Содержание к диссертации
Введение
1 . Оценка качества продукции на стадии проектирования 9
1.1.Обзор методов снижения затрат на качество и удовлетворение требований потребителей 9
1.1.1. Технология развертывания функции качества 9
1.1.2. Функционально - стоимостный анализ (ФСА) 12
1.1.3. Функционально - физический анализ (ФФА) 13
1.1.4. Метод анализа видов и последствий
^ потенциальных дефектов (FMEA) 15
1.2. Квалиметрическая оценка качества продукции 16
1.2.1. Алгоритм оценки уровня качества продукции 16
1.2.2. Методы определения показателей и уровня качества продукции 18
1.3. Выбор номенклатуры показателей качества продукции на стадии проектирования 19
1.3.1. Анализ тенденции развития электромеханического привода 25
1.3.2. Выбор номенклатуры показателей качества для оценки электромеханического привода 28
ВЫВОДЫ 39
2. Разработка методик оценки фактических значений единичных показателей качества: "коэффициент риска", "совместимость" 41
2.1. Методика оценки показателя "коэффициент риска" 41
2.1.1. Описание принципов и алгоритма проведения оценки 41
2.1.2. Распределение ответственности при проведении оценки 44
2.1.3. Критерии для оценки показателя риска 46
2.1.4. Реализация предложенной методики на примере электромеханического привода 48
2.2. Методика оценки показателя "совместимость" 52
2.2.1. Описание алгоритма и принципов проведения оценки 52
2.2.2. Реализация предложенной методики на примере электромеханического привода 55
2.2.2.1. Кинематическое исследование электроприводов разных конструкций 55
2.2.2.2. Оценка фактических значений показателя "совместимость" 63
ВЫВОДЫ 68
3. Методика оценки качества продукщш на примере электромеханического привода 70
3.1. Комплексирование показателей качества продукции 70
3.2. Разработка методики графического представления уровня качества продукции 77
ВЫВОДЫ 81
4. Методика повышения уровня качества продукции на примере кулисного электромеханического привода 82
4.1. Разработка "дома качества" с использование метода QFD 82
4.2. Построение корреляционной матрицы 82
ВЫВОДЫ :...: 94
5. Разработка функциональной модели процесса проектирования 96
5.1. Предпосылки для создания функциональной модели 96
5.2. Разработка функциональной модели процесса проектирования электропривода 100
*
%
Выводы 109
Основные результаты и выводы 110
Библиографический список
- Технология развертывания функции качества
- Выбор номенклатуры показателей качества продукции на стадии проектирования
- Реализация предложенной методики на примере электромеханического привода
- Разработка методики графического представления уровня качества продукции
Введение к работе
Мировой опыт показывает, что успешная работа любой организации на рынке неосуществима без постоянного совершенствования ее деятельности, нацеленной на улучшение качества продукции [4].
Решение данной проблемы связано с модернизацией конструкции,
производственных процессов и технологий изготовления [17, 78, 87].
Введение перечисленных мероприятий требует больших
капиталовложений и временных ресурсов. В настоящее время выпуск более качественной продукции, как правило, связан с крупными затратами на налаживание производства, а период подготовки производства порой затягивается на несколько лет [16, 73, 77]. Поэтому возникает риск, вызываемый опасностью понести большие убытки, если продукция не будет пользоваться достаточным спросом.
Анализ литературы [8, 10, 16, 19, 22, 38, 40, 67, 80, 90, 94, 100] показывает, что подобный риск может быть значительно уменьшен, если качество намечаемой к выпуску продукции будет определено заранее, т.е. еще на первых стадиях проектирования.
Оценку качества целесообразно производить уже при разработке технического задания (ТЗ), что предусмотрено нормативной документацией, устанавливающей порядок разработки и постановки продукции на производство. Для предварительной оценки возможности реализации требований технического задания в рамках предприятий вводится этап технического проекта (ТП). На данном этапе рассматривается, как правило, ряд вариантов структурных схем конструкции и выполняется отбор допустимых конструктивных решений. В настоящее время такой анализ проводит разработчик продукции, основывая свое решение на собственном опыте, либо с помощью моделирования и функционального анализа, а также лабораторного экспериментирования.
В соответствии с новыми стандартами ИСО 9000:2000 г., в состав
6 участников анализа проекта должны быть включены все заинтересованные
лица, в том числе и потребители (п.7.3.4 [32]). Привлечение потребителей
к вышеуказанному анализу существующими методами практически
невозможно из-за их специфики и сложности восприятия.
Таким образом, актуальной задачей для производителя является разработка новых методов оценки продукции на стадии проектирования, позволяющих потребителю самостоятельно принимать решения о ее качестве.
Перспективным направлением реализации указанной задачи в рамках предприятий является разработка научно обоснованного подхода к оценке качества проекта, базирующегося на применении методов квалиметрии [3, 9, 27, 32, 35, 37, 51]. Результатом использования данных методов оценки является понятная для потребителей количественная характеристика качества проекта.
Основные задачи квалиметрии - определение номенклатуры необходимых показателей качества продукции, разработка методов их количественной оценки и методов оценки обобщенной характеристики качества (уровня качества продукции), а так же нахождение методов повышения данной характеристики.
Для получения адекватной оценки уровня качества, номенклатура показателей должна отражать как эксплуатационные, так и производственно-технические свойства создаваемого продукта. Но на уровне технического проекта оценка ряда важных общепринятых показателей, может быть осложнена, недостаточным количеством данных. Примером таких показателей являются показатели надежности, к которым относятся показатели: безопасность, долговечность, ремонтопригодность и т.д. Получение точных количественных оценок показателей возможно только после их экспериментального подтверждения, на конечных этапах проектирования.
Таким образом, для применения квалиметрической оценки на ранних
стадиях проектирования, в частности на стадии ТЗ, требуется введение новых единичных показателей качества, которые будут отражать все важные характеристики создаваемого продукта и могут быть оценены без применения экспериментальных методов. В данной работе эти задачи рассмотрены на примере электромеханических приводов для запорной арматуры, имеющих асинхронный двигатель и передаточный механизм.
В соответствии с изложенным, целью диссертации является повышение качества машиностроительной продукции путем дополнения номенклатуры единичных показателей качества, характеризующих надежность и функциональное совершенство разрабатываемого продукта, применения квалиметрической оценки уровня качества технических проектов, позволяющей выбрать наилучшее техническое решение, удовлетворяющее требованиям потребителей и обоснования значений единичных показателей качества продукции.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ номенклатуры имеющихся показателей качества
электромеханического привода.
2. Дополнить существующую номенклатуру необходимыми
единичными показателями качества и разработать методику расчета их
численных значений.
Адаптировать и усовершенствовать методику квалиметрической оценки и анализа уровня качества проекта на этапе разработки продукции.
Разработать метод, позволяющий обосновать значения единичных показателей.
Разработать функциональную модель реализации предложенной методики на стадии проектирования в рамках системы менеджмента качества ИСО 9000: 2001.
Научная новизна заключается:
- в выявлении единичных показателей качества конструкции: "совместимость" и "коэффициент риска" и разработке методик их расчета
для продукции, имеющей электродвигатель и передаточный механизм;
в разработке методики выбора технических проектов, базирующейся на учете и введении в функцию потерь Тагути относительных значений уровня качества;
- в развитии метода развертывания функции качества (QFD), в части создания способа построения корреляционной матрицы, базирующегося на построении диаграмм связей.
Практическая значимость работы заключается в разработке производственно приемлемой методики квалиметрическои оценки технических проектов, направленной на уменьшение риска предприятий, связанного с конкурентоспособностью продукции к моменту ее выпуска.
Технология развертывания функции качества
Для снижения затрат, учета в большей степени пожеланий потребителей, сокращения сроков разработки и выхода на рынок продукции применяют специальные технологии разработки и анализа изделий и процессов [99]:
— технологию развертывания функций качества (QFD) - технологию проектирования изделий и процессов, позволяющую преобразовать пожелания потребителя в технические требования к изделиям и параметрам процессов их производства;
- функционально-стоимостной анализ (ФСА) — технологию анализа затрат на выполнение изделием его функций; ФСА проводится для существующих и разрабатываемых продуктов с целью снижения их себестоимости;
- функционально-физический анализ (ФФА) - технологию анализа качества предлагаемых проектировщиком технических решений, принципов действия изделия и его элементов; ФФА проводится для разрабатываемых продуктов и процессов;
— анализ видов, последствий и критичности отказов (FMEA) — технологию анализа возможности возникновения и влияния дефектов на потребителя; FMEA проводится для разрабатываемых продуктов и процессов с целью снижения риска потребителя от потенциальных дефектов.
Развертывание функции качества является оригинальной японской методологией, ставящей целью гарантировать качество с самой первой стадии создания и развития нового продукта [61].
Первые идеи, высказанные по вопросам качества, связывающего параметры качества продукта и процесса его создания с ожиданиями потребителя, были практически реализованы в Bridgestone Tire и Matsushiba Electric в конце 1966 г. и получили название "План обеспечения Ka4ecTBa"(Quality Assurance Plan) [2, 44, 53]. Первая таблица качества в виде матричной диаграммы была разработана в 1972 г. на верфи Kobe компании Mitsubishi Heavy Industries. Наибольший вклад в развитие новой методологии внесли J.Akao, S.Mizuno, Furukawa. И уже в 1978 г. появилась первая книга, систематизирующая основные идеи и проблемы, подготовленная и опубликованная J.Akao и S.Mizuno. Именно с этого момента началось развитие методологии развертывания функции качества в связи с распространением TQM [54].
В 1983 г. методология развертывания функции качества была представлена в США, позже — в "Европе, где она еще недостаточно широко известна. В ряде стран, например в России, используется очень редко [55,58,65].
QFD - это структурный метод, ориентированный на учет запросов потребителей [62]. Он помогает трансформировать требования потребителя в характеристики продукта, позволяя обеспечить требуемое качество на всех этапах жизненного цикла продукции и снизить издержки.
Технология развертывания функции качества QFD - наиболее эффективный метод получения оперативной информации о требованиях потребителя и переводе их на язык технических условий и стандартов [15, 72]. В основу технологии QFD заложен метод представления данных в виде специальных матриц, получивших название "домов качества".
Работа по развертыванию функции качества содержит четыре последовательно выполняемые этапа (рис. 1.1).
Первый этап - планирование конструкции (в целом). Данный этап направлен на выявление основных требований, предъявляемых к проектируемой продукции, элементов конструкции и их взаимосвязи.
Второй этап - развертывание проекта. Этап предусматривает идентификацию наиболее критичных частей конструкции.
Третий этап - проектирование процесса. На этом этапе свойства спроектированного продукта трансформируются в конкретные технологические операции, обеспечивающие получение продукта с заданными свойствами.
Четвертый этап - проектирование производства. На этой стадии разрабатываются производственные инструкции и выбираются инструменты контроля качества производства продукции.
Матричные диаграммы, создаваемые в процессе четырехэтапного развертывания функции качества, позволяют формализовать поиск между концепциями различных уровней системы. При переходе от этапа к этапу "голос потребителя" систематически ниспадает, как видно из рис. 4.1, вначале к проектированию требуемого продукта, затем к соответствующему технологическому процессу его изготовления и контролирующей системе и, наконец, к инструкциям, необходимым операторам для выполнения процесса. На каждом этапе QFD создается свой "дом качества", в котором часть компонентов ("как") предыдущей матричной диаграммы становятся компонентами ("что") в новой диаграмме.
Выбор номенклатуры показателей качества продукции на стадии проектирования
Существуют множество показателей характеризующих качество продукции [36]. К таким показателям можно отнести:
1. Показатели назначения характеризуют свойства продукции, определяющие основные функции, для выполнения которых она предназначена, и обусловливают область ее применения.
2. Показатели надежности характеризуют свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Безотказность показывает свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки, выражающееся в вероятности безотказной работы, средней наработке до отказа, интенсивности отказов.
Ремонтопригодность — это свойство изделия, заключающееся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Единичными показателями ремонтопригодности являются вероятность восстановления работоспособного состояния, среднее время восстановления. Восстанавливаемость изделия характеризуется средним- временем восстановления до заданного значения показателя качества и уровнем восстановления.
Сохраняемость — свойство продукции сохранять исправное и работоспособное, пригодное к потреблению состояния в течение и после хранения и транспортирования. Единичными показателями сохраняемости могут быть средний срок сохраняемости и назначенный срок хранения.
Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Единичными показателями долговечности являются средний ресурс, средний срок службы.
3. Эргономические показатели, характеризующие систему «че ловек — изделие — среда использования» и учитывающие комплекс гигиенических, антропометрических, физиологических и психологических свойств человека, делятся на следующие группы:
4. Показатели экономичности определяют совершенство изделия по уровню затрат материальных, топливно-энергетических и трудовых ресурсов на его производство и эксплуатацию (потребление). Это в первую очередь себестоимость, цена покупки и цена потребления, рентабельность и т.д.
5. Эстетические показатели характеризуют информационно художественную выразительность изделия (оригинальность, стилевое соответствие, соответствие моде), рациональность формы (соответствие формы назначению, конструктивному решению, особенностям технологии изготовления и применяемым материалам), целостность композиции (пластичность, упорядоченность графических изобразительных элементов).
6. Показатели технологичности т.е. свойства конструкции изделия, которые определяют его приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве. Они является определяющими для показателей экономичности. Единичные показатели технологичности — удельная трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость изготовления и эксплуатации изделия, длительность цикла технического обслуживания и ремонтов и др.
7. Показатели безопасности характеризуют особенности продукции, обусловливающие при ее использовании безопасность человека (обслуживающего персонала) и других объектов.
8. Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность изделия стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, каковыми являются входящие в него детали, узлы, агрегаты, комплекты и комплексы.
9. Патентно-правовые показатели характеризуют степень па тентной защиты патентной чистоты технических решений, ис пользованных в изделии, определяющей ее конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынке.
10. Экологические показатели определяют уровень вредных воздействий на окружающую среду в процессе эксплуатации или потребления изделия. К ним относятся: содержание вредных примесей, выбрасываемых в окружающую среду; вероятность выброса вредных частиц, газов и излучений, уровень которых не должен превышать предельно допустимой концентрации.
Таким образом, номенклатура показателей может быть очень многочисленной, но не все показатели можно оценить на уровне ТЗ. Так, например, практически невозможно по существующей номенклатуре оценить надежность конструкции, так как все показатели требуют экспериментальной оценки. А данный показатель один из наиболее значимых показателей качества продукции.
С другой стороны, успешность решения задачи выбора, необходимой для оценивания номенклатуры, зависит от понимания производителем в первую очередь двух аспектов [24]: а) что требует потребитель от продукта; б) как продукт будет использоваться потребителем.
Потребитель, как правило, не высказывает всех своих ожиданий относительно ценности создаваемого продукта, полагая, что часть из них является «само собой разумеющимися» и производитель обязан их учитывать в реальном продукте. Таким образом, производитель в процессе формирования качества должен в первую очередь иметь четкое представление о «профиле качества» создаваемого продукта.
Профиль качества, модель которого была предложена Н. Кано [24], включает три составляющие профиля качества: базовое, желаемое и требуемое качество.
Реализация предложенной методики на примере электромеханического привода
Для апробации предложенного метода была составлена команда экспертов. В состав команды были включены: сотрудники ТулГУ (в лице автора работы и его научного руководителя), имеющие практический опыт работы с электроприводами, и сотрудники ОАО "Тулаэлектропривод" (главный конструктор предприятия, технический директор, технолог, сборщик, испытатель и контролер).
Для оценки было выбрано три типовых конструкции электроприводов: односкоростной, двухскоростной и кулисный (см. п. 1.З.З.).
Анализ проводился в соответствии с матрицей распределения ответственности (см. табл. 2.1), при заполнении формуляра в виде табл. 2.5. В столбцы по порядку записывались следующие сведения: 1. Элементы электропривода. В рамках работы, нами было принято решение провести оценку только основных частей электропривода: электродвигатель, редуктор, корпус и т.д. 2. Порядковый номер отказа. 3. Описание потенциального отказа.
В конструкции электроприводов возможно несколько видов проявления отказов (в зубчатой передаче - поломка зубьев, в электродвигателе"-обрыв фаз и т.д.), и все они записываются один под другим.
4. Типы конструкций, в которых возможен представленный отказ.
Так например, в силу конструктивных особенностей редуктора отказ связанный с поломкой зуба, не характерен ни для односкоростного, ни для кулисного электропривода.
5. Возможные последствия отказа. В работе учитывались последствия связанные с потерей функций, а именно: несрабатывание, поломка, остановка и т.д.
6. Величина коэффициента S, учитывающего значение последствий отказов (тяжесть последствий проявления причин отказов) для потребителя.
Для оценки данного коэффициента используется таблица рекомендуемых шкал (см. табл. 2.2). Например: поломка зуба может привести к отказу зубчатой передачи и остановке электропривода, поэтому в соответствии с данной таблицей S = 9 и т.д.
7. Меры, принятые для обнаружения отказа до поставки объекта потребителю. В данном столбце отражаются испытания, которым электропривод подвергается в процессе производства и при выходном контроле, в соответствии с ТУ на электропривод типа "Г". 8. Величина коэффициента О (оценивалась по таблице 2.3), учитывающего вероятность не обнаружения отказа или его причины до возникновения последствий отказа непосредственно у потребителя. Все возможные отказы электропривода можно обнаружить с большой вероятностью, но исключение составляет только выход из строя редуктора связанный с поломкой зубьев. Таким образом, данному отказу присвоен коэффициент О = 9. 9. Причины возникновения каждого из видов отказов. 10. Величина коэффициента D, учитывающего вероятность появления причины отказа, определенного по табл. 2.4.
Так как уровень дефектности производства электроприводов по имеющимся на предприятии ОАО "Тулаэлектропривод" технологиям, довольно невысокий, то даже самой критичной части электромеханического привода - редуктору в соответствии с табл. 2.4 было принято значение 5.
11. Приоритетное число риска Крп, рассчитано по формуле (2.1) [30] для каждой из установленных причин и всех типовых конструкций. K pn=S „-0 „-D n, (2.1) где Кр„ - фактическое значение коэффициента риска n-го отказа і-ой конструкции электропривода; / - индекс, соответствующий типу конструкции (односкоростного, двухскоростного, кулисного); п - номер возможного отказа.
12. На заключительной стадии анализа был произведен расчет коэффициента риска К1 посредством суммирования фактических значений приоритетных коэффициентов риска каждой типовой конструкции: где К1 - фактическое значение коэффициента риска і-ой конструкции электропривода.
Разработка методики графического представления уровня качества продукции
В соответствии с философией Тагути [59, 88] "качество - это потери, которые несет общество с того момента, как изделие отправлено потребителю". Сущность данного высказывания состоит в том, что социальные потери, наносимые изделием со времени его отгрузки потребителю, определяют его желательность. Чем меньше потери, тем более желательно изделие. Следовательно, одной из важнейших мер качества являются общие потери, наносимые изделием обществу [1, 46].
Функцию потерь потребителя можно описать в виде ветви параболы [13], используя формулу: где ЦЕК)-потери потребителя в зависимости от единиц качества продукции; L0, Lmin- потери потребителя в опорных точках кривой; Д - потребительский допуск на качество продукции (EKmax-EKmin); ЕК - единицы качества. В общем виде функция потерь представлена на рис. 3.1. Потери А потребителя (L) Lmin Уровень качества (ЕК) Рис. 3.1. Вид функции потерь, описываемой уравнением (3.4) С учетом результатов, полученных в подп. 3.1 настоящей работы, составим формулы для вычисления потерь потребителя для всех конструкций электропривода. Очевидно, что для получения зависимостей необходимо произвести учет относительных значений уровней качества электропривода. Общая формула примет вид m-QnEK (3.5) где L,{EK) - функция потерь потребителя при использовании і-й типовой конструкции электропривода; Qyl{"» " относительное значение уровня качества і-й типовой конструкции электропривода.
Таким образом, для односкоростного электропривода формула (3.5) будет иметь вид (3.6), для двухскоростного (3.7), а для кулисного (3.8). т 100-0 642 ЕК (3.6)
Для всех конструкций электроприводов примем единый допуск потребителя, сделав предположение, что потребитель купит электропривод (независимо от его типа), уровень качества которого находится в пределах от 100 до 70. Таким образом, потребительский допуск, являющийся разностью предельных требуемых значений уровней качества, для всех конструкций будет одинаков и равен 30 единицам качества. На функцию потерь данный фактор не оказывает влияния, т.е. он является постоянной величиной.
В том случае, когда потребитель приобретает продукцию высшего качества (уровень качества равен 100 ед.) его потери, являющиеся обязательными, складываются из стоимости товара, транспортировки, демонтажа и планового технического обслуживания. Для простоты расчетов данная совокупность принята за 1 (Lmin = 1).
Приобретая продукцию более низкого качества (уровень качества равен 70 ед.), для потребителя создается риск дополнительных потерь, связанных с внеочередным ремонтом, следовательно, демонтажем, испытаниями и т.д. Практика показывает, что дополнительные потери в сумме не превышают 0.8 от обязательных потерь, так как в этом случае ремонт станет экономически невыгодным. Таким образом, совокупность всех потерь для электропривода более низкого качества принимается за 1.8 (Ьо = 1.8), но данное значение будет индивидуальным для каждой продукции.
Графическое представление позволит потребителю самостоятельно оценить качество и выбрать нужную модель электропривода.
Рассмотренный метод оценивания и анализа качества электропривода является универсальным и может использоваться для широкого круга промышленных товаров.
ВЫВОДЫ
1. Оценка коэффициентов весомости единичных показателей качества, выявленных в первой главе диссертационной работы, показала, что наиболее значимыми показателями для электромеханического привода являются: коэффициент риска, совместимость и мощность электродвигателя.
2. Расчет комплексного показателя позволяет сделать вывод, что конструкция кулисного электропривода по своему качеству превосходит все рассмотренные конструкции, т.е. двухскоростного и односкоростного.
3. Предложенная методика представления уровня качества посредством функции потерь Тагути делает информацию о качестве электроприводов более доступной и является актуальной для предприятий, готовых сделать потребителя полноценным участником производственного процесса. Предложенный метод оценивания является универсальным и может использоваться для широкого круга промышленных товаров.
4. Предложенная методика оценки уровня качества позволяет разработчикам новой продукции выбрать конструкторское решение удовлетворяющее требованиям потребителей еще на стадии планирования, и основываясь на фактах целенаправленно реализовывать мероприятия по улучшению качества выбранного объекта. Таким образом, темой следующей главы станет рассмотрение метода планирования продукции, направленного на улучшение ее качества.
