CC BY
71
МЕТОДОЛОГИЯ
п ч нн
ВВВ КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
пп '
Разработка методики оценки значимости параметров продукции и технологических операции её производства с точки зрения влияния на качество
И .А. МИХАИЛОВСКИИ,
профессор кафедры технологий сервиса и сертификации автомобилей Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, д.т.н., доцент (¡-т/кЬаНоузкуФуат^ех. ги)
Одним из обязательных требований стандарта ISO/TS 16949 к системам менеджмента качества предприятий автомобильной промышленности является определение и управление критическими характеристиками продукции. При этом методы их определения не регламентированы. В статье приведено описание разработанной авторами методики оценки значимости параметров продукции и технологических операций её производства с позиции их влияния на итоговое качество на основе метода анализа иерархий с элементами теории нечётких множеств, которая позволяет определять критические характеристики продукции.
п
пп
ппп
ппп
пп
п
...........................................Ключевые слова:
критические характеристики, метод анализа иерархий, теория нечётких множеств.
Е.И. ГУН,
аспирант кафедры технологий сервиса и сертификации автомобилей Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова ([email protected])
Качество машиностроительной продукции определяется совокупностью её конструктивных параметров и параметров используемых технологических операций. Причём, данные параметры могут по-разному влиять друг на друга и в разной степени определять конкретные показатели качества.
На рис. 1 отражены взаимосвязи некоторых параметров конструкции и параметров технологических процессов получения рулевых наконечников автомобилей с показателями качества.
Анализируя приведенную структуру необходимо отметить следующее:
1. Показатели качества для потребителя могут иметь разную значимость.
2. Один конструктивный параметр может определять несколько показателей качества.
3. Конструктивный параметр может в разной степени влиять на несколько показателей качества.
При освоении новых видов продукции встает задача выбора критических (или специальных) характеристик для дальнейшего документирования и управления согласно обязательному требованию отраслевого стандарта ISO/TS 16949. Данная задача осложняется описанными выше особенностями.
В этой связи актуальной может считаться задача разработки методики оценки значимости конструктивных параметров продукции и технологических операций с точки зрения влияния на итоговое качество изделия, которая позволяла бы осуществлять выбор критических характеристик продукции и намечать пути повышения её качества.
При этом методика должна отвечать следующим требованиям.
1. Необходимо учитывать разную значимость показателей качества для потребителя.
ВеККАЧЕСТВА № 3 • 2014
28
КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
\ ^
МЕТОДОЛОГИЯ
2. При оценке степени значимости конструктивных параметров продукции и технологических операций следует иметь в виду, что каждый из этих параметров может определять несколько показателей качества и конструктивных параметров соответственно.
3. При оценке степени значимости конструктивных параметров продукции, технологических операций и конкретных параметров технологических операций необходимо обращать внимание на то, что каждый из этих параметров, определяющих несколько показателей качества, конструктивных параметров и технологических операций соответственно, может влиять на них в разной степени.
Для того чтобы удовлетворить сформулированные к методике требования, предлагается использовать метод анализа иерархий (МАИ), модернизированный введением элементов теории нечётких множеств.
Предлагаемая методика содержит пять этапов.
Этап 1. Построение иерархии структуры качества изделия
Под структурой качества понимают систему взаимосвязей между параметрами конструкции и используемых технологических операций с показателями качества, которая определяет итоговое (интегральное) качество изделия.
Предлагается рассматривать структуру качества продукции в виде иерархии. В этом случае интегральное качество декомпозируют на группы показателей качества, а их,
в свою очередь, - на конкретные показатели. Далее каждый показатель качества декомпозируют на обеспечивающие его параметры конструкции, а их - на формирующие технологические операции. Технологические операции могут быть при необходимости разделены на конкретные параметры технологических операций.
В итоге иерархия структуры качества выглядит следующим образом (рис. 2):
1. Фокусом иерархии является итоговое (интегральное) качество рассматриваемого изделия.
2. На первом уровне иерархии рассматривают группы показателей качества, сформированные по типу свойства изделия, которое они характеризуют (примерами таких групп могут быть: функциональные показатели, показатели статической прочности, показатели усталостной прочности и т.п.).
3. На втором уровне иерархии рассматривают конкретные показатели качества продукции ц..
4. Далее располагают:
- на третьем уровне: конструктивные параметры и технологические операции ок первой группы (к технологическим операциям первой группы относят те, на которых непосредственно формируются какие-либо показатели качества);
- на четвертом уровне: технологические операции ог второй группы (к технологическим операциям второй группы относят те, на которых формируются конструктивные параметры);
Параметры технологических процессод
Рис. 1. Взаимосвязь некоторых конструктивных параметров и параметров технологических процессов получения рулевых наконечников с показателями качества
МЕТОДОЛОГИЯ
п ч нн ппя □ □2 ПП
н
КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
- на пятом уровне (при необходимости): параметры технологических операций рк.
5. Взаимосвязи между элементами иерархии отражают наличие влияния соответствующих параметров рк, ок, о, Ц и друг на друга.
Этап 2. Вычисление локальных приоритетов параметров изделия и оценка согласованности суждений
Под локальным приоритетом группы показателей качества понимают её вес (важность) для потребителя относительно других групп.
Под локальным приоритетом показателя качества понимают его важность по сравнению с другими показателями в рассматриваемой группе.
Локальный приоритет конструктивного параметра д. относительно рассматриваемого показателя качества -это его важность по сравнению с другими параметрами конструкции с точки зрения влияния на данный показатель качества.
Локальный приоритет технологической операции первой (или второй) группы относительно конструктивного параметра (или показателя качества) - это её важность по сравнению с другими операциями с позиции обеспечения данного конструктивного параметра (или показателя качества).
Локальный приоритет параметра технологической операции рк относительно рассматриваемой операции - это его важность по сравнению с другими параметрами операции с точки зрения обеспечения её результативности.
Для вычисления указанных выше локальных приоритетов элементов построенной иерархии используют метод по-
парных сравнений, заключающийся в том, что все элементы иерархии на каждом уровне попарно сравниваются в отношении к элементу, для которого они являются дочерними. В результате формируется матрица попарных сравнений:
л1 =\ 4-]
п1
где - оценка степени превосходства элемента а.
и
над а по критерию/.
I
Значения оценок определяются экспертом в у
результате рассмотрения всех возможных пар {а,, а} по 9-балльной шкале, широко используемой в МАИ [1]. Вычисление векторов локальных приоритетов wl по полученным матрицам попарных сравнений осуществляют методом собственного вектора [1, 2]. Оценка согласованности вынесенных экспертом суждений осуществляется по стандартной процедуре МАИ [1].
Этап 3. Синтез приоритетов параметров изделия относительно качества изделия в сборе
Глобальный приоритет конструктивного параметра, технологической операции или конкретного параметра технологической операции - это вес рассматриваемого элемента относительно итогового качества продукции с учетом различной значимости показателей качества и неоднозначного влияния параметров изделия друг на друга и на показатели качества.
Глобальный приоритет элемента иерархии относительно фокуса иерархии может быть вычислен взвешенным суммированием локальных приоритетов по всем путям, ведущих от рассматриваемого элемента до фокуса иерархии [1]. Данные операции могут быть выполнены в
Качество изделия
/ уродень Группы показателей качества
// уродень Показатели качестда
III ца одвнь Конструктивные параметры Технолог, операции / группы
IV уродень Технолог, операции И группы
V уродень Параметры технол. операций
Группа 1 показа/тлей качвстВа
Группа Мгюкашелеи качества
Рис. 2. Общий вид иерархической структуры качества изделия
30
ВеККАЧЕСТВА № 3 • 2014
КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
\ ^
МЕТОДОЛОГИЯ
матричной форме. В этом случае векторы глобальных приоритетов конструктивных параметров, технологических операций и параметров технологических операций могут быть вычислены с помощью выражений:
В = цга'4
О = )У0,С* ■ • ¡V4'8 •
Р-ЦГР.О ,Ц?0,<] цгс.цгЯ,8 . ¡У8,Я
где О - вектор глобальных приоритетов конструктивных параметров и технологических операций первой группы; О - вектор глобальных приоритетов технологических операций второй группы; Р - вектор глобальных приоритетов параметров технологических операций; №р'° - матрица приоритетов параметров технологических операций относительно технологических операций второй группы; №0,4 - матрица приоритетов технологических операций второй группы относительно конструктивных параметров и технологических операций первой группы; №4,4 -матрица приоритетов конструктивных параметров и технологических операций первой группы относительно показателей качества; №я'3 - матрица приоритетов показателей качества в рамках группы показателей; №4,0 - матрица приоритетов групп показателей относительно интегрального (итогового)качества.
Этап 4. Оценка технологических рисков невыполнения конструктивных параметров
Для адекватной оценки значимости конструктивного параметра необходимо учитывать его технологическую выполнимость. Учёт технологической выполнимости конструктивного параметра осуществляется с помощью соответствующего риска технологического необеспечения г^ .
Рисктехнологического необеспечения г^. конструктивного параметра су определяется в результате реализации следующего алгоритма:
1. Оценка стабильности технологических операций, формирующих рассматриваемый конструктивный параметр.
Для каждой рассматриваемой технологической операции предлагается вводить лингвистическую переменную «риск нестабильности» с минимальным набором термов: «низкий», «средний» и «высокий». В зависимости от специфики конкретной задачи терм-множество может быть расширено.
Если по рассматриваемой операции в достаточном объеме накоплена статистическая информация, то базовым множеством соответствующей нечёткой переменной может быть множество значений индексов её стабильности и воспроизводимости (рис. 3).
Если же статистической информации по конкретной операции нет, или если не представляется возможным количественно оценить стабильность процесса, то в качестве базового множества могут использоваться экспертные оценки стабильности процесса рстаб по 9-балльной шкале (рис. 4).
При фазификации используется алгоритм [3], отличительная особенность которого заключается в том, что чёткое значение переводится не в одно нечёткое число, а в группу нечётких чисел, соответствующих функциям принадлежностей различных термов лингвистической переменной.
Фазификация может осуществляться экспертно в зависимости от специфики конкретной задачи. Кроме того, в качестве функций принадлежности термов могут использоваться значения психофизической функции желательности Харрингтона.
В итоге для каждой технологической операции формируется нечёткая матрица Я риска технологического необеспечения, строки которой представляют собой значения функций принадлежности соответствующих термов.
2. Получение нечёткой оценки г риска технологического необеспечения.
1- Высокий средний низкий
1 .
1 112 3 4 $ 6 7 8 9 рс„а
Рис. 4. Пример графического задания функций принадлежности термов лингвистической переменной «риск нестабильности» для технологических операций, стабильность которых оценивается экспертно
Рис. 3. Пример графического задания функций принадлежности термов лингвистической переменной «риск нестабильности» технологических операций, для которых накоплен статистический материал
МЕТОДОЛОГИЯ
1Ш КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
Для получения нечёткой оценки риска технологического необеспечения конструктивного параметра Ц используют формулу: % =
где . - нечёткая оценка риска технологического необесг.с^ния конструктивного параметра с/.;
Т
. - транспонированный вектор локальных приоритетов технологических операций, формирующих конструктивный параметр
Яи. - нечёткая матрица риска технологического }
необеспечения конструктивного параметра
Данный метод определения агрегированной оценки получил распространение при решении широкого спектра задач: при анализе рисков, решении многокритериальных задач оптимизации, принятии решений [4, 5]; а также при комплексировании единичных показателей для оценки качества [6].
3. Определение риска технологического необеспечения г. Для получения чёткой оценки риска технологического необеспечения осуществляют процедуру дефазифи-кации с использованием метода центра тяжести.
Этап 5. Определение критических параметров изделия
Таким образом, каждый конструктивный параметр характеризуется:
^ глобальным приоритетом, который отражает его значимость с точки зрения итогового качества продукции с учётом его неоднозначного влияния на показатели качества и различной значимости этих показателей для потребителя; ^ риском технологического необеспечения, который характеризует стабильность технологических процессов, обеспечивающих данный конструктивный параметр.
Итоговая значимость каждого конструктивного параметра продукции определяется произведением указанных характеристик.
В конечном итоге рассматриваемые конструктивные параметры на основе рассчитанных значимостей могут быть проранжированы с точки зрения их влияния на итоговое качество с учётом технологической выполнимости. Параметры конструкции, которые характеризуются наибольшей значимостью, должны быть рассмотрены как критические характеристики продукции.
Параметры технологических операций (в случае их рассмотрения в иерархии структуры качества) могут быть проранжированы по значению их глобальных при-
ВеКкАЧЕСТВА № 3 • 2014
оритетов. Параметры технологических операций с наибольшими значениями глобальных приоритетов являются ключевыми в обеспечении качества и должны рассматриваться как критические характеристики продукции.
Технологические операции также могут быть проранжированы по значению их глобальных приоритетов. Технологические операций с наибольшими значениями глобальных приоритетов являются ключевыми с точки зрения обеспечения качества, и поэтому именно их совершенствование должно быть первостепенным при повышении качества.
Необходимо отметить, что задача определения значимости параметров продукции для выявления среди них критических имеет дополнительную сложность и особую актуальность для рулевых наконечников автомобилей. Это связано с тем, что к данным узлам предъявляют широкий комплекс жестких требований по функциональным и прочностным показателям, так как они являются одними из наиболее важных и ответственных элементов рулевого привода, непосредственно влияющих-на безопасность движения автомобиля.
Анализу эффективности и результативности процессов производства компонентов шаровых шарниров шасси автомобилей в последнее время было посвящено несколько работ. В них разработаны методики, основанные на математическом аппарате квалиметрии, реализующие комплексную оценку результативности и эффективности технологических цепочек производства металлических компонентов шаровых шарниров шасси [7, 8, 9]. Кроме прочего методики позволяют определять пути повышения результативности технологического процесса. Однако данные методики не позволяют в явном виде определять критические характеристики и имеют ряд других недостатков, которые устранены в предлагаемой методике.
В силу особой актуальности методика адаптирована для рулевых наконечников автомобилей в части определения локальных приоритетов конструктивных параметров изделия. При реализации метода попарных сравнений зачастую достаточно проблематично оценить степень превосходства параметров конструкции рулевых наконечников, влияющих на прочностные показатели. Данная проблема дополнительно осложняется индивидуальностью прочностных требований и конструктивного облика конкретного наконечника, что исключает даже теоретическую возможность разработки универсальных рекомендаций, которые бы были применимы для всего многообразия конструктивных исполнений. Поэтому для принятия обоснованных решений о степени превосходства конструктивных параметров с точки зрения их влияния на показатели прочности предлагается использо-
КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА ЕШ
\
МЕТОДОЛОГИЯ
вать результаты работ, в которых разработаны и экспериментально проверены конечно-элементные модели, позволяющие проводить исследования влияния интересующих параметров конструкции на рассматриваемые показатели прочности [10, 11].
Таким образом, разработанная методика оценки значимости конструктивных параметров продукции, технологических операций её производства и параметров технологических операций на основе метода анализа иерархий с элементами теории нечётких множеств позволяет определять критические характеристики продукции и намечать пути повышения её качества. Методика учитывает: ^ разную значимость показателей качества для потребителя;
^ неоднозначность влияния параметров изделия друг
на друга и на показатели качества; ^ неодинаковую степень влияния параметров изделия
друг на друга и на показатели качества; ^ технологическую выполнимость параметров конструкции изделия.
Разработанная методика применима для любой машиностроительной продукции, кроме того в силу особой актуальности адаптирована для рулевых наконечников автомобилей в части реализации метода попарных сравнений при определении локальных приоритетов конструктивных параметров данных изделий. ■
Литература
1. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993. 320 с.
2. Деменков Н.П. Нечёткое управление в технических системах: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 200 с.: ил.
3. Lee H.M. Applying fuzzy set theory to evaluate the rate of aggregative risk in software development // Fuzzy Sets and Systems. 1996. Vol. 79.
4. Hing Kai Chan, Xiaojun Wang. Fuzzy Hierarchical Model for Risk Assessment: Principles, Concepts, and Practical Applications. London: Springer-Verlag, 2013.
б. Каган Е.С. Применение метода анализа иерархий и теории нечетких множеств для оценки сложных социально-экономических явлений // Известия Алтайского государственного университета. 2012. № 1-1. С. 160-163.
6. Кравченко С.Н., Каган Е.С., Столетова A.A. Методика оценки качества технологической системы производства экстрактов из плодово-ягодного сырья // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2009. № 2-3. С. 100-104.
7. Гун И.Г., Михайловский ИА, Осипов Д.С. и др. Комплексная оценка результативности сквозных технологий производства с использованием логики антонимов на примере шаровых пальцев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2005. № 1. С. 67-71.
8. Михайловский ИА, Осипов Д.С., Сальников В.В. Определение требований и разработка математической модели и методики оценки результативности СМК предприятия // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2004. № 4. С. 29-38.
9. Михайловский ИА Методология обеспечения качества изделий на основе регламентации комплекса требований к процессам их производства // Век качества. 2011. № 2. С.49-51.
10. Гун И.Г., Михайловский ИА, Сальников В.В., Куцепен-дик В.И., Гун Е.И. Расчетное определение основных прочностных показателей элементов шасси автомобиля, содержащих шаровые шарниры // Aктуальные проблемы современной науки, техники и образования: Материалы 71-й межрегиональной науч.-техн. конф. / Под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. Т. 1. С. 314-317.
11. Михайловский ИА, Гун И.Г., Сальников В.В., Куцепен-дик В.И., Гун Е.И., Вдовин Д.С. Расчетное определение показателей прочности шаровых шарниров элементов шасси автомобиля путем моделирования процесса статических испытаний // Журнал ААИ. 2014. № 2(85). С. 20-24.
НОВОСТИ NEWS НОВОСТИ NEWS НОВОСТИ NEWS
Линейка интерактивных досок ABC Board расширяется
Компания «Делайт 2000» расширила линейку интерактивных досок ABC Board собственного производства. Компания начала серийное производство досок с диагональю 64 дюйма, оптимальных для занятий с детьми дошкольного и младшего школьного возраста, а также для малокомплектных классов.
В разработке применена микроточечная технология Anoto, обеспечивающая точное позиционирование маркера. В доске ABC Board нет электроники, она не нуждается ни в электропитании, ни в подключении к компьютеру или сети передачи данных. Отсутствие соединительных проводов особенно актуально для дет-
ских садов и младших классов, где дети могут спокойно играть, не рискуя запутаться в проводах, повредить доску или нарушить ее работу.
Интерактивная доска АВС Board соответствует ГОСТу 22046-2002, регламентирующему стандарты оборудования помещений общеобразовательных и профессиональных школ. Металлокерамическая поверхность изготовлена в Бельгии из экологически чистых материалов. Она не боится огня и легко очищается от загрязнений, устойчива к коррозии и действию агрессивных химических веществ, не реагирует на изменение параметров окружающей среды: температуру и влажность. ■ www.delight2000.com
№3 • 2014
¡ек КАЧЕСТВА
