CC BY
25
УДК 629.113.001
А. Н. Панов, Ж. А. Мрочек, В. М. Пашкевич
ПЕРСПЕКТИВНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ -ОСНОВА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РИСК-ОРИЕНТИРОВАННОМ ПОДХОДЕ
UDC 629.113.001
A. N. Panov, Z. A. Mrochek, V. M. Pashkevich
LONG-TERM PRODUCT QUALITY PLANNING IS A FOUNDATION FOR PROCESS DESIGN USING A RISK-BASED APPROACH
Аннотация
Рассматривается проблема необходимости переосмысления процесса технологического проектирования в связи с изменившейся парадигмой - переходом с детерминированно-вероятностного постулата проектирования на риск-ориентированный. Предлагаются некоторые основополагающие элементы методологии и модели перспективного планирования качества, необходимые для использования при разработке технологических процессов изготовления для достижения приемлемых вероятностей несоответствия продукции при ее тиражировании и обеспечения конкурентоспособной эффективности.
Ключевые слова:
продукция, качество, технология, проектирование, перспективное планирование, риски.
Abstract
The paper discusses the need to reconsider technological process design in connection with a changed paradigm, i.e. the transition from a deterministic and probabilistic design postulate to a risk-oriented one. Some fundamental elements of the methodology and models of long-term quality planning are proposed, which are necessary for the development of technological processes in order to achieve acceptable probabilities of product nonconformity during reproduction and to ensure competitive efficiency.
Keywords:
output, quality, technology, design, long-term planning, risks.
Введение
Требования потребителей продукции при ее тиражировании по вероятности соответствия (функционирование, надежность, безопасность) значительно, на 2...4 порядка, выросли за последние годы. Показатель ррт/ррЬ (вместо процента брака) при использовании детер-минированно-вероятностного постулата проектирования недостижим. Значительное усложнение продукции, в том числе за счет встраивания программного обеспечения и даже появления «безлюдных» технологий, с одной стороны,
планетарная конкуренция и необходимость снижать себестоимость производства и одновременно увеличивать оплату труда - с другой, являются основой появления постулата риск-ориентированного мышления. Указанное определяет актуальнейшую задачу современности -совершенствование процессов технологического проектирования.
Традиционно критерием достижения качества продукции при проектировании и апробации технологических процессов являлся приемлемый процент брака [1-7]. Следует отметить, что традиционно критерием одобрения (вали-
© Панов А. Н., Мрочек Ж. А., Пашкевич В. М., 2021
дации) технологического процесса выступает проверка (верификация) достижения вероятности соответствия 99,7 % при изготовлении опытной партии продукции в ходе постановки продукции на производство [1-9].
Требования потребителей изменились [10-13] - критерием качества продукции уже не является, хотя еще часто используется особенно для бухгалтерского учета, процент брака / дефектность (рис. 1).
Рис. 1. Вероятностный подход к достижению соответствия процесса на основе оптимизации вариаций процесса тиражирования и измерительной системы
При тиражировании целью по качеству становится, например, достижение требуемой вероятности несоответствия продукции в показателях, таких как ррт или даже ррЬ, например, 50 ррт. То есть требуемая вероятность соответствия должна быть на 3...5 порядков меньше по сравнению с традиционным подходом. Достичь указанной вероятности классическими методами проек-
тирования технологии не представляется возможным. Традиционное проектирование основывается на детерминированном подходе и вероятностной оценке, т. е. на предположении, что технологические и производственные процессы и объекты, в них участвующие (оборудование, инфраструктура, персонал и т. д.), например, система СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь), почти
неизменны в течение времени, и это позволяет стабильно достигать соответствия продукции, которое было оценено в момент ее постановки на производство. Фактически указанным процессам, например, системе СПИД, также присущи вариации и бифуркации [10-15]. В свою очередь, процессы обеспечения соответствия производства, например, процессы проведения обслуживания оборудования, оснастки, подготовки инструмента, средств измерения, помещений, в течение длительного времени также изменчивы [10-13]. Соответственно, первоначальная (по окончании подготовки производства) оценка надежности/точности (ГОСТ 27.202) технологического процесса становится недостоверной во времени. Достижение малых вероятностей (ррт/ррЬ) существенно удорожает производство. Следует отметить, что традиционно используемый критерий «цена - качество», характеризующий потери для потребителя (см. рис. 1), в условиях планетарных сокращения ресурсов и конкуренции уже не позволяет управлять повышением эффективности производства и потребления. Методы риск-ориентированного подхода, например, по СТБ 16949 [16, 17], позволяют управлять достижением малых вероятностей в зависимости от значимости последствий для заинтересованных сторон, прежде всего конечного потребителя, эффективным образом. Новой методологией для достижения соответствия продукции и процессов изготовления является перспективное планирование качества продукции на основе управления рисками (ППКПОУР). ППКПОУР основано на концепции возможности достижения максимальной эффективности деятельности при приемлемом риске для заинтересованных сторон. ППКПОУР реализуется [10-17]: динамичным и актуализируемым планированием качества, опережающим проектирование и разработку продукции и процессов изготовления/диагностики/ обслуживания/ремонта/утилизации, вклю-
чая планирование вероятностей возникновения и обнаружения несоответствий в зависимости от значимости последствий как критерия приемлемости риска (рис. 2); системным анализом, идентификацией, диагностикой коренных причин несоответствий, управлением рисками, оптимизацией вариаций характеристик продукции и процессов (см. рис. 1) изготовления/диагностики/обслуживания/ ремонта/утилизации (с акцентом на приоритетных характеристиках продукции), всех объектов управления (персонал, оборудование, материалы, методы, процессы, производственная среда, менеджмент), используемых на всех этапах создания продукции; целенаправленным доведением вероятности появления каждой из причин каждого из идентифицированных рисков до приемлемого уровня (см. рис. 2); применением методов последовательного снятия неопределенностей для достижения целей; математически обоснованной верификацией и вали-дацией достижения соответствия установленным требованиям типа концепта проекта (фаза «концепция»), типа продукции (фаза «опытный образец» / «прототип»), типа процессов апробации -изготовления/диагностики/обслуживания/ремонта утилизации (фаза «пред-запуск», «подготовка к изготовлению» / «опытная партия»), типа процессов тиражирования продукции и процессов (фаза «производство»/«изготовление»/«серия»), типа процессов применения продукции и процессов (фаза «эксплуатация»/«диа-гностика/обслуживание/ремонт»), типа процессов утилизации продукции и процессов (фаза «утилизация»); реализацией планов качества в ходе реализации плана проекта (например, проект по созданию производства); устранением обнаруженных и предотвращением потенциальных причин несоответствий, идентифицированных на основе актуальных достижений науки и техники и выявленных в аналогичных продукции и процессах изготовления; менеджментом знаний, адекватном использовании дости-
жений науки и техники; многодисциплинарным подходом; оптимизацией затрат на контроль, предупреждением несоответствий и потерь на фазах создания продукции от концепта проекта до окончания утилизации во всей цепи поставок
(цепь поставщиков - от материалов до узлов и агрегатов) [11-13]. Повышение результативности и эффективности для потребителя возможно путем снижения вариации или повышения робастности процессов тиражирования (см. рис. 1).
Рис. 2. Модель оптимизации зависимостей «вероятность - ущерб» - «качество - цена» «вариация - ущерб» при риск-ориентированном мышлении и шкала «значимость приоритета вероятность» для продукции/процесса
В настоящее время для оптимизации технологических процессов используется параболическая модель как функция качества / потерь для потребителя (см. рис. 1). Свойством процессов тиражирования является наличие рисков вариаций как для самого процесса, так и для измерительных систем (см. рис. 1) [6].
Предложена модель оптимизации зависимостей «вероятность - ущерб» -«качество - цена» - «вариация - ущерб»
при риск-ориентированном мышлении при создании продукции и процесса (см. рис. 2) [13-16].
Гиперболическая связь между потенциальным ущербом и приемлемой вероятностью несоответствия определяет, что значимый ущерб от несоответствия продукции / процесса тиражирования должен быть получен с меньшей вероятностью, чем менее значимый. Таким образом, достигается требуемая вероятность идентифицированного ущерба.
Для удобства анализа рисков зависимость (см. рис. 2) представляется в виде ступенчатой функции (значимость приоритета - вероятность) [16-21]. Если целью является создание продукции, то гиперболическая функция определяет значимость приоритетов для характеристик продукции, а вариация гиперболической функции характеризует изменчивость создаваемой продукции процесса тиражирования. Если целью является создание процесса тиражирования, то гиперболическая функция определяет значимость приоритетов для характеристик процесса, а вариация функции характеризует изменчивость участвующих в процессе объектов (станки, оснастки, инструменты и т. д.). Приемлемость вариации в зависимости от ущерба определяется оптимальным соотношением «качество - цена» (см. рис. 2). Параболическая зависимость «качество - цена» зависит от ущерба, и ее крутизна возрастает с повышением величины ущерба [15-21].
Предложены (рис. 3) модели функций качества для поставщика на основе критерия потерь, возникающих из-за несоответствия продукции/процесса требованиям потребителя, критерия потерь из-за увеличения требуемых инвестиций для снижения вариаций процессов тиражирования.
Повышение результативности и эффективности для поставщика возможно путем снижения вариации или повышения робастности процессов тиражирования.
Рассмотрим первый путь - снижение вариации. Затраты организации-поставщика на достижение соответствия являются суммой существенно нелинейных функций инвестиций и потерь. Параболическая зависимость описывает оптимальное соотношение «инвестиции - потери» и наличие минимального значения «качество - цена» (рис. 3, а).
Фактическое распределение процесса является источником и определяет количество несоответствий по крите-
риям технических требований - целевому значению и полю допуска (см. рис. 1). Предлагается модель функции качества / потерь для поставщика в виде двух несимметричных парабол (рис. 3, б). Свойством процессов тиражирования является наличие вариации как для самого процесса, так и для измерительных систем, с одной стороны, с другой - существенно нелинейно возрастают как инвестиции при достижении целевого номинального значения, так и потери для поставщика при выходе процесса за поле допуска. При риск-ориентированном мышлении для снижения затрат на достижение соответствия необходимо обеспечить распределение процесса в зонах приемлемого ущерба. Совместные области оптимального компромисса распределения процесса и функции качества / потерь для поставщика на основе снижения вариации как процесса, так и измерительной системы представлены на рис. 3, в.
Вторым путем повышения результативности и эффективности для поставщика является увеличение робастности процесса тиражирования (рис. 3, г). Указанное достигается соответствующими конструкторско-технологическими решениями [10-13].
Планирование управления рисками достижения соответствия продукции и процессов ее тиражирования основывается на введении систем описания шкалы значимости (рис. 2 и 4) последствий несоответствия технической характеристики для конечного потребителя, а также идентификации значимости приоритетов в конструкторско-тех-нологической и другой документации (рис. 5) [12, 13, 16-21]. Результаты определения значимости приоритетов на основе системного анализа характеристик [12, 13, 19] документируется в соответствующих перечнях [12, 13, 16-21]. Обеспечение вероятности процесса тиражирования продукции в зависимости от ущерба / значимости приоритета [12, 13] возможно на основе применения
системы адекватных статистических методов, например, с помощью матрицы Панова-Менделеева [12, 13, 18-21]. Указанное позволяет в зависимости от значимости показателя приоритета
(см. рис. 5) выбирать соответствующие по точности математические методы управления технологическим процессом [18].
и
ас х
СП
I
О
а)
За тр а ты о ргани за ци и-
3 V соответствия
§ 4
В&рйягжэ сть ссвтеететеия
б)
О!
•е-
1Г> X
К
ь
о
1 I
ш о. 4)
ш О
в)
г)
Функштл кэчгстэ^ потерь для поставщика
основные гюгери поставщика всзлзис процессом
Распределение процесса
БЭризцил №Л1 £ р ИТёЛ авэи г и—-МН1
Закон равной вероятности
Функция качеству/ гютера для поетаащийд.
Рис. 3. Риск-ориентированный подход к достижению приемлемой степени соответствия выхода процесса / цели потребителя и поставщика на основе оптимизации вариаций процесса и измерительной системы или увеличения робастности процесса: а - оптимизация ресурсов для достижения цели; б - достижение цели для поставщиков; в - достижение цели на основе снижения вариации; г - достижение цели на основе увеличения робастности
Значимость последствий
(^ЬашГ) Описание
10 Внезапный отказ связан с угрозой безопасности человека, окружающей среды, нарушением законодательных требований и требований потребителя
9 Постепенный отказ связан с угрозой безопасности человека, окружающей среды, нарушением законодательных требований и требований потребителя
8 Отказ не связан с безопасностью человека, полная потеря функции продукции
7 Функционирование продукции на очень низком уровне, потребитель крайне не удовлетворен
6 Продукция функционирует, но ее эксплуатационные характеристики снижены, что вызывает раздражение у потребителя
5 Продукция функционирует, но удобство использования на низком уровне. Потребитель частично не удовлетворен
4 Несоответствие внешнего вида продукции, Отклонение замечают большинство потребителей
3 Несоответствие внешнего вида продукции. Отхлонение замечают половина потребителей
2 Несоответствие внешнего вида продукции. Отклонение замечают только отдельные потребители
1 Отсутствуют отклонения
Рис. 4. Фрагмент примера описания системы значимости последствий несоответствия технической характеристики для конечного потребителя
Рис. 5. Пример идентификации значимости приоритета в конструкторско-технологической документации [12]: О - порядковый номер параметра; ^^ - степень важности параметра
Для реализации системного анализа, идентификации коренных причин несоответствий и управления рисками по приоритетам на следующих этапах необходимо осуществить декомпозицию от несоответствия конечной продукции до ее элемента [19] и разработать перечень идентифицированных характеристик значимости приоритета для продукции [18-21]. Следующим этапом является проведение анализа причинно-следственных связей на основе построения «деревьев конструкции / процессов», «деревьев функций» - «деревьев отказов» и «деревьев причин».
Указанное позволяет определить коренные причины отказов / несоответствий продукции и процессов для их управления [11-15]. Последующие этапы планирования управления рисками и их оптимизации включают разработку планов управления рисками, карты потока, идентификации и применения описания единой системы классификации значимости последствий, ве-
роятностей возникновения и вероятности необнаружения несоответствия, проведения анализа значимых факторов на достижение соответствия продукции и синтеза дополнительных действий для оптимизации затрат при управлении рисками соответствующими методами, например FMEA [12, 13, 19]. Указанное позволяет оценивать вероятность несоответствия по статистическим характеристикам процесса изготовления [18].
На рис. 6 представлена разработанная модель оптимальной эффективности для потребителя и поставщика на основе риск-ориентированного подхода. Изложенное достигается путем оптимизации вариации и путем увеличения робастно-сти процесса тиражирования. Совместное рассмотрение функций качества поставщика и потребителя определяет зоны оптимальности. Указанные зоны являются результатом компромисса «качество - цена» при использовании риск-ориентированного мышления.
Функция качества/ потерь для Функция качества/ потерь для Функция качества/ потерь для
потребителя на основе снижения вариации
поставщика на основе оптимизации вариации
потребителя/ поставщика на основе увеличения робастности
Рис. 6. Модель оптимизации эффективности для потребителя и поставщика на основе риск-ориентированного подхода к достижению приемлемой степени соответствия выхода процесса / цели потребителя и поставщика на основе оптимизации вариации процесса
Для риск-ориентированного подхода рекомендована (рис. 7) [11-13, 18-21] трехпараметрическая гиперболическая модель оптимального соотношения затрат для достижения приемлемых рисков: инвестиции в мониторинг несоответствий - ущерб из-за несоот-
ветствий - инвестиции в предупреждение несоответствий. Данная модель позволяет организации достигать минимальной суммарной величины при условии равенства таких параметров, как инвестиции и ущерб (см. рис. 7) [18].
Инвестиции в предупреждение несоответствий
Рис. 7. Модель оптимального соотношения затрат для обеспечения соответствия продукции и процессов на основе достижения приемлемых рисков
Для законодательного, системного применения в организациях, проектирующих и производящих сложные технические системы, предложенные модели использованы при разработке стандартов на системы управления проектированием и производством мобильных машин различных типов (дорожная, карьерная, автотракторная и прочая техника) [16] и специальной техники двойного назначения [17].
Создано методическое обеспече-
ние анализа, управления и оптимизации рисков, в том числе на основе разработанных риск-ориентированных моделей, для широкого использования на практике при создании технических систем адекватных анализов рисков [19], статистических методов [18], процессов измерений [20], верификации и валидации в цепи поставок от первичных поставщиков материалов до поставщиков процессов обслуживания в эксплуатации и утилизации технических изделий [21].
Заключение
Перспективное планирование качества продукции в настоящее время является основой для проектирования технологических процессов при риск-ориентированном подходе.
В результате можно сделать следующие выводы:
- существующая парадигма разработки технологических процессов на основе детерминированного и вероятностного подхода не соответствует требуемым потребителями вероятностям несоответствия процессов тиражирования продукции;
- развиты элементы методологии и модели для достижения соответствия продукции и процессов изготовления при проектировании технологических процессов как составной части перспективного планирования качества продукции на основе управления рисками;
- предложено при проектировании технологических процессов использовать модель оптимизации зависимостей «вероятность - ущерб» - «качество - цена» - «вариация - ущерб» при риск-ориентированном мышлении и шкалу «значимость приоритета - вероятность» для продукции/процесса;
- предложен риск-ориентированный подход к достижению приемлемой степени соответствия выхода процесса / цели потребителя и поставщика на основе оптимизации вариаций процесса и измерительной системы или увеличения робастности процесса;
- предложены методы и способы идентификации характеристик значимости последствий несоответствий в конструкторско-технологической документации;
- разработана модель оптимального соотношения затрат для обеспечения соответствия продукции и процессов на основе достижения приемлемых рисков;
- для законодательного, системного применения в организациях, проектирующих и производящих сложные технические системы, предложенные модели использованы при разработке стандартов на системы управления проектированием и производством мобильных машин различных типов (дорожная, карьерная, автотракторная и прочая техника) и специальной техники двойного назначения, а также для методического обеспечения управления рисками при проектировании в цепи поставок.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов / Под ред. В. С. Корсакова. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 1975. - 328 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / Под ред. А. М. Дальского [и др.]. - Москва: Машиностроение-1, 2001. - Т. 1. - 912 с.
3. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / Под ред. А. М. Дальского [и др.]. - Москва: Машиностроение-1, 2001. - Т. 2. - 944 с.
4. Технология машиностроения: в 2 т. Т. 1: Основы технологии машиностроения / В. М. Бурцев [и др.]; под ред. А. М. Дальского. - Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. - 564 с.
5. Технология машиностроения: в 2 т. Т. 2: Производство машин / В. М. Бурцев [и др.]; под ред. Г. М. Мельникова. - Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. - 640 с.
6. Якушев, А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: учебник для втузов / А. И. Якушев, Л. Н. Воронцов, Н. М. Федотов. - 6-е изд., доп. и перераб. - Москва: Машиностроение, 1986. - 352 с.
7. Мрочек, Ж. А. Прогрессивные технологии восстановления и упрочнения деталей машин: учебное пособие для машиностроит. спец. вузов / Ж. А. Мрочек, Л. М. Кожуро, И. П. Филонов. - Минск: Технопринт, 2000. - 263 с.
8. Основы технологии автоматизированного производства в машиностроении: учебное пособие / Ж. А. Мрочек [и др.]. - Минск: Технопринт, 2003. - 303 с.
9. Технологическое обеспечение машиностроительного производства: учебное пособие / Ж. А. Мрочек [и др.]; под ред. Ж. А. Мрочека. - Москва: ИКТИ РАН, 2013. - 462 с.
10. Основы системы менеджмента качества машиностроительного предприятия / В. И. Арбузов [и др.]. - Минск: Технопринт, 2000. - 280 с.
11. Панов, А. Н. Как победить в конкурентной борьбе. Гармоничная система качества - основа эффективного менеджмента организации / А. Н. Панов. - Москва: Стандарты и качество, 2003. - 272 с.
12. Горбацевич, М. И. Проектирование транспортных средств: нагруженность, повреждение, ресурс: монография / М. И. Горбацевич, А. Н. Панов, С. М. Минюкович; под общ. ред. А. Н. Панова. - Минск: Технопринт, 2005. - 264 с.: ил.
13. Научно-методические основы проектирования: системное обеспечение приемлемых рисков в автотракторосельхозмашиностроении: монография / А. Н. Панов [и др.]; под общ. ред. А. Н. Панова. -Минск: БГАТУ, 2009. - 486 с.: ил.
14. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Научные основы техногенной безопасности / Под общ. ред. Н. А. Махутова. - Москва: Знание, 2015. - 936 с.: ил.
15. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения / Под ред. Н. А. Махутова, Ю. Г. Матвиенко, А. Н. Романова. - Москва: ЛЕНАНД, 2018. - 720 с.
16. СТБ 16949-2018. Системы менеджмента качества. Особые требования по применению СТБ ISO 9001-2015 для организаций, участвующих в цепях поставок автотракторного, сельскохозяйственного, погрузочно-транспортного, карьерного и специального машиностроения. - Введ. 01.01.2019. -Минск: Госстандарт, 2018. - 93 с.
17. СТБ В 15.004-2009. Система разработки и постановки на производство оборонной продукции. Военная техника. Системы менеджмента качества. Требования. - Введ. 01.01.2011. - Минск: Госстандарт, 2009. - 52 с.
18. СТБ 1505-2015. Системы менеджмента. Менеджмент процессов. Методы статистического управления процессами. - Введ. 01.06.2016. - Минск: Госстандарт, 2016. - 179 с.
19. СТБ 1506-2015. Системы менеджмента. Менеджмент риска. Метод анализа видов и последствий потенциальных отказов. - Введ. 01.04.2016. - Минск: Госстандарт, 2016. - 109 с.
20. СТБ 2450-2016. Системы менеджмента. Менеджмент измерений. Анализ измерительных систем. - Введ. 01.03.2017. - Минск: Госстандарт, 2017. - 250 с.
21. СТБ 2484-2016. Системы менеджмента. Менеджмент верификации и валидации в цепи поставок. - Введ. 01.09.2017. - Минск: Госстандарт, 2017. - 137 с.
Статья сдана в редакцию 3 ноября 2020 года
Александр Николаевич Панов, канд. техн. наук, ООО «Юрс-Русь». E-mail: a.panov@tut.by.
Жорж Адамович Мрочек, д-р техн. наук, проф., Белорусский национальный технический университет.
E-mail: vikt-ipf@rambler.ru.
Виктор Михайлович Пашкевич, д-р техн. наук, проф., Белорусско-Российский университет. Тел.: +375-293-67-10-18. E-mail: pvm@bk.ru.
Aleksandr Nikolayevich Panov, PhD (Engineering), URS-Rus, Ltd. E-mail: a.panov@tut.by.
Zhorzh Adamovich Mrochek, DSc (Engineering), Prof., Belarusian National Technical University.
E-mail: vikt-ipf@rambler.ru.
Viktor Mikhailovich Pashkevich, DSc (Engineering), Prof., Belarusian-Russian University. Tel.: +375-293-67-10-18. E-mail: pvm@bk.ru.
