερις ελεγκτές βάρους στον καθένα από τους οποίους κάθε τεμάχιο ζυγίζεται πέντε φορές. Το κέντρο του στόχου συμβολίζει το στατικό βάρος του τεμαχίου σε ένα βαθμονομημένο στατικό ζυγό.

Εικόνα 3.5 Διασπορά αποτελεσμάτων – Υψηλή τυπική απόκλιση, υψηλό τυπικό σφάλμα

Στην εικόνα 3.5 τα αποτελέσματα του ελεγκτή βάρους είναι σε μεγάλο βαθμό ανακριβή και μη επαναλήψιμα. Τα αποτελέσματα δεν βρίσκονται συγκεντρωμένα ή κοντά στο κέντρο του στόχου. Γενικά, όταν συμβαίνει κάτι τέτοιο, αυτό σημαίνει ότι έχει αποτύχει μέρος της διαδικασίας και απαιτείται άμεση επέμβαση.

Εικόνα 3.6: Ακριβή αλλά όχι επαναλήψιμα αποτελέσματα – Υψηλή τυπική απόκλιση, χαμηλό τυπικό σφάλμα

Στην εικόνα 3.6 τα αποτελέσματα του ελεγκτή βάρους είναι ακριβή αλλά όχι επαναλήψιμα. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται γύρω από τον στόχο και η καμπύλη εκτέλεσης του ελεγκτή θα χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλό τυπικό σφάλμα και υψηλή τυπική απόκλιση. Ενώ μπορούμε να χτυπήσουμε στη μέση του στόχου, δεν μπορούμε να συγχρονίσουμε την σκόπευσή μας αρκετά καλά ώστε να χτυπήσουμε το κέντρο. Όταν έχουμε τέτοια αποτελέσματα, μικρές προσαρμογές στον ελεγκτή βάρους μπορεί να οδηγήσουν σε πιο κοντινή συγκέντρωση ή ακρίβεια γύρω από το κέντρο του στόχου.

Εικόνα 3.7: Επαναλήψιμα αλλά όχι ακριβή αποτελέσματα – Χαμηλή Τυπική Απόκλιση, Υψηλό Τυπικό Σφάλμα

Στην εικόνα 3.7 τα αποτελέσματα του ελεγκτή βάρους είναι επαναλήψιμα αλλά όχι ακριβή. Τα αποτελέσματα είναι συγκεντρωμένα μεταξύ τους αλλά όχι στο κέντρο του στόχου. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα μία πολύ χαμηλή και επιθυμητή τυπική απόκλιση αλλά με πολύ υψηλό τυπικό σφάλμα. Αν και αυτού του είδους η εκτέλεση δεν είναι επιθυμητή ωστόσο μπορεί εύκολα να διορθωθεί χρησιμοποιώντας τον δυναμικό συντελεστή διόρθωσης του ελεγκτή βάρους.

Εικόνα 3.8: Ακριβή και επαναλήψιμα αποτελέσματα – Χαμηλή τυπική απόκλιση, χαμηλό τυπικό σφάλμα

Στην εικόνα 3.8 τα αποτελέσματα είναι ακριβή και επαναλήψιμα. Όλα τα αποτελέσματα είναι συγκεντρωμένα γύρω από το κέντρο του στόχου και τα αποτελέσματα παρουσιάζουν χαμηλή τυπική απόκλιση, καθώς και χαμηλό τυπικό σφάλμα.

3.3 H Ακρίβεια του ελεγκτή βάρους

Ακρίβεια ενός ελεγκτή βάρους ορίζεται ως το σύνολο της τυπικής απόκλισης και του τυπικού σφάλματος των αποτελεσμάτων ζύγισης ενός τεμαχίου που περνά από τον ελεγκτή βάρους αρκετές φορές. Όταν οι προμηθευτές ελεγκτών βάρους μιλούν για ακρίβεια, συνήθως αναφέρονται στην επαναληπτικότητα, όχι στην γραμμικότητα. Πώς καθορίζεται όμως η πραγματική ακρίβεια ενός ελεγκτή βάρους;

Οι δυναμικοί ελεγκτές βάρους δεν μπορούν τυπικά να ζυγίζουν με την ίδια ακρίβεια όπως ένας στατικός ζυγός. Για τον καθορισμό της ακρίβειας ενός ελεγκτή βάρους πρέπει πρώτα να υπολογιστεί η τυπική απόκλιση. Ο όρος «ακρίβεια» στην πραγματικότητα μετρά την «αναποφασιστικότητα» του ελεγκτή βάρους.

Στο παράδειγμα που ακολουθεί, ένα προϊόν 100gr ζυγίζεται 100 φορές σε έναν ελεγκτή βάρους. Η δοκιμή γίνεται εν κινήσει καθώς το προϊόν περνάει από τον ταινιόδρομο εισόδου στον ταινιοζυγό και από εκεί στον ταινιόδρομο εξόδου. Η δοκιμή 100 επαναλήψεων αποφέρει μια σειρά από διαφορετικές αναγνώσεις του βάρους που ποικίλουν από 109.7 στα 110.3 όπως φαίνεται στο Εικόνα 3.9. Είναι σημαντικό να σημειώσουμε ότι στο συγκεκριμένο παράδειγμα το πραγματικό βάρος 110gr του εν λόγω προϊόντος μετρήθηκε από ξεχωριστό βαθμονομημένο στατικό ζυγό.

Εικόνα 3.9: Το 99,7% των αποτελεσμάτων ανάμεσα στο 109.7 και 110.3gr

Είναι επίσης σημαντικά δύο επιπλέον στοιχεία που αποκαλύπτει η συγκεκριμένη δοκιμή:

1. Το εύρος των τιμών που μπορεί να εμφανίσει ένα τεμάχιο με πραγματικό βάρος 110gr είναι μεταξύ των 109.7 και 110.3gr
2. Τεμάχιο που σύμφωνα με τα δεδομένα του δυναμικού ελεγκτή βάρους εμφανίζεται να έχει βάρος 110gr μπορεί στην πραγματικότητα να ζυγίζει από 109.7 μέχρι 110.3gr.

Αυτό είναι γνωστό ως «ζώνη αναποφασιστικότητας» και είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζει κανείς τους περιορισμούς / προδιαγραφές της συσκευής. Θα γίνει διεξοδική περιγραφή των διαφόρων περιορισμών των ζωνών στο Κεφάλαιο 11.

Ο όρος ‘ακρίβεια’ στην πραγματικότητα μετράει
την αναποφασιστικότητα του δυναμικού ελεγκτή βάρους.

Σε αντίθεση με έναν στατικό ζυγό, στο αποτέλεσμα ενός δυναμικού ελεγκτή βάρους επενεργούν διάφορές δυναμικές μεταβλητές, που μπορεί να σχετίζονται με το περιβάλλον, τη συσκευασία ή την εφαρμογή. Λόγω αυτών των δυναμικών μεταβλητών, η ακρίβεια του δυναμικού ελεγκτή βάρους δεν μπορεί να είναι ίδια  με την αυτή που επιτυγχάνεται από ζυγαριές υψηλής ακρίβειας. Σκεφτείτε το περιβάλλον γύρω από έναν δυναμικό ελεγκτή βάρους: συσκευασίες κινούνται συνεχώς στο ταινιόδρομο ζύγισης με ταχύτητα 100 τμχ/λεπτό.

Για παράδειγμα, σκεφτείτε την διαδικασία με την οποία ένα άτομο ζυγίζεται στην ζυγαριά μπάνιου του σπιτιού του. Το άτομο βαδίζει πάνω στη ζυγαριά και περιμένει μέχρι τη σταθεροποίηση της ένδειξης. Αν το άτομο έτρεχε στο δωμάτιο και άγγιζε τη ζυγαριά ενώ βρισκόταν σε κίνηση, θα περιμέναμε οι αναγνώσεις του βάρους να ήταν διαφορετικές. Η δυναμοκυψέλη του δυναμικού ελεγκτή βάρους έχουν πολύ μικρό χρόνο σταθεροποίησης, αλλά καθώς το ζυγιζόμενο προϊόν δεν σταματά ποτέ να κινείται, η δυναμοκυψέλη δεν σταθεροποιείται πλήρως έτσι ώστε να μπορεί να αποτυπωθεί ένα μόνο στατικό βάρος.

«Η Ακρίβεια έχει κάποιο τίμημα»

Η απόκτηση ενός δυναμικού ελεγκτή βάρους με μεγάλη ακρίβεια ίσως απαιτεί συμβιβασμό στην αντοχή ή την ευελιξία του μηχανήματος να προσαρμόζεται σε διαφορετικές εφαρμογές. Η απόκτηση ενός συστήματος  υψηλότερης ακρίβειας μπορεί να κοστίζει περισσότερο αρχικά, ωστόσο μακροπρόθεσμα θα σας βοηθήσει να εξοικονομήσετε χρήματα μειώνοντας τα ελαττωματικά προϊόντα και τη φύρα. Συνεπώς ένας δυναμικός ελεγκτής βάρους με χαμηλότερη ακρίβεια μακροπρόθεσμα ίσως έχει μεγαλύτερο κόστος.

3.3.1 Δοκιμή της ακρίβειας του ελεγκτή βάρους

Ο ευκολότερος τρόπος για τη μέτρηση της ακρίβειας ενός ελεγκτή βάρους είναι η εκτέλεση μιας δοκιμής ακριβείας πολλών επαναλήψεων. Απλά επιλέγετε μια συσκευασία από την γραμμή παραγωγής και τη ζυγίζετε σε στατικό ζυγό. Ο ζυγός θα πρέπει να έχει βαθμονομηθεί και ελεγχθεί πρόσφατα και θα πρέπει να έχει υποδιαίρεση (resolution) πέντε φορές υψηλότερη από τον δυναμικό ελεγκτή βάρους. Καταγράψτε το στατικό βάρος που εμφανίζεται στην ένδειξη.

Εικόνα 3.10: 100 δοκιμές με 68 αποτελέσματα μεταξύ 449.5gr και 450.5gr για Ακρίβεια από = ± 0.5gr @ ±1σ ή 3.0gr @ 6σ

Στην συνέχεια, δοκιμάστε την ίδια συσκευασία στον δυναμικό ελεγκτή βάρους στην συγκεκριμένη ταχύτητα παραγωγής. Αν και στο παράδειγμά μας χρησιμοποιήσαμε 100 αποτελέσματα ζύγισης, σε πολλά συστήματα ο υπολογισμός μπορεί να πραγματοποιηθεί με μόνο 30 αποτελέσματα. Κατά τη διάρκεια της συντήρησης αρκούν 30 μετρήσεις, ενώ 60 χρησιμοποιούνται τυπικά κατά την εκτίμηση της συμμόρφωσης με τη νομοθεσία. Σε κάθε ζύγιση που πραγματοποιείται τα αποτελέσματα πρέπει να καταγράφονται. Ιδανικά, η κατανομή των βαρών είναι κανονική. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα αυτά υπολογίστε το τυπικό σφάλμα και την τυπική απόκλιση. Η ακρίβεια του δυναμικού ελεγκτή βάρους μπορεί να οριστεί σε διαστήματα ±1, ±2 ή ±3 των τυπικών αποκλίσεων από τη μέση τιμή. Το τυπικό λάθος ισούται με την απόλυτη τιμή της διαφοράς ανάμεσα στο πραγματικό βάρος ενός τεμαχίου και το μέσο βάρος που υπολογίζεται από τον ελεγκτή βάρους.

Στο παραπάνω παράδειγμα, από την δοκιμή των 100 περασμάτων, 68 από τα αποτελέσματα ζύγισης βρίσκονται μεταξύ των 449.5 και 450.5gr. Αυτό θα ισούταν με μία ακρίβεια της τάξεως ±0.5gr @ ±1σ ή 3gr @ 6σ.

3.4 Δυναμικός έλεγχος βάρους: αναπόσπαστο μέρος ενός συνολικού συστήματος ποιότητας

Ο δυναμικός έλεγχος βάρους αν και δεν αποτελεί πανάκεια για την ποιότητα, είναι ένα πολύ αποτελεσματικό εργαλείο, εφόσον βέβαια χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με ένα καλά σχεδιασμένο Πρόγραμμα ελέγχου ποιότητας. Ο ελεγκτής βάρους είναι ένας «αγγελλιοφόρος» που μεταφέρει πληροφορίες για τις διαδικασίες παραγωγής. Με κατάλληλη συντήρηση και περιοδικό έλεγχο, ένα σύστημα ελέγχου βάρους μπορεί να διασφαλίσει ότι δεν φτάνουν στον πελάτη ελλιποβαρείς συσκευασίες.

Για να διασφαλίσουμε ότι ο ελεγκτής βάρους λειτουργεί κάνοντας χρήση όλων των δυνατοτήτων του, θα πρέπει να συμπεριληφθεί σε προγράμματα προληπτικής συντήρησης και καθαρισμού. Είναι σημαντικό, για την καλή κατάσταση των συστημάτων ελέγχου βάρους, να προσφέρονται προγράμματα προληπτικής συντήρησης όπως δοκιμή επιβεβαίωσης της απόδοσης (performance verification).

Ακόμη και ένας ελεγκτής βάρους σε τέλεια κατάσταση ίσως επιτρέψει συσκευασίες που δεν έχουν το επιθυμητό βάρος να συνεχίσουν στην γραμμή παραγωγής όταν τα όρια των ζωνών δεν έχουν ρυθμιστεί σωστά. Το προσωπικό ποιότητας και όσοι έχουν την ευθύνη για την λειτουργική χρήση του ελεγκτή βάρους θα πρέπει να είναι σε θέση να υπολογίζουν αποδεκτά βάρη και όρια ζωνών για κάθε προϊόν και γραμμή παραγωγής.

«Μην πυροβολείτε τον αγγελιαφόρο»

3.4.1 Ανατροφοδότηση, έλεγχος και παρακολούθηση

Ο ελεγκτής βάρους εξελίσσεται περιοδικά σε ένα μηχανισμό εισόδου (input) και ανατροφοδότησης (feedback) πληροφοριών για τη συνολική διαδικασία στατιστικού ελέγχου (SPC). Οι ελεγκτές βάρους μετρούν και κάνουν στατιστικούς υπολογισμούς, ενώ παράλληλα στέλνουν αυτόματα πληροφορίες σε άλλα συστήματα στην γραμμή παραγωγής βάσει του βάρους του προϊόντος.

Οι ελεγκτές βάρους μπορούν να συνεργάζονται με άλλα συστήματα ελέγχου όπως συστήματα ελέγχου συσκευασίας, πωμάτων και ανίχνευσης μετάλλων. Ως εργαλείο ελέγχου, ο ελεγκτής βάρους προσφέρει έναν εύκολο τρόπο για την τεκμηρίωση διαδικασιών βάσει  του προτύπου ISO.

Όπως έχει ήδη περιγραφεί, οι ελεγκτές βάρους μπορούν να παρουσιάζουν πληροφορίες πάνω στην οθόνη, να εκτυπώνουν αναφορές ή να αποστέλλουν στοιχεία σε ένα πληροφοριακό σύστημα συλλογής δεδομένων. Οι έλεγχοι μπορούν να ενσωματώνουν ένα PLC ή να παρέχουν μία διεπαφή ανάμεσα στον ελεγκτή βάρους και στο σύστημα SCADA της επιχείρησης.

3.5 Ελάχιστη επιτρεπόμενη Ακρίβεια

Για να διασφαλιστεί ότι ο ελεγκτής βάρους θα είναι όσο το δυνατό περισσότερο αποδοτικός και χρήσιμος, πρέπει να ικανοποιείται ένας ελάχιστος βαθμός ακριβείας. Η βέλτιστη ακρίβεια που δύναται να επιτευχθεί από τον ελεγκτή βάρους μπορεί να μην είναι η κατάλληλη για την εφαρμογή σας. Πρέπει να ληφθούν υπόψη οι προδιαγραφές χειρισμού του προϊόντος και το περιβάλλον μέσα στο οποίο πρόκειται να λειτουργήσει. Για παράδειγμα ένας ελεγκτής βάρους σχεδιασμένος για χρήση σε εργαστηριακό περιβάλλον ίσως να μην μπορεί να λειτουργήσει σωστά σε ένα απαιτητικό βιομηχανικό περιβάλλον ή σε μια μονάδα μεταποίησης τροφίμων. Για αυτό τον λόγο την στιγμή της επένδυσης, είναι απαραίτητο να λαμβάνονται υπόψη το περιβάλλον, η εφαρμογή συσκευασίας, καθώς και η ακρίβεια.

Υπάρχουν δύο γενικές κατηγορίες εφαρμογών για τους ελεγκτές βάρους: η καταμέτρηση (counting) και η πλήρωση (filling). Η πλήρωση αναφέρεται στα προϊόντα που συσκευάζονται, ενώ η καταμέτρηση αναφέρεται στα βάρη των τεμαχίων ή στην αναζήτηση βάρους συγκεκριμένου τεμαχίου μέσα στη συσκευασία.

3.5.1 Πλήρωση

Στις εφαρμογές πλήρωσης, όσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια, τόσο λιγότερο προϊόν (Α’ ύλη) θα «πάει χαμένο». Αυτό ισχύει τόσο για τη μηχανή πλήρωσης όσο και για τον ελεγκτή βάρους. Στις λειτουργίες πλήρωσης ο στόχος είναι η επίτευξη της όσο το δυνατό υψηλότερης ακρίβειας για το περιβάλλον και το είδος της εφαρμογής. Σημαντική επίσης είναι η μεταβλητότητα του καθαρού απόβαρου. Ωστόσο, το γεμιστικό σύστημα  και όχι ο ελεγκτής βάρους,  ελέγχει την ακρίβεια πλήρωσης των συσκευασιών..

Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση του προϊόντος που «χαρίζεται» στους πελάτες από την υπερπλήρωση και του ποσοστού των απορριπτέων είναι η μείωση της τυπικής απόκλισης της γεμιστικής μηχανής. Μικρότερη διακύμανση στην πλήρωση επιτρέπει το βάρος-στόχος να τίθεται πολύ κοντά στο βάρος που φαίνεται στην ετικέτα (βλ. Εικόνα 3.11).

Εικόνα 3.11: Ακρίβεια γεμιστικής μηχανής

Η μείωση της τυπικής απόκλισης της γεμιστικής μηχανής συνεπάγεται μείωση της ποσότητας του προϊόντος που «χαρίζεται» στους πελάτες.

3.11: Ακρίβεια γεμιστικού

Μειώνοντας την τυπική απόκλιση της γεμιστικής μηχανής μειώνεται και η ποσότητα του προϊόντος που χαρίζεται στους πελάτες λόγω της υπερπλήρωσης. Η μείωση της τυπικής απόκλισης μπορεί να επιτευχθεί ακολουθώντας τις εξής οδηγίες:

• Χρησιμοποιήστε γεμιστική μηχανή που ταιριάζει στο προϊόν
• Διατηρήστε τη γεμιστική μηχανή σε καλή κατάσταση
• Κρατήστε ομοιόμορφη ροή προϊόντος στη γεμιστική μηχανή

Δείτε στο Κεφάλαιο 12 «Αυξάνοντας την Αποδοτικότητα» πώς λειτουργεί ο έλεγχος ανατροφοδότησης.

3.5.2 Καταμέτρηση

Όταν ελέγχουμε για χαμένα τεμάχια ή κάνουμε καταμέτρηση των τεμαχίων ανά συσκευασία με βάση το βάρος, πρέπει να υπολογίζουμε τη συνολική τυπική απόκλιση της συσκευασίας συμπεριλαμβανομένου του περιεχομένου της.

Το πηλίκο της συνολικής τυπικής απόκλισης (SDtotal) επί 3 (3 x SDtotal) πρέπει να είναι μικρότερο από το βάρος του μικρότερου συστατικού που μπορεί να επαληθευτεί με βάση το βάρος. Αν το 3 x SDtotal είναι μεγαλύτερο από το μικρότερο συστατικό, ο ελεγκτής βάρους δεν θα μπορεί να αποφασίσει με βάση το βάρος αν το εν λόγω συστατικό βρίσκεται στην συσκευασία. Όταν η συνολική μεταβλητότητα της συσκευασίας είναι μεγαλύτερη από τα βάρος του μικρότερου συστατικού που πρόκειται να ελεγχθεί, τότε ο ελεγκτής βάρους δεν θα δουλέψει στην εφαρμογή. Ένα σύστημα ζύγισης ακαθάριστου απόβαρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί αν η μέγιστη διακύμανση προκαλείται από τον περιέκτη.

Αν η συνολική διακύμανση της συσκευασίας είναι μικρότερη από το βάρος του συστατικού, τότε η ακρίβεια του ελεγκτή βάρους πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το βάρος του μικρότερου συστατικού μείον την διακύμανση του συνολικού βάρους της συσκευασίας, π.χ. ? 0.8 ? [Wcomp. – (3 ? SDtotal)], όπου το Wcomp. είναι το βάρος του μικρότερου συστατικού, το SDtotal είναι η τυπική απόκλιση της συσκευασίας και όλων των μερών της και το 0.8 συντελεστής ασφαλείας. Η ακρίβεια του ελεγκτή βάρους (Acw) μπορεί να οριστεί σε ±1, ±2 ή ±3 τυπικές αποκλίσεις με τον ίδιο τύπο:

Acw ? 0.8 ? [Wcomp. – (3 ? SDtotal)]

Σημείωση: Αν η Ακρίβεια υπολογίζεται σε τυπική απόκλιση σ1, μόνο το 68% των τεμαχίων με βάρη που ισούνται με το σημείο απόρριψης θα ταξινομείται σωστά. Η ίδια τιμή ακρίβειας σε τυπικές αποκλίσεις σ3 θα διασφαλίζουν ότι το 99.7% των ίδιων τεμαχίων ταξινομούνται σωστά (δείτε μέρος 3.1).

Παράδειγμα: Η ελάχιστη ακρίβεια που απαιτείται για να βρεθεί μέρος της συσκευασίας με βάση το βάρος:

Αρχικά βρείτε το SDtotal που είναι το σύνολο των τυπικών αποκλίσεων όλων των μερών της συσκευασίας, συμπεριλαμβανομένης και της συσκευασίας.

(3 ? SDtotal) + Acw ? Wcomp.

Acw ? Wcomp. - (3 ? SDtotal)

Acw ? 0.8 ? [Wcomp. – (3 ? SDtotal)]

8 ταμπλέτες που κάθε μια ζυγίζει 2gr πρέπει να συσκευαστούν σε ένα κουτί. Το βάρος της συσκευασίας είναι 32gr. Το συνολικό βάρος του κιβωτίου που περιλαμβάνει όλα τα συστατικά μέρη είναι 48g.

Εικόνα 3.12: Παράδειγμα 8 ταμπλετών

5 κουτιά με τα ακόλουθα βάρη σε γραμμάρια (48, 47, 48, 48, 47) έχουν τυπική απόκλιση  ίση με 0.547 (SDtotal). Το γινόμενο του SDtotal x 3 θα ισούται με 1.64, που είναι μικρότερο από το βάρος του μικρότερου συστατικού μέρους (2gr). Σε περίπτωση που το αποτέλεσμα ήταν μεγαλύτερο από τα 2gr, δεν θα μπορούσε με βάση το βάρος να διασφαλιστεί ότι το συστατικό βρίσκεται πράγματι στην συσκευασία.

Acw ? 0.8 ? [2gr – (3 x 0.547)]

Σύμφωνα με το παραπάνω τύπο η ακρίβεια του ελεγκτή βάρους (Acw) πρέπει να είναι καλύτερη από τα 0.287g.

Σημείωση: Μπορεί επίσης κάποιοι ελεγκτές βάρους που εκτελούν ολοκληρωμένους ελέγχους, να εμφανίζουν το ποσό/ την ποσότητα των προϊόντων αντί για απλά το βάρος, τόσο στην οθόνη όσο και στη στατιστική τεκμηρίωση. Στο παράδειγμα της Εικόνας 3.12 η ένδειξη θα εμφανίσει “8 ταμπλέτες”.