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SPC

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									           AUTOMOTIVE CORE 
                  TOOLS;
             SPC, MSA, FMEA, 
           APQP/CONTROL PLAN

                      CQI Wessex - 11 December 2012
                             John Skinner

rdaconsultancy.com                                     1
    AUTOMOTIVE PROGRESS SINCE
             1990
                                 Best selling car in the UK in 1990 –
                                           Ford Fiesta – sold in EU
                                 1.4, 1.6 CVH engines were very harsh and
                                 had early failures (valve guide wear,
                                 dropping valve seats damaging the engine).
                                 Rust was still a problem, though better than
                                 the 1970’s & 80’s.

Radio-cassette, some speaker adjustments, maybe electric windows. No a/c
and definitely no climate control. No airbags, little in the way of crumple
zones. Central locking on higher end models. Door mirrors had ‘remote
adjustment’ on top models. Security was very poor – cars like the XR2 were
being stolen by joyriders on a regular basis (epidemic levels in some areas).
Car insurance costs on ‘hot’ models went through the roof. No ABS,
stability control etc.
Cost – around £8500 – roughly equivalent to £15000 in today’s prices
              WHAT CHANGED?
 Improvements demanded by legislation (emissions, safety), 
  safety (NCAP), competition (i.e. VW/Audi), consumer 
  demand (phone compatibility, convenience features etc.)
 A thorough focus on improved product quality achieved 
  through; computer modelling/simulation, enhanced 
  testing techniques (bench and road), consumer feedback 
  (JD Power), supplier capability, effective corrective action 
  (8D)
 Increased use of electronics (particularly powertrain)
 Need to improve product reliability (reducing warranty/ 
  product recall costs)
 Application of ISO/TS16949 and mandated use of 
  Automotive Core Tools ?
                ISO/TS16949
 Initiated as QS9000 in 1995, based on the requirements 
  of ISO9001, but adds many automotive industry 
  specific requirements (though only one additional 
  documented procedure from ISO9001)
 Produced and controlled by the International 
  Automotive Task Force (IATF)
 Members include; Ford, GM, VW/Audi, PSA, BMW, 
  Chrysler, Renault, Daimler and major trade 
  organisations across the globe
 Recognised and required as a prerequisite for 
  becoming an ‘approved supplier’ to the respective 
  automotive customers
AUTOMOTIVE REQUIREMENTS
 APQP; Advanced Product Quality Planning
 FMEA; Failure Mode & Effect Analysis
 Control Plan
 SPC; Statistical Process Control
 MSA; Measurement System Analysis
 These require a team approach (cross functional 
  teams with management commitment)
 Automotive Industry Action Group (AIAG) manuals 
  define basic requirements for application
 There are other requirements, based on the customer
Advanced Product Quality Planning
            (APQP)
ISO9001 requires Planning of Product Realisation;

The Automotive industry goes further;
‘Some customers refer to project management or 
APQP as a means to achieve product realization. 
APQP embodies the concepts of error prevention and 
continual improvement as contrasted with error 
detection and is based on a multidisciplinary 
approach’.
(extract from ISO/TS)
Advanced Product Quality Planning
 Why plan?

 What gets in the way of planning?
                               Product Quality
   Concept
   Initiation
   /Approval    Program
                            Planning Timing Chart
                Approval Prototype Pilot Launch


            Planning                                Planning
                 Product design
                   Process design
                                  Validation
                                                  Production
                  Feedback assessment & corrective action



Plan & Define   Product Design     Product &
                & Development                   Feedback Assessment
Programme                          Process
                Verification                    & Corrective Action
                                   Validation
       APQP – Project Scope
 2011 model year Range Rover – minor changes
          APQP – Project Scope
 2012/13 model year Range Rover - major project. 
 New design, technologies, material – aluminium, using 
  self piercing rivets and aerospace sourced epoxy adhesive 
Advanced Product Quality Planning
            (APQP)
   Advantages;
   Thorough planning and improved decision making
   Shorter development timescales
   Simultaneous engineering (design & manufacturing)
   Early procurement of long lead time tooling/facilities
   Defined objectives, measured as project stages are 
    achieved
   Defined project gateways, with key deliverables
   Improved use of resources
   Significant cost savings (known impact on company 
    finances)
   Effective feedback & corrective action (enhanced with use 
    of computer systems)
   Failure Mode & Effect Analysis
              (FMEA)
 Typically used at design (DFMEA) and manufacturing 
  process planning (PFMEA) stages

 FMEA - a systematic set of activities intended to:
a) Recognise and evaluate the potential failure of a 
   product/process and the consequential effects of failure 
   (risk management)
b)Identify actions that could eliminate or reduce the chance 
   of the potential failure occurring (improvement)
c) Document the entire process
d)Needs a ‘team approach’ to be successful
DFMEA
DFMEA
DFMEA
                           DFMEA
 Ignores manufacturing issues; i.e. manufacturing 
  producing/using parts that are to specification
 Can direct design effort to critical/significant characteristics 
  and improve design validation/ verification testing results, 
  avoiding late design changes
 Identifies special characteristics that need to be controlled in 
  manufacturing to assure product quality
 Provides a documented record of the analysis which can be 
  used into the future (many vehicle recalls could have been 
  prevented by effective DFMEA)
 Needs to be maintained as a live document; continual 
  improvement
                     PFMEA
 A PFMEA will follow the stages defined for the 
  manufacturing route from material receipt, through 
  the manufacturing stages to despatch
 Typically the manufacturing route will be defined on 
  a process flow diagramme, including locations, 
  machines, operation sequences etc.
PFMEA
PFMEA
                        PFMEA
 Focuses on potential for non-conforming product (in use 
  and impact on manufacturing process including employee 
  safety) and mistake proofing techniques
 Identification/prioritisation of potential failure modes and 
  implementation of preventive/corrective action
 Focus on special characteristics
 Continual improvement
 Assumes product as designed will meet intent
 Should be extended to other areas; receiving, storage, 
  transport, despatch etc. (complete process)
 Provide feedback to design (mistake proofing features 
  etc.)
                 Control Plan
 A documented description of the systems and 
  processes required for controlling product
 This is a key output once the DFMEA and PFMEA 
  analysis has been completed
 Applies to distinct stages; Prototype, Pre-launch and 
  Production.

 Each part must have a control plan, but family control 
  plans can be used where justified (e.g. a foundry 
  producing many different castings)
                                                            Control Plan
Control Plan                                                                                                                                                                       
Part #:                                  N/A                            Prepared By:                                  xxxx                      
                                                                                                                      xxx, xxx, aaa, 
Part Name/Description:                   Wheel Hub / new design         Core Team:                                    bbb, ccc                 Notes:                              
Latest Change Level:                     #REF!                          Supplier/Plant App./Date:                                              Production Control Plan
Vendor ID:                               #REF!                          Other Approval/Date:                                               
                                                     #REF!              Supplier Plant/Code:                                                                                       
                                                                                                                                                                                   
     Oper. #       Process Description       Machine/Device/Jig/Tools                                         Characteristics             CC                                       
                                                                        Item#                   Product                         Process   SC       Process/Pdt. Spec./Tolerance       G.ID
                                                                                                                                                                                   
70             OP 70; Finish             XXX CNC machining centre                     Bearing Inner                   Finish              CC   75 +0.008 -0.000 mm                In cycle 
               machine bearing                                                        Bore diameter                   machine;                 0.003 mm run out max               gauging.
               bores (CNC)                                                                                            25mm/min, 
                                                                                                                      CBN tip (XYZ)



                                                                                                                                                                                   
                                                                                                                                                                                   
                                                                                                                                                                                   
                                              Control Plan
                          Date (Original):                                          xxxxx
                          Customer Engg. Appr./Date (Opt):                           
                          Cust. Quality Appr./Date (Opt):                            
                          Other Approval/Date (Optional):                            
                          Control Plan No.:                                         CP001

                                                                                                                                          
                Methods                                                                                                                           

Eval. Mst. Technique            Sample Size                 Sample Frequency            Control Method             Reaction Plan                  

                                                                                                          
In cycle gauging.                             100%                             100% Machine control      Lock out; setter informed, machine checked and re
                                                                                    datalogger           -set. Suspect material quarantined;  (Corrective 
                                                                                                         Action Report - CAR)




                                                                                                          
                                                                                                          
                                                                                                          
                Control Plan
 Identifies the controls required to ensure product 
  quality with a focus on special characteristics
 Defines the reaction plans required to be 
  implemented where non-conformance is identified 
  (containment of product, 100% inspection to ensure 
  process becomes stable and capable)
 Is an output from the FMEA process
    Statistical Process Control
 Traditional inspection techniques (patrol inspection, 
  batch sampling etc.) rely on detection, which is 
  wasteful as time and resources are put into producing 
  parts that are not always useable
 Prevention verses detection; i.e. not producing the 
  non-conforming parts in the first place is an obvious 
  preferred situation
 If we can predict the process output, then we may be 
  able to ensure conforming parts
 Statistical techniques can be used for process control
Process Control System Model with
            Feedback
              Statistical Process
                 Control (SPC)


People
                                    Product
                                                Customers
Equipment
              Manufacturing
Materials
                Process                          Identifying
                                                  changing
Methods
                                                expectations;
                                               direct feedback
Environment                                   on product quality


    Inputs
                   Feedback from Customers
                  Goals of SPC
l   To achieve a state of statistical control (stability)

l   To maintain a state of statistical control (stability
    over time; prevention verses detection)

l   To improve process capability
    Statistical Process Control
 Taking action on the result of the output of a process 
  (traditional inspection techniques) permits waste – 
  rejected/reworked product, wasted resources, 
  potential for rejects to ‘escape’ the process
 Understanding the variation of the process and 
  applying statistical techniques allows for predictable 
  process output (capability)
 To do this, we need to understand the types of 
  variation present in the process
      Statistical Process Control
      Machining process; 
       part dimensions vary 
       from each other
                                      Size




l   If the output is stable (only 
    common cause variation), 
    the results form a pattern 
    that can be described as 
    distribution
                                     Size
    Statistical Process Control
 Common cause variation; inherent in the process – 
  backlash/clearances, coolant feed, machine tolerances




Special cause variation 
(or assignable cause) –
machine set up, 
material change, 
environment
         Special Cause Variation

                                                     Target line


                                                   Predictable ?


                                                  Time



                         Size

If special causes of variation are present, the process output is 
not stable over time and is not generally predictable; we cannot 
always use sampling and SPC to control the process.
    Common Cause Variation
                                                  Target line




                                                  Time




                    Size
If only common causes of variation are present, the output of 
a process forms a distribution that is stable over time and is 
predictable; we can then monitor the process using sampling 
and SPC charts
   Statistical Process Control




  _
  X – Range Control chart   (AIAG SPC manual)
General Rules for
Interpretation
  A point outside a control limit
 7 points in a row on one side of the centreline 
 6 points in a row steadily increasing or decreasing
 2 out of 3 points more than 2 standard deviations 
  from the centreline (same side)
 4 out of 5 points less than one standard deviation 
  from the centreline (same side)
            Process Capability
 Capability indices are able to summarise process 
  performance as a number to reflect how well the 
  process will meet customer requirements 
  (specification).
 They will indicate;
 -    How variable the process is (i.e. spread of results)
 -    Where the process output is in relation to 
      the specification limits.
        Process Capability
       Lower                        Upper
specification                       specification




                Process variation
                   or spread

                    Tolerance
                Capability Indices
 Process capabilities are an index produced by 
  comparing the observed process variation or spread 
  against the required tolerance. Examples include;

 Capability Index Cp = USL - LSL
                                            6 δ (process variation)
                                                    _  _
 Capability Index Cpk = USL – x  OR x - LSL
   (largest of)                     3 δ                3 δ
    i.e. Worst case result
    Cpk will indicate the position of the process relative to 
     the specification (i.e. centering)
              Capability Indices
 If the process data has a normal distribution, the 
  following can be used to interpret Cpk:  
      Cpk                  Approximate proportion out of spec
      1.33                  63/1,000,000
      1.67                  0.6/1,000,000
      2.0                   0.02/1,000,000
(Where the process is centred between the specification limits)
           Attribute Charting
 Attribute data is the result of inspection or testing 
  that produce a fixed result and cannot be measured 
  using measurement equipment e.g. number of paint 
  defects on a door panel, number of rejected units 
  from a functional test batch, number of weld failures 
  on a floor-pan assembly

 Attributes can also be monitored using control charts 
  with control limits to determine long term stability
What are the Benefits of SPC?
l   Properly used, control charts  and SPC can:


l   Distinguish special from the common causes of  variation, 
    as an aid to improvement in capability
l   Enable the process perform consistently and predictably 
l   Provide a common language for discussing the 
    performance of the process (capability indices)
l   Be used by employees for on-going control of a process
 Measurement System Analysis (MSA)
 As measurement data is often used to make decisions with 
  regard to manufacturing (and test) activities then the ‘quality’ 
  of this data needs to be assured
 No measurement system is ‘perfect’ (i.e. measures exactly 
  with reference to known standards each time); some variation 
  will be evident in all systems, including human influences
  A series of analytical techniques can be used to ensure that 
  the inherent variation in measurement systems can be 
  determined and the effects understood i.e. possibility for 
  accepting ‘bad’ parts and rejecting ‘good’ parts
 In essence, we need to understand the variation and 
  limitations of the measurement systems we are using to 
  enable confidence in those results (for equipment on the 
  control plan)
Measurement System Analysis
       Variable Gauge R&R study
 Gauge repeatability and reproducibility data sheet used for the 

  numerical analysis of the study data (MSA software is also 

  available).

 10 parts used to represent variability of the process; 3 appraisers.

 Typically 3 trials per appraiser

 Complete the study using usual equipment and individuals 

  (random presentation of parts to avoid influence on the results)
Gauge R&R




   Extract from the AIAG MSA manual
    Variable Gauge R&R study
 The study estimates the variation and percentage 
  of process variation for the measurement system 
  (Gauge R&R) and its components
 
  - Repeatability
  - Reproducibility

 - Part to part variation (how representative the 
 parts are; this will influence the results).
                  Gauge R&R
 Acceptable Gauge R&R% results;

 Up to 10% - generally acceptable
 10 to 30% - may be acceptable based on importance of 
  measurement feature, cost of better equipment, cost 
  of refurbishment/repair of equipment, OR the skill 
  level of the appraisers
 Over 30% - would be considered un-acceptable and 
  improvement is required

 Where results are not acceptable, check the data, 
  calculations etc. to determine if there are any errors
  Use of Graphical Techniques
 There are many different methods for presenting data 
 for analysis

 ‘A picture paints a thousand words’.  
 The AIAG MSA manual strongly recommends the use 
  of both calculated methods and graphical techniques.

 Other methods are available for specific situations 
  and where more detail is required – Analysis of 
  Variance (ANOVA), gauge performance curves, 
  regression analysis etc.
             Attribute Studies
 Go/No-go gauging systems (acceptance gauging, gap 
  gauges etc.)

 A series of comparative techniques are available to 
  evaluate the effectiveness of attribute gauging 
  systems, again using several appraisers and trials
   Product Part Approval Process
              (PPAP)
 The intent of PPAP is to validate that products made 
  from production tools/processes meet engineering 
  requirements (specifications), that the processes are 
  capable (Cpk, SPC data) and are capable of producing 
  acceptable product consistently over time.

 The type and format of submission will depend on the 
  customer requirements, but the AIAG PPAP manual 
  has defined formats
                       PPAP
 To support this, appropriate data has to be completed 
  and be made available  for review by the customer;
 Part Submission Warrant (PSW), DFMEA, PFMEA, 
  Control Plan, MSA data, initial process capability 
  results, material certification, marked up drawing/ 
  dimensional results, engineering change documents, 
  material/performance test results, qualified 
  laboratory documentation, appearance approval 
  report (if applicable), sample product
 Approval may require full or partial submission of the 
  information (invariably depending on supplier 
  approval status) reviewed at the customer location or 
  supplier site
                       PPAP
 Acceptance of the PPAP detail is key for several 
  possible events;
 Authority to ship production parts
 Meeting customer timing requirements for the project
 Support the supplier approval rating (i.e. PSW 
  submission on time)
 Trigger tooling payments to the supplier (tooling will 
  typically be owned by the customer)
    AUTOMOTIVE PROGRESS SINCE
             1990
                            Best selling car in the UK 2012 (to date) -
                                     Ford Fiesta
                          ex. Zetec 1.2 - £12495 OTR price – 3 year warranty,
                               plus breakdown cover – sold in EU & USA
Airbags x2, side airbags, knee airbag, anti-whiplash head restraints,
optional curtain airbags
ABS, brake force distribution, stability control, traction assist, auto brake
assist, auto hazard warning lights
High strength steels, active seat belts, anti-submarine seats, Halogen
projector head lights
Immobiliser/alarm, deadlock doors
Heated, electric remote door mirrors, auto wipers with rain sensor, alloy
wheels
Radio/CD,, AUX connection for phones, IPODs, A/C etc.
4 way adjustable front seats
Electronic power assist steering, advanced engines up to 85 mpg possible
with some models
                    Summary
 In truth, many factors have influenced the 
  improvement in product quality over the past 20 odd 
  years, but the use of APQP and core tools have 
  provided a focus on improved process capability and 
  product quality/ reliability throughout the automotive 
  supply chain.

 The aerospace industry are now utilizing many of these 
  tools to improve supplier performance
 Questions

 Thank you

								
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