Кейс № 02 (ПСА) (Раздаточные материалы)

9

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Физико-химические основы микро- и нанотехнологий

Семинар-практикум

Причинно-следственный анализ

Преподаватель: Резчикова Елена Викентьевна

Выполнил ________________

Москва 2016 год

Причинно-следственный анализ

Причинно-следственный анализ - это инструмент анализа изделий и технологических процессов, целью которого является установление причинных связей между условиями и событиями. Если установлены причины каких-либо интересующих событий и проблем, они могут быть исследованы и на основании выявленных причин могут приниматься решения, направленные на изменение существующего положения. Для объяснения причинно-следственной связи обычно формируются предположения или гипотезы, объясняющие происходящий феномен. После проверки гипотезы причина считается установленной.

Причинная зависимость - это связь явлений, одно из которых порождает другое. Первое явление называется причиной, а второе следствием. Во времени причина всегда предшествует следствию. Но причинно-следственную связь нельзя сводить к простой последовательности событий. Из того, что студент сидел на лекции еще не следует, что он усвоил изложенный преподавателем материал.

Логические методы, применяемые для причинно-следственного анализа

Метод исключения. Суть этого метода заключается в том, что, анализируя сложный комплекс причинно-следственных отношений, можно обнаружить непосредственную причину путем исключения всех предполагаемых обстоятельств (реально не влияющих, хотя и присутствующих), способных вызвать сходные события, кроме одного фактора, который после тщательной проверки и принимается за причину изучаемого явления.

Метод сходства. Использование метода сходства обусловлено тем, что интересующие события, причину которых исследователь хочет установить, возникают в самых разных обстоятельствах, но при этом всегда при наличии одного и того же фактора. Сущность этого метода сводится к следующему: если наблюдаемое событие возникает в различных обстоятельствах, но при наличии одного общего фактора, то этот фактор и есть причина происходящего. Используя данный метод, можно изучить разные условия возникновения одного и того же события и вычислить из них один и тот же общий фактор, вызывающий это явление. С определенной долей вероятности можно утверждать, что этот фактор и есть причина, интересующая исследователя.

Метод одного различия. Этот метод сводится к сопоставлению случая, когда интересующее событие наступает, со случаем, когда оно не наступает. В обоих случаях должны быть одни и те же условия, за исключением одного, которое в одном из случаев отсутствует. Иначе говоря – если в одних и тех же обстоятельствах при наличии какого-то фактора событие наступает, а при его отсутствии исследуемое явление не происходит, то этот фактор и есть причина изучаемого явления.

Для наглядного представления причинно-следственного анализа используют различные виды диаграмм и таблицы. Для анализа технических задач наиболее целесообразно применять три вида диаграмм:

1. Дерево проблем

Схема предназначена для первичного сбора и анализа информации (выделение территории). Дерево проблем строится на первом этапе анализа для выяснения аспектов проблемной ситуации. На этом этапе вся информация делится на причины и следствия, а та, которую нельзя отнести к ним считается проблемой. Выстраивается цепочка "причина - проблема - следствие". Проблема должна формулироваться словами без приставки "не". Т.е. проблема - это не отсутствие чего-либо нужного для дела, а вариант решения проблемы.

Дерево проблем строится по следующему правилу (рисунок1):

- если проблема является причиной, то она помещается на нижнем уровне схемы.

- если проблема является следствием, то она помещается на верхнем уровне схемы.

- если проблема не является причиной или следствием, то она помещается в среднюю часть схемы под следствиями.

Рис. 1. Дерево проблем

На этом этапе полезно разделить проблемы на три группы: а) проблемы, для решения которых нет ресурсов, поэтому решатель на них влиять не может; б) проблемы, у которых есть ресурсы для наблюдения и которые можно и нужно контролировать; в) проблемы, у которых имеются ресурсы для управления и на которые можно оказывать влияние.

Важно иметь в виду, что у ряда проблем может быть несколько причин, но для каждой причины характерна, как правило, одна проблема.

2. Диаграмма Исикавы

Диаграмма Исикавы или причинно-следственная диаграмма, «рыбий скелет». (автор метода: К. Исикава, Япония, 1952 г.) – инструмент, обеспечивающий системный подход к определению фактических причин возникновения проблем.

Цель построения: изучить, отобразить и обеспечить технологию поиска истинных причин рассматриваемой проблемы для эффективного их разрешения.

Общие правила построения

1. Прежде чем приступать к построению диаграммы, необходимо принять решение относительно формулировки проблемы.

2. Изучаемая проблема записывается с правой стороны в середине чистого листа бумаги и заключается в рамку, к которой слева подходит основная горизонтальная стрелка – «хребет» (рисунок 2).

3. Наносятся главные причины (причины уровня 1), влияющие на проблему, – «большие кости». Они заключаются в рамки и соединяются наклонными стрелками с «хребтом».

4. Далее наносятся вторичные причины (причины уровня 2), которые влияют на главные причины («большие кости»), а те, в свою очередь, являются следствием вторичных причин. Вторичные причины записываются и располагаются в виде «средних костей», примыкающих к «большим». Причины уровня 3, которые влияют на причины уровня 2, располагаются в виде «мелких костей», примыкающих к «средним», и т. д. (Если на диаграмме приведены не все причины, то одна стрелка оставляется пустой).

5. При анализе должны выявляться и фиксироваться все факторы, даже те, которые кажутся незначительными, так как цель схемы – отыскать наиболее правильный путь и эффективный способ решения проблемы.

6. Причины (факторы) оцениваются и ранжируются по их значимости, выделяя особо важные, которые предположительно оказывают наибольшее влияние на показатель качества.

В диаграмму вносится вся необходимая информация: ее название; наименование изделия; имена участников; дата и т. д.

7. При составлении причинно-следственной диаграммы последней стрелкой среди причин следует обозначить "и прочие неучтенные факторы".

Рис. 2. Диаграмма Исикавы ("рыбья кость")

Примечание. Для построения этой диаграммы можно использовать шаблон программы Microsoft Office Visio.

Дополнительная информация:

Процесс выявления, анализа и объяснения причин, является ключевым в структурировании проблемы и переходу к корректирующим действиям.

Задавая при анализе каждой причины вопрос «почему?», можно определить первопричину проблемы.

Способ взглянуть на логику в направлении «почему?» состоит в том, чтобы рассматривать это направление в виде процесса постепенного раскрытия всей цепи последовательно связанных между собой причинных факторов, оказывающих влияние на проблему качества.

Достоинства схемы. Диаграмма Исикавы позволяет:

• стимулировать творческое мышление;

• представить взаимосвязь между причинами и сопоставить их относительную важность.

Недостатки схемы:

• не рассматривается логическая проверка цепочки причин, ведущих к первопричине, т. е. отсутствуют правила проверки в обратном направлении от первопричины к результатам.

• сложная и не всегда четко структурированная диаграмма не позволяет делать правильные выводы.

3. Построение причинно-следственных цепочек.

Для развертывания и детализации причинно-следственного анализа строятся причинно-следственные цепочки (ПСЦ). Для этого построения следует использовать среду CmapTools.

Часто ПСЦ используют для выявления технических противоречий в системе (см. рисунок 3)

Рис. 3. Причинно-следственные цепочки в ФХОМНТ

ПСЦ могут развиваться вширь и вглубь. Если ставится задача совершенствования, например, технологического процесса гальванопластики с учетом каждой операции, то ПСЦ охватывает множество разнообразных объектов и процессов, связанных в схему причин и следствий. Если исследуется локальная задача, но с учетом множества влияющих факторов, то строится ПСЦ вглубь. Примером является задача о том, почему печатный проводник в сечении имеет форму трапеции.

Пример. Рассмотрим построение ПСЦ на примере технической системы "термопредохранитель". На рисунке 4 представлена конструкция и схема работы предохранителя.

Рис. 4. Компоненты и рабочие положения предохранителя

Предохранитель состоит из двух контактов, подвижного и неподвижного. Подвижный контакт "звездочка" прижимается к токовводу с помощью пружины сжатия, которая в свою очередь фиксируется полимерной вставкой, находящейся в твердом закристаллизованном состоянии (см. рисунок 5). При возникновении перегрева в цепи полимер плавится, переставая сдерживать пружину сжатия. Расправление пружины сжатия вызывает расправление размыкающей пружины, которая была предварительно напряжена. Это приводит к отталкиванию "звездочки" от токоввода и, следовательно, к размыканию контактов.

Рис. 5. Фрагмент причинно-следственной цепочки для отказа предохранителя

В принципе, задача может быть решена при устранении любого из нежелательных эффектов данной цепочки. На практике этим пользуются, выбирая элементы, наиболее доступные для изменения. Однако наиболее эффективным является устранение ключевого недостатка, лежащего в основании цепочки. Это даст наиболее эффективные решения, поскольку ключевой недостаток может приводить к более, чем одному потребительскому недостатку. Из приведенного анализа следует, что одним из выявленных ключевых недостатков является нестабильность свойств полимера (рисунок 6).

Рис. 6. Фрагмент ПСЦ на уровне химических свойств полимера

Видно, что более глубокий анализ свойств материала позволяет выйти на ключевые недостатки структуры материала (наличие остаточных радикалов, широкое молекулярно-массовое распределение полимера и др.)

Построить ПСЦ помогает методика под названием "5 почему?". Название метода (Five Whys) происходит от количества задаваемых вопросов. Для того чтобы найти причину несоответствия необходимо последовательно задавать один и тот же вопрос – «Почему это произошло?», и искать ответ на этот вопрос. Число пять выбрано исходя из того, что такого количества обычно достаточно для выявления сути и источника проблемы. Но, несмотря на то что метод называется 5 почему, для поиска причин каждого конкретного несоответствия может задаваться как меньшее, так и большее количество вопросов.

За счет применения метода 5 почему можно выстроить «дерево» причин, т.к. при ответе на поставленный вопрос возможно возникновение нескольких вариантов. Поэтому метод пять почему сочетается с методом причинно-следственных диаграмм (см. рисунок 7).

Рис. 7. Пример диаграммы по методу 5 почему

Для решения ответственных технических проблем рекомендуется строить причинно-следственные цепочки нежелательных эффектов (ПСЦНЭ). Характерно, что нежелательные эффекты, соединяясь в цепочки, могут образовывать ветвления двух типов. Авторы методики назвали их "&" и "Or". Узел "&" характеризует нежелательный эффект, который происходит, когда все входящие в него НЭ происходят одновременно. Узел "Or" характеризует ситуацию, когда нежелательное событие возникает когда реализуется хотя бы один входящий в него НЭ (рисунок 8).