CC BY
35ЭФФЕКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ISO/TS 16949
К.т.н. Панюков Д. И.
Россия, г. Тольятти, ФГБОУ «Поволжский государственный университет сервиса»
Abstract. The design stages of a new automotive component and production process make the most significant contribution to its reliability and quality. In the automotive industry use several methods aimed at anticipating, detecting and solving quality problems of the project (Process Flow Chart diagram, FMEA, Control plan, etc.), integrated into the APQP process. This article analyses the relationship of these methods, and provides recommendations for improving the effectiveness of their application.
Автомобильная промышленность в современном мире это науко- и ресурсоемкое массовое производство, которое достигает эффективности, высокого качества и надежности продукции, в том числе за счет правильно организованной системы разработки и постановки на производство новой и модифицированной продукции. Каждое предприятие имеет свою уникальную систему разработки, но все же существует несколько конкурирующих подходов, которых придерживаются производители автомобилей и автокомпонентов к ним. Самым известным и распространенным является подход APQP (Advanced Product Quality Planning [1]) - планирование качества перспективной продукции. Этот подход нашел свое отражение в требованиях международного стандарта по качеству для автомобильной промышленности -ISO/TS 16949, который и является основным документом, на который опираются все предприятия автопрома при построении своих систем управления. В ISO/TS 16949 требуется при разработке и постановке на производство новой или модернизированной продукции придерживаться методологии, прописанной в процедуре APQP, то есть поэтапно реализовывать проект, осуществляя все необходимые действия по обеспечению качества продукции и процессов, разрабатывая необходимый набор документов, применяя на всех этапах соответствующие методы предвидения, определения и устранения проблем (DFMEA и PFMEA, MSA, SPC, другие методы и приемы). Вся работа в рамках APQP подчинена идее предотвращения несоответствий, и требует четкой последовательности и взаимосвязи при осуществлении этих действий и разработке соответствующих документов. В частности, необходимо последовательно провести ряд аналитических действий и разработать несколько взаимосвязанных документов, в частности таких как «Перечень ключевых характеристик продукта и процесса» ^ «Карта потока процесса» ^ «Протокол PFMEA» ^ «План управления». Эти документы разрабатываются последовательно-параллельно и имеют как прямую, так и обратную связь [2].
Для получения максимального эффекта для осуществляемого проекта, при выполнении этих действий необходимо достаточно глубоко владеть методикой разработки этих документов и понимать их взаимосвязь и взаимодействие [3]. Большинство специалистов уже вполне освоились с правилами и принципами разработки этих документов, но все же в их представлениях есть много белых пятен, которые зачастую сводят на нет синергетический эффект от правильного применения этих подходов [4-5]. Далее в статье рассмотрены ключевые аспекты разработки этих документов с учетом их глубокой взаимосвязи.
Карта потока процесса это первый из разрабатываемых в хронологическом порядке документов. Существует несколько различных видов карт потока, которые приняты в автопроме, но наиболее часто встречается таблично-графическая форма, прописанная в методологии APQP (табл. 1). Данная форма достаточно простая, но все же имеет ряд недостатков с точки зрения последующего использования.
Табл. 1. Форма карты потока процесса
№ операц ии Тип операции Наименов ание операции № характерис тики Характерис гика продукции № позиц ии Контрольн ые характерис тики процесса
Производ ство ◊ Перемеще ние о Хране ние □ Контр оль А
Многие специалисты понимают карту потока как формальный документ непонятного назначения. Если же понять цель карты потока и ее применение, становится понятно, каково должно быть содержание данного документа [6]. Целей несколько:
- необходимо понять какое количество и виды технологических и вспомогательных операций, необходимы для производства и поставки продукции;
- планирование внутренних и внешних аудитов процессов и продукции.;
- обучение линейного персонала, рабочих и контролёров;
- оценка стоимости процесса, повышение его эффективности.
Карты потока бывают нескольких видов в зависимости от этапа освоения продукции и целей применения:
- Карта потока предварительная (для выпуска опытного образца). Она разрабатывается на этапе анализа возможностей выполнения требований к продукции для объективного формирования технико-экономического обоснования и описывает предполагаемый процесс изготовления; применяется скорее для анализа процесса в целом, чем отдельных этапов.
- Карта потока окончательная разрабатывается с учетом результатов DFMEA, PFMEA, SPC, MSA, оценки эффективности процесса, результатов аудитов процессов и продукции и пр.
В карте потока должны быть указаны все операции вне зависимости от типа, включая основные и вспомогательные с момента наступления ответственности за продукцию. Упущение любых этапов и /или переходов в итоге ведет к упущению анализа рисков, связанных с ними (PFMEA) и отсутствию дальнейшей регламентации методов управления в планах управления и рабочих инструкциях. Именно на карте потока базируются все последующие технологические документы.
Рассмотрим теперь ряд аспектов, которые вызывают затруднения при разработке карт потока процесса.
Во-первых, не все специалисты понимают для чего необходимо обязательно указывать для каждой операции рядом с требованиями (характеристиками) к изделию требования к параметрам операции (характеристики процесса). В данном случае, требования к продукции, т.е. ее характеристики, это выходы для описываемой операции, а характеристики процесса -это входы.
Во-вторых, в карте потока помимо перечня операций и соответствующих им требованиям (характеристикам) к процессу и продукции также важно наличие связки «требования к изделию -требования к процессу - факторы/источники изменчивости процесса». Обычно данная связка отсутствует в картах потока у предприятий автопрома (как в таблице 1) - здесь ограничиваются указанием характеристик процесса и, связанными с ними, характеристиками изделия. Формально этого достаточно, так как последовательность операций, их тип и соответствующие характеристики отражены. Но в этом случае получается описательный документ, который не несет практически никакой дополнительной ценности для последующего анализа, и при его создании специалист не очень глубоко вникает в суть происходящего в разрабатываемом процессе с точки зрения риска получения негативных результатов. Для проведения PFMEA такой карты потока недостаточно -необходимо добавить к каждой операции результаты анализа источников изменчивости (как, например, представлено в [5]).
Чтобы определить эти источники изменчивости, нужно понять с какими средами контактирует продукция, обрабатываемая на данной операции. Стандартно выделяют следующие среды, участвующие в процессе - люди, оборудование, оснастка/инструмент, материалы, подвергающиеся обработке (комплектующие изделия), производственная среда, контрольные и измерительные приспособления и приборы. Все эти среды содержат в себе
множество факторов изменчивости, которые оказывают непосредственное влияние на процесс и его результаты, то есть эти среды являются мультифакторными. Кроме перечисленных сред очень важным фактором изменчивости являются методы выполнения операций, которые документированы в виде различных инструкций, методик, карт и т.п.
Для того, чтобы повысить ценность карты потока процесса, необходимо добавлять в форму карты колонку, предназначенную для указания факторов или источников изменчивости присутствующих на каждой из рассматриваемых операций, и в обязательном же порядке проводить анализ каждой операции на наличие тех или иных источников изменчивости. Чем точнее описана операция и ее переходы в карте потока, тем безошибочнее будет анализ потенциальных отказов процесса.
Для плавного перехода к PFMEA мы рекомендуем заполнить таблицу (табл. 2), которая позволит провести предварительный анализ риска возникновения дефектов на каждой операции с подробным описанием действий оператора и оборудования, а также сформировать пооперационный перечень дефектов процесса (табл. 3) этой операции. Далее, уже в рамках PFMEA, проводится последовательный анализ дефектов процесса по этому списку [2].
Табл. 2. Форма для анализа общего риска на операции процесса
Операция (номер и название) Шаг операции Источники изменчивости Риск появления дефекта (высокий, средний, низкий)
Табл. 3. Форма для структурирования результатов анализа процесса
Операция (номер и название) Цель(функция) Требования Источники изменчивости Потенциальные дефекты
Таким образом, структура разработки и анализа процесса с помощью карты потока процесса выглядит следующим образом - см. рис. 1.
/ N
/ И1 * \
И1
✓ N \
^ им j—т О,
Рис. 1. Структура разработки и анализа процесса с помощью карты потока процесса: Ом - п-ная операция (номер + наименование); Хп - характеристика процесса;
Хпр - характеристика продукта; И - изменчивость.
Используя структуру карты потока процесса из рис. 1, можно сделать два варианта оценки источников изменчивости - общую оценку для всей операции сразу или оценку источников изменчивости для каждой конкретной связки «характеристика процесса -характеристика продукта». В первом случае мы оцениваем влияние на всю операцию в целом, а во втором случае анализируем воздействие на каждую конкретную характеристику процесса. Первый вариант проще, т.к. нужно оценить только общее влияние источников изменчивости на операцию без детализации, но есть риск что-то упустить. Второй вариант предпочтительнее, так как позволяет детально проанализировать операцию и все факторы, влияющие на получение конкретных характеристик изделия, но более трудоемкий.
Схема, представленная на рис. 2 и табл. 3, фактически является заготовкой для последующего анализа дефектов процесса и формирования протокола в рамках PFMEA.
(хГ) (хПГ) (J?)
-V--
Рис. 2. Структурная схема анализа процесса при определении потенциальных дефектов: О - операция (номер + наименование); Ф - функция/цель операции; Т - требования к операции;
Дм - п-ный дефект; Хп - характеристика процесса; Хпр - характеристика продукта;
Тв - требования к способам выполнения операции; (1 = 1 .. Ы).
Прежде чем перейти к структурному описанию процедуры PFMEA необходимо обозначить общую структуру проведения анализа конструкции изделия, т.е. DFMEA. Это позволяет соблюсти преемственность анализа. Рассмотрим анализ конструкции изделия в рамках DFMEA с точки зрения его структуры (рис. 3).
Деревья рисков компонента - это две взаимосвязанных цепочки от компонентов с их функциями до дефектов с их последствиями и причинами, где ключевыми элементами являются именно потенциальные дефекты, которые и определяют риски. Каждый дефект - это целая цепочка явлений, в основе которых лежат механизмы образования дефекта и их спусковые причины (цепочки причин - от первопричины в рамках исследуемого объекта до спусковой причины, запускающей механизм образования дефекта), а на выходе спектр последствий, влияющих на соседние компоненты, узлы, системы, а также потребителей разного уровня и на разных этапах жизненного цикла продукции.
Рис. 3. Деревья рисков компонента: К - п-ный компонент изделия; Ф[ - функции; Т - требования; Дм - п-ный дефект;
ПрI - причины; М- механизм дефекта; П[ - последствия (1 = 1 .. Ы).
В протоколе указываются для каждой цепочки только одна причина, обычно это первопричина или иногда указывается вся связка (рис. 4).
Количество факторов также переменное - зависит от количества сред, которые влияют на функционирующий или изготавливаемый компонент. Для случая анализа процесса обычно выделяю 5 основных факторов - персонал, оборудование и оснастка, материалы, производственная среда, методы производства. Но это не догма - можно выделять и большее количество факторов, например, разделив оборудование и оснастку, или отдельно выделить инструменты, или добавить внутреннюю производственную логистику и средства транспортировки между операциями.
Ды - п-ный дефект; Пр, - причины; М- механизм дефекта (1 = 1 .. Ы). Анализ процесса имеет схожую структуру с деревом рисков (рис. 5).
Рис. 5. Дерево рисков процесса (операции): Оы - п-ная операция процесса; Ф, - функция (цель) операции; Т, - требования к операции; Дм -п-ный дефект; Пр, - причины; М- механизм дефекта; П, - последствия (1 = 1 .. Ы).
Отдельно стоит рассмотреть структуру оценки последствий дефекта для разных видов FMEA (рис. 6).
Рис. 6. Схема влияния дефекта на различные части изделия и потребителя (последствия): Дп - n-ный дефект; Кт - m-ный компонент; Ут - m-ный узел; Ст - m-ная подсистема/система;
Пк - конечный потребитель; Ов - операции внутреннего процесса; Ов - операции внешнего
процесса, т.е. процесс потребителя.
У последствий тоже своя цепочка. Но при их анализе в протоколе указываются тот элемент цепочки, который влияет (замечается потребителем) непосредственно на потребителя.
После определения причин дефекта в рамках PFMEA необходимо для каждой связки дефект-причина записать в протоколе действия по управлению процессом, которые состоят из двух блоков - «меры по предупреждению дефекта» и «меры по обнаружению дефекта» (рис. 7, H и J). Первый блок мер необходим для правильной оценки вероятности возникновения дефекта и определения балла возникновения (O - Occurrence) (рис. 7, I), а второй блок необходим для правильной оценки вероятности обнаружения дефекта и определения балла обнаружения (D - Detection) (рис. 7, K).
Операция Требования Вид потенциального отказа Последствия потенциального отказа Значимость Классификация Потенциальные причины отказа Текущее проектирование
Меры по предупреждению отказа | Возникновение | Меры по обнаружению отказа | Обнаружение |
№ Наименование/ Функция
B1/B2 B3 C D E F G H I J K
^ - **
Рис. 7. Фрагмент формы протокола PFMEA
Представим структуру анализа в рамках PFMEA несколько иначе для иллюстрации связи мер по управлению процессом и анализируемого дефекта процесса (рис. 8).
(^ПредупреждеНи^) ~__fr__
^^^бнаружение^^
Рис. 8. Структура анализа мер управления в рамках PFMEA: Дм - п-ный дефект; Прi - причины; М- механизм дефекта; П, - последствия; Упр - меры по управлению причинами дефекта; Уд - меры по управлению самим дефектом.
L
Здесь важно понимать, что меры управления должны быть рассмотрены и оценены как для дефекта, так и для причины дефекта. Набор мер по обнаружению дефекта оценивается баллом обнаружения (балл D) и эта оценка является одной из составляющих в системы выбора подходящих средств и методов контроля производственного процесса, наряду с анализом систем измерения (MSA), который и позволяет сделать окончательный выбор. На первой стадии анализа, т.е. при первичной оценке риска разработанного процесса в рамках PFMEA, мы оцениваем запланированные меры обнаружения баллом D. Эта оценка основывается на известной шкале критериев для оценки этого балла и является в некоторой степени формальной, так как многие просто используют ту шкалу, которая имеется в американском руководстве по проведению PFMEA. Шкала отражает общую оценку возможностей методов и средств контроля различных типов обнаружения дефекта или его причин.
Теперь рассмотрим взаимосвязь FMEA и такого важного документа как План управления. Прежде всего, нужно понимать, что план управления гарантирует, что на предприятии существует система по контролю рисков того же состояния отказа, которые были определены при проведении FMEA. План управления также гарантирует, что имеется хорошо продуманный план реагирования в случае возникновения и выявления несоответствий и предоставляет средства и способ для документирования применяемых методов контроля. Специальное внимание уделяется потенциальным отказам с высоким ПЧР и тем характеристикам, которые важны для потребителя.
Между PFMEA и планом управления существует формальная связь - сквозная связь между картой потока процесса, PFMEA, и планом управления по номерам и наименованиям операций процесса. Важно иметь полное соответствие в этих элементах для обеспечения прослеживаемости. Точно также PFMEA должен соответствовать информации, содержащейся в карте потока процесса. Кроме того, четко прослеживается связь между этими тремя документами и по характеристикам продукции (в том числе и по ключевым характеристикам) и процесса, которые в рамках FMEA отражаются в столбце «Требования», а ключевые обозначаются в столбце «Классификация» (рис. 7, B3 и F).
Существует три типа плана управления, каждый из которых связан с соответствующим этапом разработки продукта и процесса его производства, и, соответственно, с определенным видом FMEA:
- план управления для опытного образца (связан с результатами DFMEA);
- план управления для опытной партии (связан с результатами PFMEA);
- план управления для серийного процесса (разрабатывается на основе плана управления на опытную партию после получения статистических данных о пригодности процессов производства (SPC) и оценке измерительных систем в рамках MSA).
Как видно из рис. 9, во всех случаях в итоговом протоколе FMEA напрямую с планами управления связаны меры по обнаружению дефектов и их причин. Конечно, в план управления попадают не те меры, которые оцениваются в рамках первого этапа FMEA, а те, что окончательно принимаются после снижения общего риска в рамках предпринятых мер по доработке процесса, в том числе после проведения анализа системы измерений.
Также в план управления из FMEA попадают меры по предупреждению, которые планируются с целью снижения вероятности возникновения несоответствий.
Важно понимать, что первичен именно FMEA, так как именно в рамках этого метода оцениваются все риски нововведений и изменений продукта и процесса, а уже потом выстраивается окончательная система управления качеством производства.
Таким образом, FMEA и планы управления всех видов являются живыми документами, которые разрабатываются последовательно-параллельно друг к другу, и план управления всегда опирается на результаты FMEA. Нельзя проводить изменение одного из документов без соответствующих изменений в другом, естественно по взаимосвязанным разделам (требования/характеристики продукта и процесса, меры по предупреждению и обнаружению дефектов и причин).
На наш взгляд, максимально полезно и удобно, чтобы взаимосвязь между картой потока процесса, FMEA и планом управления была отражена в специализированном программном продукте и тогда можно исключить множество нестыковок и ошибок при разработке и оформлении этих трех взаимосвязанных документов.
Рис. 9. Структурная взаимосвязь между PFMEA и планом управления: 0N - n-ная операция процесса; Ф, - функция (цель) операции; Т - требования к операции;
Дм - n-ный дефект; Пр, - причины; М- механизм дефекта; П - последствия, Упр - меры по управлению причинами дефекта; Уд - меры по управлению самим дефектом. (i = 1 .. N).
ЛИТЕРАТУРА
1. Перспективное планирование качества продукции и план управления. APQP. Ссылочное руководство. Перевод с английского второго издания от июля 2008 г. - Н.Новгород: ООО СМЦ "Приоритет", 2012. - 221 с.
2. Панюков, Д.И. Фундаментальные основы FMEA для автомобилестроения : монография [Текст] / Д.И. Панюков, В.Н. Козловский - Самара: Издательство СамНЦ РАН, 2014. - 150 с.
3. Кудряшов А.В., Исаев С.В., Панюков Д.И., Климовских Д.В., Хромова Т.А. Проблемы и причины формального внедрения FMEA // Методы менеджмента качества. - 2011. - №11. - С. 16-20.
4. Панюков Д.И. Проблемы применения метода PFMEA на предприятиях-поставщиках автокомпонентов // Наука - промышленности и сервису. - Тольятти: Издательство ПВГУС, 2013. - № 8-2. - С. 530-534.
5. Анализ видов и последствий потенциальных отказов. FMEA. Ссылочное руководство. Перевод с английского четвертого издания от июня 2008 г. - Н.Новгород: ООО СМЦ "Приоритет", 2012. - 282 с.
6. Панюков Д.И., Козловский В.Н., Слистина Г.Г. Проектирование новых производственных процессов // Стандарты и качество. - 2014. - №11 (929). - С. 92-95.
