CC BY
11Проектирование продукции на платформе PLM: метод структурирования функции качества QFD
Говорится об актуальной проблеме управления качеством и конкурентоспособностью продукции российских промышленных предприятий, рассматривается использование метода структурирования (развертывания) функции качества QFD в параллельном проектировании автомобильных шин. Визуализирована схема автоматизированной поддержки процессов параллельного проектирования новой промышленной продукции на основе PLM-технологий. УДК статьи 658.5
А.И. Шинкевич1
ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», д-р экон. наук, д-р техн. наук, профессор, ashinkevich@mail.ru
Т.В. Малышева2
ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», д-р техн. наук, доцент, tv_malysheva@mail.ru
Д.В. Харитонов3
АО «ОНПП «Технология» имени А.Г. Ромашина», д-р техн. наук, aritonov.d1978@yandex.ru
1 заведующий кафедрой, г. Казань, Республика Татарстан, Россия
2 профессор кафедры, г. Казань, Республика Татарстан, Россия
3 заместитель директора научно-производственного комплекса
по производственной деятельности — начальник цеха, г. Обнинск, Россия Для цитирования: Шинкевич А.И., Малышева Т.В., Харитонов Д.В. Проектирование продукции на платформе PLM: метод структурирования функции качества QFD // Компетентность / Competency (Russia). — 2023. — № 3. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-3-50-54
ключевые слова
метод структурирования, Р1_М-технологии, параллельное проектирование, матричная диаграмма «Дом качества», программный комплекс ABAQUS/SIMULIA
ффективным инструментом разработки новой продукции является совместное проектирование, или параллельный инжиниринг, позволяющий значительно сократить длительность жизненного цикла создания и эксплуатации продукта и снизить стоимость проектирования. Данный подход реализуется на основе современных программных продуктов и методов автоматизированного управления проектированием.
Суть совместного проектирования заключается в системной интеграции междисциплинарных проектных работ, которые реализуются группой или группами разработчиков — экспертов из различных функциональных единиц в цепи создания нового продукта. Команда разработчиков параллельно функционирует с первого и до последнего этапа разработки и эксплуатации продукта с целью достижения высокого качества, функциональности и технологичности продукта. Снижение затрат на его разработку и производство обосновано непрерывным совершенствованием бизнес-процессов, сокращением числа итераций этапов прототипирования и тестирования продукта или производственного процесса за счет ограничения возможности принятия неверных решений [1, 2].
Преимущественно проектирование продукта осуществляется инженерными группами с использованием специализированных программных средств моделирования. Адекватным инструментом автоматизации процессов параллельного инжиниринга является PLM-система (Product Lifecycle Management), позволяющая объединять в единое информационное поле и координировать работу изолирован-
ных участков проектирования продукта. По сути, PLM-технологии — это интеграция прикладных продуктов CAD, CAM, CAE, PDM, ERP, MES, SCM, CRM для реализации параллельного конструкторского, технологического и коммерческого циклов производства [3, 4]. PLM-технологии имеют высокий потенциал для реализации «обратного инжиниринга», представляющего собой процесс разработки технической документации на основе имеющегося продукта (рис. 1).
Параллельный характер этапов разработки нового продукта или нового процесса производства существенно увеличивает производительность и качество продукции. Проектные ошибки и неточности могут быть выявлены на ранних стадиях процесса проектирования, когда проект еще является гибким, а внесение изменений в конструкцию продукта и промышленное оборудование не капиталоемким [5, 6].
При реализации параллельного проектирования продуктов и процессов широко используется метод развертывания функции качества QFD (Quality Function Deployment), заключающийся в трансформации интересов и предложений потребителей в технические требования к изделиям и параметрам производственных процессов. Суть метода QFD основана на существующем различии стандартизированных параметров качества продукта, прописанных в соответствующих ГОСТах, и свойств изделия при его эксплуатации [7].
Производитель в процессе проектирования и производства продукта ориентируется на технические требования государственных стандартов к конструкции изделия. Например, если
Параллельное проектирование нового продукта
Инструмент автоматизации процессов параллельного проектирования PLM-система (Product Lifecycle Management)
Интеграция систем CAD/ CAE/ CAM/ PDM
CAD-системы CAE-системы CAM-системы PDM-системы
Компьютерное Выполнение Технологическая Управление
проектирование многовариантных подготовка совместным
продукта инженерных расчетов (компьютерный инжиниринг) производства на основе данных о продукте использованием данных о продукте начиная с ранних стадий проектирования и инженерного анализа
Рис. 1.
Автоматизированная поддержка процессов параллельного проектирования новой продукции на основе PLM-технологий [Automated support for the processes of parallel design of new products based on PLM technologies]
Использование PLM-технологий в производстве технически сложной продукции: машиностроении, нефтехимии, включая производство шин
BMW, Boeing, Mercedes, EADS, EXXon, Ford Motor Company, General Dynamics, Honda, Hyundai Group, Lockheed Martin, Mitsubishi Group, NASA, Nissan Group, Northrop Grumman, Schlumberger, Shell, Toyota Group, Volkswagen Group, Weatherford m flp.
речь идет о производстве автомобильных шин, то это ГОСТ Р 52900-2007 «Шины пневматические для легковых автомобилей и прицепов к ним. Технические условия» и прочие стандарты группы «Шины». В целом проектирование шин для автомобилей представляет собой сложный процесс, включающий анализ рынка, разработку цифровой модели и прототипа, подготовку резиновой смеси, сборку, вулканизацию и контроль качества продукции. Перечисленные этапы жизненного цикла разработки и производства шин могут выполняться последовательно-параллельно на основе технологий параллельного инжиниринга, где именно от качества совместной работы команды межфункциональных специалистов зависит конкурентоспособность проектируемой модели шины [8].
Зачастую складывается ситуация, когда производитель не имеет возможности контролировать качество продукции непосредственно по фактическим эксплуатационным показателям, то есть потребительским свойствам. В этом случае как раз и актуален метод QFD при проектировании нового или модернизированного продукта. К примеру, для автомобильных шин можно
рассмотреть содержание рекламаций потребителей по поводу ненадлежащего качества продукции и на основе поступивших предложений и пожеланий по производственным дефектам разработать обновленные технические характеристики для производства шин более высокого качества.
Метод QFD основан на экспертном построении матричных диаграмм «Дом качества», в которые заносится информация о качестве продукта и принимаемых решениях. Каждая часть матрицы содержит необходимые потребительские или технические характеристики. Структурная модель матричной диаграммы «Дом качества» при реализации метода развертывания функции качества QFD в параллельном инжиниринге автомобильных шин представлена на рис. 2.
Дом качества содержит четыре основных структурных блока:
► первый блок — требования (претензии) потребителя к качеству шин и их важность, а также оценка выполнения данных требований у конкурентных производителей (по мнению потребителей);
► второй блок — технические характеристики шин согласно стандартам
справка
Lean Six Sigma — методология улучшения бизнеса, основывается на стандартизации полученных решений и включает методы улучшения качества, в том числе статистические, а также методы и инструменты бережливого производства, направленные на сокращение потерь, включая потери времени. Lean Six Sigma позволяет организации повышать эффективность деятельности, конкурентоспособность продукции и услуг путем решения проблем, устранения ошибок и потерь, а также принимать решения на основе поддающейся проверке информации, без допущений и предположений
Рис. 2. Структура матричной диаграммы «Дом качества» при реализации метода развертывания функции качества QFD в параллельном инжиниринге автомобильных шин [The structure of the matrix diagram Quality House in the implementation of the QFD quality function deployment method in parallel engineering of car tires]
Требования потребителя к качеству шин
Важность
требований
для
потребителя
Корреляционная матрица технических характеристик
Направления модернизации шин
Технические характеристики шин
Целевые значения технических характеристик шин
Инженерная оценка конкурирующей продукции
Техническая возможность и трудоемкость повышения качества по требованиям потребителей
Матрица связей
Оценка выполнения требований у конкурента — производителя шин
справка
ABAQUS — программный комплекс мирового уровня в области конечно-элементных расчетов на прочность, с помощью которого можно получать точные и достоверные решения для самых сложных линейных и нелинейных инженерных проблем. Главной особенностью ABAQUS/SIMULIA является использование модулей, которые содержат определенный набор действий, близкий по значению и необходимый для построения программой модели конечных элементов и проведения операций с ней. Программное обеспечение ABAQUS/SIMULIA дает возможность произвести реалистичное 3Э-моделирование роста трещин по произвольным путям, не зависящим от границ элементов
и построение матрицы связей с потребительскими свойствами;
► третий блок — корреляционный анализ технических характеристик шин с фактическими потребительскими свойствами;
► четвертый блок — инженерная оценка конкурирующей продукции, принятие решений о технической возможности и трудоемкости повышения качества шин по требованиям потребителей.
Таким образом, Дом качества образует последовательный процесс, где после преобразования потребительских характеристик качества шин в технические, технические параметры трансформируются в характеристики компонентов, а в дальнейшем — в характеристики процессов и операций производственного цикла. Метод QFD используется как инструмент в развитых технологиях обеспечения качества, в том числе в интегрированной концепции Lean Six Sigma (Бережливое производство и Шесть сигм). Межфункциональная команда QFD должна включать специалистов — маркетологов, аналитиков, конструкторско-тех-нологические службы, службы качества, закупок и оценки поставщиков.
Параллельное проектирование автомобильных шин высокого качества может быть реализовано в программ-
ном комплексе АВАЦ^, позволяющем решать сложные инженерные задачи и охватывать широкий диапазон промышленных применений [9]. Новая современная версия АВАЦ^ — SIMULIA — позволяет осуществлять моделирование конструкций шин, находясь в общем жизненном цикле параллельного инжиниринга изделий с целью улучшения потребительских свойств продукта. В российском производстве шин программный комплекс АВА<ЦШ^Ш^1А используется при создании шин Со^ап^ что обеспечивает высокое качество и конкурентоспособность продукции. Программа позволяет осуществлять управление большими данными за счет использования руШоп-скриптов.
Программа имеет возможность производить инженерные расчеты параметров шин как в статике (давление шины на поверхность), так и в динамике (моделирование движения шины с исследованием напряжений). Проектирование автомобильных шин определенного качества требует подбора специализированных ингредиентов для резиновых смесей, точного расчета сложной конструкции. АВАЦШ^М^1А с использованием математических моделей материалов имеет возможность задавать потенциал энергии напряже-
ния материала для производства шин либо использовать результаты фактических экспериментальных данных [10]. С помощью специальной подпрограммы UMESHMOTЮN производится расчет износостойкости проектируемой шины при различных режимах движения и величине пробега. Подпрограмма функционирует на основе закона изменения износа материала шины и ALE-технологии (подход Лагранжа — Эйлера) при моделировании сетки для новой и изношенной шин.
В завершение отметим, что технологии параллельного проектирования представляют собой эффективное решение для создания новой продукции и процессов как с технической точки зрения (совершенство материалов и процессов, качество продукции), так и с экономической (сокращение временных и финансовых затрат на проектирование). В условиях развития технологического суверенитета актуальным видится применение параллельного инжиниринга при разработке и производстве шинной продукции. При этом высокий экономический и технический эффект будет иметь использование в шинной промышленности метода развертывания функции качества QFD для трансформации интересов и предложений потребителей
Статья поступила в редакцию 9.10.2022
(рекламаций) в технические требования к изделиям и параметрам производственных процессов. Параллельное проектирование автомобильных шин высокого качества может быть реализовано в программном комплексе ABAQUS/SIMULIA, позволяющем решать сложные инженерные задачи и охватывать широкий диапазон промышленных применений. ■
Список литературы
1. Николенко В.К. Базовый курс системной инженерии. — М., 2018.
2. Хряпкина А.М., Трошина А.Г. Анализ возможных путей автоматизации параллельного проектирования // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2016. — №11(1).
3. Костогрызов А.И., Нистратов А.А. О приоритетных направлениях развития системной инженерии // Современные информационные технологии
и ИТ-образование. — 2021. — Т. 17. — № 2.
4. Хитрых Д.П. Модельно-ориентированное системное проектирование и цифровые двойники // Управление качеством. — 2022. — № 3.
5. Малышева Т.В. Ресурсосберегающие производственные системы. Управление информационными потоками // Компетентность. — 2020. — № 4.
6. Кандилов В.П., Семенова О.Ю., Малышева Т.В. Информационное обеспечение системы индикативного управления социально-экономическим развитием Республики Татарстан // Вопросы статистики. — 2010. — № 9.
7. Стрюкова А.Р. QFD анализ как метод проектирования качества // Синергия Наук. — 2019. — № 42.
8. Ravichandran M., Jayakrishna K. A., Vimal K. E. K., Kulatunga A. K.
QFD approach for selection of design for logistics strategies // Smart Innovation, Systems and Technologies. — 2021. — Т. 222.
9. Кротова А.Н. Опыт применения PYTHON-скриптов в SIMULIA Abaqus
при расчете автомобильных шин // Инженерные системы-2017: Труды Межд. форума. — М., 2017.
10. Козловский В.Н., Юнак Г.Л., Благовещенский Д.И., Сорокин А.Г. Статистическое управление качеством продукции и сложных процессов // Стандарты и качество. — 2021. — № 10.
НОВАЯ КНИГА
Лепявко А.П.
Калибровка средств измерений давления
Конспект лекции. — М.: АСМС, 2022
Рассмотрено одно из основных требований к калибровке средств измерений: оценке неопределенности в соответствии с международными требованиями (ГОСТ ISO/IEC 17025-2019). Приводится перечень нормативных документов по калибровке средств измерений давления, а также выдержки из российского документа с формулами для вычисления неопределенности калибровки. Подробно описывается процедура калибровки в соответствии с инструкцией DKD-R 6-1.
Конспект предназначен для слушателей Академии, а также может быть полезен специалистам в области поверки и калибровки средств измерений температуры.
По вопросам приобретения обращайтесь по адресу: Академия стандартизации, метрологии и сертификации (АСМС), 109443, Москва, Волгоградский пр-т, 90, корп. 1. Тел. / факс: 8 (499) 742 4643. Факс: 8 (499) 742 5241. E-mail: info@asms.ru
Kompetentnost / Competency (Russia) 3/2023 ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-3-50-54
Product Design on the PLM Рlatform: QFD Quality Function Structuring Method
A.I. Shinkevich1, FSBEI HE Kazan National Research Technological University, Prof. Dr. (Ec.) Dr. (Tech.), ashinkevich@mail.ru
T.V. Malysheva2, FSBEI HE Kazan National Research Technological University, Assoc. Prof. Dr. (Tech.), tv_malysheva@mail.ru
D.V. Kharitonov3, JSC A.G. Romashin ORPE Technology, Dr. (Tech.), aritonov.d1978@yandex.ru
1 Head of Department, Kazan, Republic of Tatarstan, Russia
2 Professor of Department, Kazan, Republic of Tatarstan, Russia
3 Deputy Director of Research and Production Complex for Production Activities — Head of Workshop, Obninsk, Russia
Citation: Shinkevich A.I., Malysheva T.V., Kharitonov D.V. Product Design on the PLM Platform: QFD Quality Function Structuring Method, Kompetentnost / Competency (Russia), 2023, no. 3, pp. 50-54. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-3-50-54
In the article we consider the actual problem of quality management and competitiveness of products of Russian industrial enterprises. We examined the use of the QFD quality function structuring (deployment) method in parallel tire design and visualized the scheme of automated support for parallel design processes of new industrial products based on PLM technologies. In addition, the structure of the Quality House matrix diagram is presented when implementing the QFD quality function deployment method in parallel tire design. We have substantiated the relevance of the use of parallel design in the development and production of tire products, the economic and technical effect of the QFD method for the transformation of consumer interests and proposals into technical requirements for products and parameters of production processes. We also suggested using the ABAQUS/SIMULIA software package for designing high-quality car tires.
1. Nikolenko V.K. Bazovyy kurs sistemnoy inzhenerii [Basic systems engineering course], Moscow, 2018, 330 P.
2. Khryapkina A.M., Troshina A.G. Analiz vozmozhnykh putey avtomatizatsii parallel'nogo proektirovaniya [Analysis of possible ways to automate parallel design], Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki, 2016, no. 11(1), pp. 267-273.
3. Kostogryzov A.I., Nistratov A.A. O prioritetnykh napravleniyakh razvitiya sistemnoy inzhenerii [On priority areas for the development of systems engineering], Sovremennye informatsionnye tekhnologii i IT-obrazovanie, 2021, vol. 17, no. 2, pp. 223-240.
4. Khitrykh D.P. Model'no-orientirovannoe sistemnoe proektirovanie i tsifrovye dvoyniki [Model-based systems engineering and digital twins], Upravlenie kachestvom, 2022, no. 3, pp. 52-59.
5. Malysheva T.V. Resursosberegayushchie proizvodstvennye sistemy. Upravlenie informatsionnymi potokami [Resource-saving production systems. Information flow management], Kompetentnost', 2020, no. 4, pp. 24-27.
6. Kandilov V.P., Semenova O.Yu., Malysheva T.V. Informatsionnoe obespechenie sistemy indikativnogo upravleniya sotsial'no-ekonomicheskim razvitiem Respubliki Tatarstan [Information support of the system of indicative management of socio-economic development of the Republic of Tatarstan], Voprosy statistiki, 2010, no. 9, pp. 56-60.
7. Stryukova A.R. QFD analiz kak metod proektirovaniya kachestva [QFD analysis as a quality design method], Sinergiya Nauk, 2019, no. 42, pp. 64-73.
8. Ravichandran M., Jayakrishna K. A., Vimal K. E. K., Kulatunga A. K. QFD approach for selection of design for logistics strategies, Smart Innovation, Systems and Technologies, 2021, vol. 222, pp. 141-149.
9. Krotova A.N. Opyt primeneniya PYTHON-skriptov v SIMULIA Abaqus pri raschete avtomobil'nykh shin [The experience of using PYTHON scripts in SIMULIA Abaqus when calculating car tires], Inzhenernye sistemy-2017: Trudy Mezhd. foruma, Moscow, 2017, 221 P.
10. Kozlovskiy V.N., Yunak G.L., Blagoveshchenskiy D.I., Sorokin A.G. Statisticheskoe upravlenie kachestvom produktsii i slozhnykh protsessov [Statistical quality control of products and complex processes], Standarty i kachestvo, 2021, no. 10, pp. 98-104.
key words
structuring method, PLM technologies, parallel design, matrix diagram Quality House, ABAQUS/SIMULIA software package
References
ПОЛИГРАФИЯ АСМС (499) 175 42 91
верстка и дизайн полиграфических изделий, ^^^^^^^ полноценная цифровая печать,
ч/б копирование
