CC BY
10
УДК 629.113
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-303-309
КОНЦЕПЦИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА В МАССОВОМ ЧУГУНОЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Р.Д. Фарисов, В.Н. Козловский, М.А. Иоффе
Для повышения эффективности чугунолитейного производства предлагается концепция спиральной динамики постоянного повышения качества отливок на основе детализированного варианта цикла улучшения Plan - Do - Check - Act (PDCA) Деминга. Предложена модель, которая применима для анализа результатов проведенных мероприятий и эффективности корректирующих действий, может быть полезной при определении точки бифуркации и планировании дальнейших улучшений. По предложенной концепции на примере массового чугунолитейного производства построена диаграмма динамики роста уровня качества по циклам улучшения Деминга, где отражена эффективность, полученная от каждого этапа.
Ключевые слова: массовое производство, цикл Деминга, отливка, спиральная динамика развития, бережливое производство, постоянное улучшение, качество, показатель эффективности.
Сложность и многоступенчатость технологических процессов литья, характеризующихся широкой номенклатурой исходных материалов, поступающих извне, разбросом их свойств, разнообразием оборудования, внешних энергоносителей, нестабильностью сопутствующих факторов и т.д., обусловливают целесообразность рассмотрения литейного производства как большой и сложной, открытой динамической системы. Поэтому в основу решения проблем повышения эффективности массового чугунолитейного производства на ПАО «КАМАЗ» были положены методологические и научные принципы синергетики и концепции «бережливого производства».
С позиции синергетики обеспечение стабильности и эффективности массового производства чугунных отливок потребовало построения как более рациональной структуры, так и повышения технологического уровня. Для этого производству пришлось изыскать и единовременно привести в действие новые и нераскрытые внутренние резервы эффективной организации управления, более полного использования всех видов ресурсов, задействовать методы стимулирования труда. На практике для получения синергетического эффекта было необходимо, прежде всего, научиться определять специфические возможности каждого цеха и отдела и одновременно направлять эти возможности на выполнение основных целей, используя инструменты «бережливости».
На начальном этапе внедрения принципов «бережливого производства» запустили экспериментальный пилотный участок сквозной бригады технологического потока изготовления отливок. В основе проекта лежал принцип - «обеспечение непрерывного потока создания ценности продукта». Была сформирована межфункциональная команда из числа специалистов разных служб и распределены зоны ответственности за:
- процесс приготовления металла;
- процесс изготовления форм;
- технологическое сопровождение процесса изготовления отливок;
- анализ брака и контроль качества операции в процессе изготовления отливок.
Межфункциональная команда детально изучила реальное состояние и возможности
каждого цеха. Проводился статистический анализ всего технологического потока изготовления отливок. В ходе экспериментов выявляли реальное техническое состояние имеющегося оборудования и механизмов, определили соответствие параметров выбранного технологического процесса заданным значениям с необходимой точностью, оценили стабильность технологического процесса.
После набора необходимой информации команда оценила текущую ситуацию, были выявлены проблемы и «узкие места», спланированы мероприятия по их устранению, сформированы планы организации производственной системы во всех подразделениях.
Работа, направленная на снижение производственных потерь и повышение эффективности производства чугунного литья, одновременно развернулась по всем ключевым направлениям.
1. В системе менеджмента качества. Применяя инструменты качества, разработали методику определения причин возникновения дефектов на отливках и способов их ликвидации. Для анализа основных видов дефектов использовали диаграмму Парето, а для определения причин брака по дефектам использовали причинно-следственную диаграмму Исикавы. Разработанная методика позволила повысить расчетный выход годных отливок на чугунолитейном производстве на 15%.
2. В службе ремонта и обслуживания оборудования. Постепенно внедряя методику, предусмотренную «системой всеобщего обслуживания оборудования (TPM-Total Productive Maintenance)», совершенствовали функционирование и эксплуатацию оборудования. На автоматической формовочной линии изменили конструкцию пресс-узлов формовочной машины «верха», на механизме «сборщик опок» провели капитальный ремонт, что позволило увеличить производительность линии на 5%. С целью оптимизации процесса увлажнения оборотной смеси и удержания в составе формовочной смеси активных составляющих мелкой фракции, существующие датчики влажности, основанные на измерении сопротивления, в охладителях заменили на более чувствительные - высокочастотно-ёмкостного характера.
Для обеспечения стабильности процесса смесеприготовления создали заводскую комиссию по проверке всего смесеприготовительного оборудования, которая ежедневно контролирует работу и еженедельно проводит проверку технологической точности. Все выявленные в ходе проверок отклонения устраняются немедленно. В результате целенаправленной командной работы в смесеприготовительной системе брак на отливках по дефекту «песчаный засор» снизился на 50%.
С целью устранения потерь формовочных материалов в системе ленточных конвейеров проводится командная работа - кайдзен-блиц, предусматривающая непрерывное улучшение малыми шагами, не требующее значительных вложений. Само определение «кайдзен» возникло в результате соединения двух слов: "кай" - "изменить", и "дзен" - "в сторону лучшего"[4]. Кайдзен-блиц проводится следующим образом: обслуживающий персонал выявляет проблему, технологическая служба изучает и разрабатывает карты отклонения или выдает техническое задание конструкторскому отделу. Конструкторский отдел разрабатывает проект. Ремонтный персонал на основании технической документации или карты устраняет отклонения. В результате проведенных комплексных работ на ленточных конвейерах с использованием усовершенствованных инструментов «бережливого производства» удалось сэкономить до 10 % формовочных материалов.
3. В технологической службе.
Для улучшения технологических процессов использовали стандарт «управление процессом от места создания ценности на основе ключевых показателей». При возникновении сложностей в определении причины образования дефекта проводились контрольные заливки со сквозной нумерацией форм. В результате были успешно реализованы такие усовершенствования и наработки:
- создание направленного газового потока в форме для устранения дефекта «газовая раковина» на отливках, имеющих склонность к газообразованию;
- совершенствование способа регулировки кондукторов простановки стержней для устранения дефекта «обжим» на отливках с объемными, многознаковыми стержнями;
- подбор необходимых стержневых материалов для устранения дефекта «ужимина» на отливке «блок цилиндров»;
- оптимизация конструкции стержней для исключения поломок и облегчения массивных стержней;
- внедрение ЧВГ на картерных отливках с целью устранения дефекта «трещина» и улучшения эксплуатационных характеристик;
- оптимизация литниковых систем с целью устранения дефекта «шлаковая раковина» на отливках;
- разработка стандартно-операционных карт, фиксирующих лучший способ пошаговых действий, которые надо осуществить рабочему, чтобы выполнить ту или иную работу;
- внедрение новых и оптимизация имеющихся электронных цифровых баз данных по параметрам процесса и дефектам отливок. Разработка контрольных карт для количественных и альтернативных данных по параметрам процесса.
4. В процессе производства отливок. В совершенствовании технологии изготовления отливок вместе с технологами и конструкторами активно принимают участие линейный и ремонтный персонал всего технологического потока - от приготовления металла до финишных
операций. Регулярно проводятся «кружки качества», где в творческой атмосфере происходит обмен знаниями, выявляются проблемы и готовятся кайдзен-предложения по их устранению. В производстве созданы такие условия, что любой работник может выдвинуть предложение по улучшению какого-либо процесса. Чтобы каждый считал себя частью команды и понимал значимость своего вклада в общее дело, за каждое эффективное предложение предусмотрены разного рода мотивирующие поощрения.
Синергия в массовом производстве чугунного литья - это взаимодействие всех операций, направленных на изготовление качественной отливки характеризующихся тем, что суммарный эффект взаимодействия производственных операций превосходит эффект каждой отдельной операции в виде их простой суммы:
где П - производительность; Б - брак отливок; Mi - i- тая операция (усовершенствование) процесса производства отливок; N- количество операции (усовершенствований) процесса производства отливок [5].
Техпроцессы изготовления отливок в массовом чугунолитейном производстве - это сложные системы. Сложный управляемый комплекс состоит из множества элементов, находящихся под разнообразными воздействиями, имеющими случайный характер. При растущей экономике производствам приходится сталкиваться с новой волной проблем и необходимостью постоянного повышения качества отливок, чтобы сохранить темпы роста, достигнутые за последние годы.
Для повышения эффективности массового чугунолитейного производства предлагается концепция решения проблем качества, представляющая собой детализированный вариант цикла улучшения Plan - Do - Check - Act (PDCA) Деминга [1], приспособленный к условиям массового чугунолитейного производства. Каждый цикл улучшения состоит из четырех основных этапов, предусматривающих следующие действия:
1-й этап (Plan). Планирование, постановка цели. Задачей этого этапа является выявление проблемы и проработка вариантов ее решения.
2-й этап (Do). Реализация запланированного действия.
3-й этап (Check). Тестирование, проверка достигнутого результата. Анализ полученных показателей, оценка результатов.
4-й этап (Actk). Корректировка. Если в процессе тестирования были выявлены недоработки, то процессы корректируются.
При постоянном совершенствовании развитие должно осуществляться как бы по спирали - по закону диалектики Гегеля [2], где следующий виток спирали повторяет этапы предыдущего цикла улучшения PDCA Деминга, но разворачивается на новом, более высоком уровне и движется вперед по спирали.
Постоянное повышение уровня качества отливок массового чугунолитейного производства можно представить в виде спирали, а модель эффективности цикла улучшения PDCA Деминга - это сумма эффективностей всех отдельных этапов цикла взаимодействия:
Ц = P + D + C + A, (1)
где Ц - эффективность постоянного повышения качества отливок массового чугунолитейного производства за полный цикл; Р - эффективность планирования улучшений; D - эффективность выполнения запланированного; С - эффективность оценки результатов; А - эффективность внедрения результатов.
Показанная на рис.1 диаграмма постоянного повышения уровня качества отливок массового чугунолитейного производства является графическим изображением цикла улучшения Деминга за определенный период времени.
Так как цикл улучшения PDCA Деминга должен постоянно повторяться, переходя на новые уровни эффективности, модель спиральной динамики постоянного повышения уровня качества отливок массового чугунолитейного производства можно выразить следующим образом:
Sn = Ц1+Ц2+ Цз +-Цп, (2)
где Sn -эффективность постоянного повышения качества отливок за период; Ц1,2,3^п- эффективности циклов улучшения PDCA Деминга.
Показатель эффективности находится по формуле:
tg а = а /в, (3)
где tg а - показатель эффективности; а - значение уровня качества по оси у; в - значение времени по оси х.
Сравнивая углы эффективности, можно дать оценку эффективности каждому циклу, каждому этапу цикла или даже отдельно взятой работе (корректирующее действие, опытная работа, мероприятие).
эффективности массового чугунолитейного производства по циклу Деминга
На примере работ с 2013 по 2019 г.г., направленных на повышение качества отливок массового чугунолитейного производства, построена диаграмма спиральной динамики постоянного повышения эффективности, состоящая из двух циклов Деминга (рис. 2).
В основу решения проблем повышения эффективности и качества массового чугунолитейного производства была положена концепция бережливого производства [3]. Массовое чугунолитейное производство - открытое сложное производство. Специфика сложности заключается в том, что при отказе одной из имеющихся подсистем выходит из строя вся система. С учетом этих сложностей целесообразно внедрение бережливого производства с синергетическим подходом [4].
С использованием инструментов качества проводился статистический анализ всего технологического потока изготовления отливок и определились ключевые направления совершенствования процесса. На данных по результатам следствий строились контрольные карты Шу-харта по альтернативным признакам, выявлялись наиболее значимые и существенные факторы, влияющие на возникновение брака. С целью управления технологическим процессом смесепри-готовления применялись контрольные карты Шухарта для количественного признака. Для более глубокого изучения выявленных факторов проводились контрольные заливки. После подтверждения результатов статистических данных результатами контрольных заливок разрабатывались целевые мероприятия, по которым проводились работы, нацеленные на повышение качества обслуживания технологического оборудования по принципу «ноль дефектов» и систематического устранения всех источников потерь.
Результаты расчета эффективности постоянного повышения качества отливок массового чугунолитейного производства приведены в таблице. Уровень качества рассчитан, исходя из процента брака, и отражает значение эффективности каждого этапа цикла на соответствующий промежуток времени.
Графическое изображение показателя эффективности проведенных работ по совершенствованию процесса изготовления отливок массового чугунолитейного производства по циклу улучшения Plan - Do - Check - Act (PDCA) Деминга проиллюстрировано на рис. 2.
Откладывая на координатной оси у значения уровня качества отливок, соответствующие проценту брака, на координатной оси х - период времени, отведенный на выполнение этапа, определили точки Ai, Bi, Ci, Д1, Е1, А2, В2, С2, Д2, Е2. Соединяя точки, получили векторы для каждого этапа цикла улучшения PDCA Деминга. Согласно модели (1) проекция суммы 4-х векторов на ось (у), равная сумме проекции векторов этапов, является эффективностью цикла Деминга:
Цг Пр)А ¡¿¡-П^Лр,- ПруВ£Г ДД1 СД&ПруДР^
Цг* ЦруА2Ё2=ПруА^В2+ ПрЖС-р- Пр?ОД7л-Пр>ДР 7
Эффективность постоянного повышения качества отливок (2) на период с 2013 по 2019 г.г. состоит из двух эффективностей:
S2 = Ц1+Ц2.
По расчетным показателям наиболее эффективным являлся этап «Оо» цикла улучшения Деминга №1 - этап, когда активно устраняли отклонения в работе смесеприготовительного и формовочного оборудования.
При помощи данной диаграммы определена точка бифуркации для начала следующего цикла улучшения РОСА Деминга и спрогнозированы возможные сроки реализации проекта.
Результаты эффективности циклов улучшения Деминга процесса изготовления __отливок массового чугунолитейного производства_
Цикл Деминга Этапы цикла PDCA Проекция вектора на ось (х) Проекция вектора на ось (у) Показатель эффективности, Ъ а (3)
Цикл №1 Plan П&ЛР, Прулр, 0,00
Do тт 0,29
Check ЯЙОД- Пр, од, 0,25
Act ЯдЖ ПрхДр, 0,00
PDCA П&А,Е, ПруА,Е{ 0,20
Цикл №2 Plan ПКА,В2- ПР>Л2В2 0,00
Do Цр>В& 0,27
Check П&ОД, ЦРуСДг 0,17
Act ПрЛР, ПруД& -0,02
PDCA цЫ2Е? 0,08
Итого Цр.-Л,Ёу ПруА,Е-2 0,15
Деминга массового чугунолитейного производства на период с 2013 по 2019 гг.
В результате совместной реализации комплекса мероприятий брак чугунных отливок на Литейном заводе ПАО «КАМАЗ» уменьшился на 50%; годовой экономический эффект за счет снижения расхода основных и вспомогательных материалов и трудоемкости составил около 25 млн.руб. При этом фактические экономические показатели от внедрения системных мероприятий и усовершенствований превзошли показатели, определенные в результате арифметического суммирования расчетных показателей отдельных мероприятий. Это свидетельствует о целесообразности рассмотрения литейных производств как открытых динамических систем и применения для повышения их эффективности синергетического подхода и инструментов «бережливого производства».
Список литературы
1. Всеобщее управление качеством: учебник для вузов / О.П. Глудкин, Н.М. Горбунов, А.И. Гуров, Ю.В. Зорин; под ред. О. П. Глудкина. - М.: Радио и связь, 1999. 600 с.
2. Мотрошилова Н.В. Путь Гегеля к «Науке логики». Издательство «Наука», 1984.
352 с.
3. Вумек Джеймс П., Джонс Дэниел Т. Бережливое производство: как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании; пер.с анг. 2-е изд. М.: Альпина Бизнес Букс, 2005. 473 с.
4. Иоффе М.А., Фарисов Р.Д. Принципы синергии и бережливости в массовом чугунолитейном производстве: монография. Казань: Бук, 2020. 104 с.
Фарисов Рисун Данифович, канд. техн. наук, главный специалист, risun@mail.ru, Россия, Набережные Челны, ПАО «КАМАЗ»,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Kozlovskiy-76@mail.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Иоффе Михаил Александрович, д-р. техн. наук, профессор, risun@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
A CONCEPT FOR IMPROVING EFFICIENCY AND QUALITY IN MASS IRON FOUNDRY
R.D. Farisov, V.N. Kozlovsky, M.A. Ioffe
To improve the efficiency of the iron foundry, the concept of spiral dynamics of continuous improvement in the quality of castings is proposed based on a detailed version of Deming's Plan - Do -Check - Act (PDCA) improvement cycle. The model is convenient for analyzing the results of the measures taken and the effectiveness of corrective actions; it can be useful in determining the bifurcation point and planning further improvements. According to the proposed concept, on the example of mass iron foundry, a diagram of the dynamics of the growth of the quality level by Deming improvement cycles was constructed, which reflects the efficiency obtained from each stage.
Key words: mass production, Deming cycle, casting, spiral dynamics of development, lean manufacturing, continuous improvement, quality, efficiency indicator.
Farisov Risun Danifovich, candidate of technical sciences, chief specialist, risun@mail.ru, Russia, Naberezhnye Chelny, KAMAZ,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, Kozlovskiy-76@mail.ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Ioffe Mikhail Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, risun@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
