Содержание к диссертации
Введение
I Анализ существующих методов обеспечения качества конструкторской документации 13
1. К Этапы обеспечения качества продукции 13
1.2. Основные задачи управления качеством на стадиях жизненного цикла изделия 1S
1.3. Этап проектирования изделия 20
1А Жизненный цикл конструкторской документации 21
1.5. Цели и задачи нормоконтроля 24
1.6. Нормативно-техническая документация по нормоконтролю 2S 1.1. Влияние несоответствий в КД на качество выпускаемой продукции 29
1.8. Анализ динамики развития института нормоконтроля 31
1.9. Принятие оптимального решения в зависимости от текущих условий 34
1.10. Постановка цели и задач исследования 36
2. Обеспечение качества конструкторской документации 38
2.1. Потребители КД 38
2.2. КД как виртуальная модель изделия 40
2.3. Уровни обеспечения качества КД 41
2.4. Анализ существующих стратегий выполнения нормоконтроля КД на машиностроительных предприятиях Тульской области 44
2.5. Виды несоответстоий 49
2.6. Модель конфликтов профессиональных интересов при проектировании изделия 52
2.7. Стратегии участников конфликта профессиональных интересов прет разработке КД 55
2.8. Выводы 61
3, Выбор оптимальной стратегии нормоконтроля конструкторской документации 63
3 Л. Модель выбора оптимальной стратегии нормоконтроля 63
3.2, Пример применения методики выбора оптимальной стратегии нормоконтроля КД 70
3.3. Функциональная модель проведения нормоконтроля КД 72
ЗА Классификация конструкторской докумекнтации 74
3.5. Методика проверки элементов КД 76
3.6, Выводы 78
4. Практическая реализация результатов работы 79
4.1 Специализированные САПР 79
4.1Л. САПР специальной технической оснастки автоматических роторных линий 80
4.1.2. Специализированная система параметрического проектирования пресс-форм 85
4-2- Автоматизированное рабочее место нормоконтролера 87
4.3. Выводы 95
Заключение и основные выводы по работе 97
Список использованных источников
- Основные задачи управления качеством на стадиях жизненного цикла изделия
- Уровни обеспечения качества КД
- Пример применения методики выбора оптимальной стратегии нормоконтроля КД
- Специализированная система параметрического проектирования пресс-форм
Введение к работе
Актуальность темы Основным рез\льташм этапа проектирования машиностроительной продукции является комплект конструкторской документации на издетие Для обеспечения качества конструкторской документации предусмотрен ряд процедур контроля, завершающей стадией которых, охватывающей все остальные. является нормоконгроль конструкторской документации Согласно ГОСТ 2 111-68 "Единая система конструкторской документации Нормоконтроль", нормоконтроль выполняется с целью достижения высокого уровня стандартизации на предприятии и обеспечения однозначности применения констр\ кторской документации и установленных в ней норм, требований и правил на всех стадиях жизненного цикла изделия Поэтому нормоконтроль является инструментом обеспечения качества не только конструкторской документации, но спроектированного изделия
Существо страгеїии нормоконтроля, как возможной последовательности действий по его осуществлению и способов взаимодействия участников процесса определены в ГОСТ 2 111-68 В условиях существования единого набора обязательных к применению государственных стандартов существовала единственная стратегия нормоконтроля, реализуемая специальной службой нормоконтроля в соответствии с требованиями государственного стандарта Однако даже зтої нормативный документ предполагал возможность возникновения конфликтов профессиональных интересов и возможные способы их разрешения, предоставляя участникам процесса выбор наиболее эффективной стратегии разрешения конфликта
За последние 15 лет, в связи с развитием экономики, произошли существенные изменения внешних условий национальные стандарты переведены в разряд рекомендательных, работа с зарубежными заказчиками требует подготовки конструкторской док>ментации в соответствии с международными стандартами (ISO, API, DIN, EN, и т.д), происходит внесение изменений в стандарты, усложняется и становится все более разнообразной машиностроительная продукция, идет процесс конверсии, предприятия внедряют единое информационное пространство, в котором необходимо найти место нормоконтролю.
В этих условиях стратегия нормоконтроля должно осуществляться с учетом конкретных условий, сложившихся на предприятии Выбор неудачной стратегии может существенно усложнить взаимоотношения между участниками разработки конструкторской документации, вызвать существенное увеличение сроков ее разработки и снижение качества выполнения требований нормативно-технических документов, эффекта от применения средств автоматизации конструкторского труда и др
Поэтому выбор оптимальной стратегии нормоконтроля является актуальной задачей в области стандартизации и управления качеством машиностроительной продукции
*0С НАЦИОНАЛЬНАЯ J SMMNOTEMA I
Работа выполнена в соответствии с грантом №АОЗ-3 18-12 для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений Министерства образования России 2003 г по теме "Управление качеством конструкторской документации изделий машиностроения в условиях автоматизированного проектирования"
Цель работы заключается в повышении качества и сокращения сроков разработки конструкторской документации на изделия машиностроения, достижение обоснованного уровня стандартизации на машиностроительных предприятиях и обеспечения однозначности применения конструкторской документации и установленных в ней норм, требований и правил на всех стадиях жизненного цикла машиностроительной продукции за счеі обоснованного выбора стратегии нормоконтроля в конкретных производственных условиях
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследований'
-
провести анализ распределения видов несоответствий в конструкторской документации и выявить вклад нормоконтроля в обеспечение качества документации;
-
провести анализ различных стратегий выполнения нормоконтроля конструкторской документации на ряде машиностроительных предприятий и выявить обобщенную схему взаимодействия участников процесса проектирования и контроля конструкторской документации;
-
выявить конфликты профессиональных интересов в процессе разработки конструкторской документации и разработать теоретико-игровую модель взаимодействия между разработчиком и потребителем документации;
-
разработать методику выбора оптимальной стратегии выполнения нормоконтроля в зависимости от конкретных производственных условий, а также средства информационной поддержки ряда наиболее эффективных стратегий выполнения нормоконтроля
Методы и средства исследования. При выполнении работы использовались методы теорий всеобщего управления качеством, математической статистики, структурно-функционального моделирования IDEF, метод анализа иерархий, положения теории игр и теории принятия решений.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
обобщенная схема взаимодействия участников процесса разработки и контроля конструкторской документации;
модель конфликтов профессиональных интересов, возникающих в процессе проектирования и контроля конструкторской документации,
теоретико-игровая модель выбора оптимальной стратегии нормоконтроля конструкторской документации на изделия машиностроения,
методика создания средств информационной поддержки ряда наиболее эффективных стратегий проектирования и контроля.
Научная новизна результатов, исследования состоит в разработке модели выбора оптимальной стратегии нормоконтроля конструкторской документации,
раскрывающей взаимосвязь между затратами на внедрение и эксплуатацию и эффективностью каждой стратегии в зависимости от текущей ситуации на предприятии
Практическая значимость. Разработана методика выбора оптимальной стратегии разработки и кон гро тя конструкторской документации, позволяющая разрешить конфликты профессиональных интересов между разработчиком и потребителем конструкторской документации, а также программное обеспечение для реализации ряда наиболее эффективных элементов стратегий (автоматизированное рабочее место нормоконтролера, специализированные параметрические САПР)
Реализация работы Результаты данной работы внедрены в ОАО "Тульский патронный завод" (г Тула), ОАО "Тяжпромарматура" (г Алексин Тульской обл)
Апробация работы Основные положения работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2003-2004 гг . на международных научно-технических конференциях "Технологическая системотехника" (г Тула, 2002, 2003 гг); "Фундамент&тьные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Технология-2003" (г Орел, 2003 г.), ГрафиКон'2003 (г Москва, 2003 г.), "Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации" (г Курск, 2004 г), публиковались в журнале "Методы менеджмента качества" (№12, 2003 г)
Публикации Основное содержание работы изложено в 8 публикациях
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Содержит 109 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 30 рисунков, список литературы из 112 наименований и приложения на 8 страницах Общий объем диссертации 121 страница
Основные задачи управления качеством на стадиях жизненного цикла изделия
Основные задачи и цели управления качеством на отдельных стадиях жизненного цикла изделия согласно Половинкину А.В, [78], можно представить следующим образом (таблица 1.1).
Под технической документацией понимается совокупность документов, используемых при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, производстве, испытаниях, эксплуатации if ремонте изделий: проектных, конструкторских, технологических, нормативно-технических и дір.
Анализ литературы [Ї5, 16, 35, 73, 102, 105] показал важность обеспечения качества па каждом этапе, т.к, все несоответствия, внесенные в процессе подготовки производства и изготовления изделия, ухудшают качество конечной продукции. Чем раньше внесено несоответствие, тем труднее его выявить и тем больший суммарный ущерб оно нанесет, следовательно, необходимо обеспечить максимальное качество выполнения самых ранних этапов подготовки производства.
Подавляющее большинство исследований посвящено вопросам обеспечения качества изделий на стадии производства- Во многих работах рассматривается этап разработки изделий, но надо отметить их однонаправленность: в основном делается упор па внедрение современных информационных технологий в области создания документации на изделие и само собой подразумевается, что системы автоматизированного проектирования обеспечивают разработку качественной документации, но при этом часто забывается про необходимость контроля получаемой КД. Эго становится особенно актуальным а условиях военного производства, когда выпускаемую конструкторским бюро документацию принимает военный представитель заказчика и КД проходит особенно жесткий контроль. В области управления качеством проектно-конструкторских работ надо отметить исследования таких ученых, как Балабанов А.Н., Барканова Д.С, Тихомиров Ю.С., Григорьева Л.И., Богданов М.В., Демидов И.К., Дружинский И.А., Кохановский В.Д, Дзюман-Грек Ю.Н., Разумов ИЛ1., Третников Н.И. [3, 20, 37, 52, 79, 97]
Уровень качества продукции закладывается на стадии проектирования изделия. Качество разработки (проектирования), так же как и любой другой этап жизненного цикла продукта, зависит от качества целей. Требование сделать качественный продукт с минимальными затратами означает разработку конструкторско-технологической документации на основе таких стандартов, которая позволила бы организовать процесс производства продукта таким образом, чтобы ценность его параметров качества для потребителя была максимальной, а его стоимость как для потребителя, так и изготовителя — минимальной. Это возможно за счет минимизации издержек на исправление брака.
Одним из основных результатов стадии проектирования является получение комплекта КД на изделие. КД можно рассматривать как продукт на основании ГОСТ 2.001-70, в котором говорится, что "КД является товаром и на нес распространяются все нормативно-правовые акты, как на товарную продукцию".
Разработка КД - сложная творческая процедура, предъявляющая особые требования к квалификации исполнителей. Как известно, человеческий фактор оказывает решающее влияние на качество выполняемого процесса. В стандартах ISO 9001-9004 указывается, что организация должна проводить "...периодические программы повышения квалификации для уже подготовленных работников" [ГОСТ Р ИСО 9004 — 2001, п. 6.2.2.2], "определять необходимую компетентность персонала; обеспечивать подготовку" [ГОСТ Р ИСО 9001 - 2001, п. 6,2.2], а также обеспечивать оценку результативности такой подготовки при помощи программ аудита персонала.
Уровни обеспечения качества КД
Исследование этапов жизненного цикла КД позволило выявить уровни обеспечения качества КД и этапы его формирования (рисунок 23).
Во-первых, существует уровень соответствия технического задания потребностям заказчика и нормативным документам. На следующем уровне происходит проверка соответствия замысла конструктора требуемым характеристикам проектируемого объекта. Данный уровень является творческим и трудно формализуемым, хотя создан ряд методик для упорядочения и повышения эффективности творческой деятельности конструктора (ТРИЗ, "мозговой штурм" и др.)
На первых двух уровнях обеспечение качества происходит на первом этапе, когда осуществляется контроль технического задания, эскизного и технического проектов.
Далее следует рассматривать вопрос качества переноса замысла конструктора в виртуальную модель объекта- В процессе переноса есть вероятность внесения ошибок, вызван пая человеческим фактором. Применение современных систем твердотельного трехмерного моделирования иногда вызывает обратный эффект: высокая трудоемкость построения отдельных элементов модели или недостаточная для этого квалификация пользователя приводит к сознательному у худ и гению исходного варианта конструкции. Например, в [80] отмечается: "Большая трудоемкость построения сложных поверхностей и аксонометрических проекций могут заставить конструктора отказаться от их изображения или упростить форму детали. В первом случае это затрудняет понимание проекта, во втором — снижает привлекательность изделия с точки зрения потребителя".
В-четвертых, помимо геометрической модели для выражения замысла конструктора в КД присутствует большое количество дескриптивных (описательных) элементов - размеры, допуски, технические требования и пр. Их корректное, в соответствии со стандартом, обозначение оказывает большое влияние тта сам процесс изготовления и качество конечной продукции.
На последних рассмотренных двух уровнях обеспечение качества происходит на втором этапе его формирования, когда документация проходит все четыре предусмотренных вида контроля.
Приведенные уровни хорошо согласуются с аспектами качества КД, приведенными в [3]: "качество технического содержания, качество информативного содержания и качество физического состояния". Следует отметить, что для КД, представленной в электронном виде, аспект физического состояния не существует.
Исходя из представленных уровней обеспечения качества, можно дать следующее общее определение понятия "качество конструкторской документации": степень соответствия виртуальной модели изделия требованиям, предъявляемым к проектируемому объекту. Предъявление требований к виртуальной модели заключается в численном моделировании ее параметров, например, прочностном расчете методом конечных элементов, кинематическом моделировании работы механизмов и т.д. Такое определение позволяет разделить собственно несоответствия в КД и несоответствия, возникающие на более поздних этапах жизненного цикла проектного решения.
Анализ существующих стратегий выполнении нормоконтроля КДпа машиностроительных предприятиях Тульской области Были проанализированы организационно-структурные схемы обеспечения качества па трех предприятиях Тульской области: ОАО "Тяжпромарматура" (г. Алексин); ОАО Тульский патронный завод, ОАО Тульский завод "Арсенал" и І1ИИ "Стрела" (г. Тула).
Введение нормоконтроля на данных предприятиях было оформлено специальными приказами руководителей; теми же приказами утверждены составы групп нормокоптролерод и положение об их работе, а также установлено, что ни один технический документ, выпускаемый предприятием, не имеет юридической силы без подписи нормоконтролера.
Нормо контроль КД - всего лишь одна, но весьма ответственная и значительная часть всех функций службы стандартизации предприятия, поэтому норм о контроль осуществляется высококвалифицированными специалистам и-нормоконтролерами отдела стандартизации, выделенными в зависимости от объема и характера работ, как правило, в самостоятельное структурное подразделение с подчинением руководителю отдела стандартизации. Организационная структура, штатное расписание и численный состав подразделений нормоконтролеров, необходимых для проверки технической документации, зависят от категории сложности и объема конструкторских работ, выполняемых в данной организации.
Пример применения методики выбора оптимальной стратегии нормоконтроля КД
Для разработки автоматизированного рабочего места нормоконтролера следует провести анализ его функций, предусмотренных ГОСТ 2.111-68 и стандартами предприятий. Для этого была применена методология IDEF [4], позволившая детализировать работу нормоконтролера, выявить имеющиеся в системе механизмы и управляющие воздействия.
Целью модели с точки зрения конструктора и нормоконтролера является обеспечение выпуска качественной документации, где на входе -техническое задание, на выходе - КД, а управлением будут сроки исполнения, а также стандарты, справочники, нормативно-технические документы (рисунок 3.6),
При более подробном рассмотрении можно выявить функции с каждой точки зрения- Функцией конструктора будет разработка КД, а нормоконтролера - выполнение контроля этой документации с возвратом се и протокола несоответствий обратно конструктору для доработки (рисунок 3.7). — Сначала нормоконтролеру необходимо выявить допустимость дальнейшей проверки. При выполнении этого условия контролер выполняет декомпозицию КД, затем устанавливает соответствие между стандартом и элементом КД, после чего проверяет элемент на соответствие стандарту. На выходе, кроме протокола несоответствий, формируются предложения по стандартизации (рисунок 3.8).
Рассмотрим белее подробно блоки 3 и 4 диаграммы А2, Для установления соответствия между стандартом и элементом КД был проведен анализ ЕСКД, который показал, что всю группу стандартов, по которым проводится лормоконтроль, можно разделить на общие, применимые ко всем чертежам, и частные, применимые к чертежам отдельных видов объектов - зубчатых колес, пружин, схем и т.д. Поэтому необходимо ввести классификатор объектов, чтобы норм о контролер мог выбрать группу стандартов, соответствующую конкретному проверяемому комплекту КД.
Согласно ЕСКД конструкторская документация классифицируется следующим образом: в се состав входят чертежи и текстовые документы. Чертежи в свото очередь делятся на сборочные чертежи, чертежи деталей и схемы, к текстовым документам относятся ремонтные, эксплуатационные и спецификации. Детали разделяются по способу их изготовления: полученные с помощью механической обработки, штамповки и литья. Классификация показана на рисунке 3.9.
Анализ ЕСКД показывает, что всю группу стандартов, по которым проводится нормоконтроль, следует разделить ла общие, применимые ко всем чертежам, и частные, применимые к чертежам отдельных видов объектов - зубчатых колес, пружин, схем и т.д. Нормоконтролер должен выбрать группу стандартов, соответствующую конкретному проверяемому комплекту КД,
Каждый стандарт можно представить деревом вывода, проходя по которому, нормоконтролер производит контроль элементов КД, Обнаруженные несоответствия необходимо помечать в протоколе. Протокол устанавливает связь мелугу текстовым описанием несоответствия и его местоположением на чертеже. Это необходимо и для ведения статистики несоответствий, что позволяет узнать о характерных несоответствиях, совершаемых тем или иным конструктором. Подобная информация требуется для проведения обучения с целью повышения квал и фи каци и конструктор а-разработчика.
Бели каждый стандарт разбить на вопросы с возможностью ответов лишь г,да" или "нет", то дерево вывода стандарта можно представить следующим образом, показанном на рисунке ЗЛО. Часть ветвей, дерева заканчиваются сообщениями о найденных несоответствиях.
При работе с деревом необходимо последовательно отвечать на задаваемые вопросы. На рисунке 3.10 приведен фрагмент дерева вывода по ГОСТ 2.307-68 "Нанесение размеров и предельных отклонений".
Специализированная система параметрического проектирования пресс-форм
Основным результатом данной диссертационной работы является решение важной научной задачи: повышении качества и сокращения сроков разработки конструкторской документации на изделия машиностроения, достижение обоснованного уровня стандартизации на машиностроительных предприятиях и обеспечения однозначности применений конструкторской документации и установленных в ней норм, требований и правил на всех стадиях жизненного цикла машиностроительной продукции за счет обоснованного выбора стратегии нормоконтроля в конкретных производственных условиях.
Результаты проведенных теоретических исследований и практическое использование разработанного программного обеспечения позволяют сделать следующие основные выводы:
1. Показано, что выполнение нормоконтроля конструкторской документации обеспечивает достижение высокого уровня стандартизации на предприятии и однозначности применения конструкторской документации и установленных в ней норм, требований и правил на всех стадиях жизненного цикла изделии. Поэтому норыоконтроль является инструментом обеспечения качества не только самой конструкторской документации, но и спроектированного изделия.
2. Раскрыта сущность стратегии нормоконтроля, как целесообразной последовательности действий и способов профессионального взаимодействия участников процесса, способствующих разрешению объективно обусловленного конфликта противоположных интересов взаимодействующих субъектов. Установлено, что эффективность прнметіяемой стратегии нормоконтроля существенно зависит от конкретных производственных условий, сопровождающих разработку конструкторской документации. Она должна выбираться в соответствии с экономическими критериями индивидуально для каждого выполняемого проекта на основе соглашения всех субъектов, заинтересованных в разработке проекта 3. Исследование модели конфликта профессиональных интересов в процессе разработки конструкторской документации на основе метода анализа иерархий Т, Саати, позволило установить, что действующими лицами конфликта, связанного с нормоконтролем должны быть разработчик документации, норм о контролер и заказчик (потребитель документации)- Выявлены их цели и сценарии поведения (индивидуальные стратегии). Показано, что взаимодействие участников процесса при осуществлении нормоконтроля математически описываются моделью игры с ненулевой суммой, предусматривающей наличие и конфликтов и согласованных действий игроков.
4. На основе анализа производственной практики выявлены стратегии проведения нормоконтроля конструкторской документации и . внешние факторы, влияющие на выбор стратегии. Определены эффективность и совместимость элементов стратегий и относительные затраты на их реализацию. Разработана методика выбора оптимальной стратегии проведения нормоконтроля для конкретного проекта с учетом применения средств информационной поддержки процесса и автоматизации проектирования.
5. В результате структури о-функционального моделирования процесса нормоконтроля выявлены его этапы с целью разработки структуры и построения даталогической модели автоматизированного рабочего места нормоконтролера. Создано программное обеспечение для эффектно пого проведения нормо контроля в современных производственных условиях, а также для обучения и повышения квалификации нормоконтролеров и конструкторов.
6. Разработана и реализована в промышленных условиях практическая интерпретация методики выбора оптимальной стратегии нормо контроля в условиях применения специализированных САПР параметрического типа. Оценка эффективности методики произведена при разработке и внедрении двух специализированных параметрических САПР: САПР специальной технологической оснастки автоматических роторных линий (ОАО Тульский патронный завод, г. Тула) и система диалогового параметрического проектирования пресс-форм (ОАО "Тяжпром арматур а", г. Алексин Тульской обл.), позволяющих автоматизированно получать комплект конструкторской документации в соответствии действующим стандартам под конкретные виды изделий.
