CC BY
68
УДК 681.518.3
И. А. Абдуллин, Е. Л. Москвичева, Г. Г. Богатеев,
А. С. Михайлов
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА УДЛИНЕННЫХ КУМУЛЯТИВНЫХ ЗАРЯДОВ, ПРОКАТАННЫХ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННОГО СВЕРТЫВАНИЯ,
С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭКСПЕРТНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЕСОМОСТЕЙ
Ключевые слова: качество, технологическая система, технологический процесс, кумулятивный заряд, операционное свертывание, коэффициент весомости.
Предложен один из известных и эффективных методов менеджмента качества на этапе производства взрывоопасного изделия с целью принятия верных управленческих решений.
Keywords: quality, technological process, cumulative charge, operating of coiling, coefficient of weightiness
We suggested a well-known and effective methods for project administration data on a phase of production of explosive products in order to make correct management of solutions.
Технологическая система (ТС) является системой нижнего уровня по отношению к производственной системе (производственному процессу), что в свою очередь определяет порядок анализа и последующих улучшений.
Современное управление технологической системой (производственной системой) строится на известном цикле Э. Деминга (цикл PDCA): планирование (Plan) — выполнение, реализация (Do) — проверка (Check) — действие (Action). Выходные данные одной стадии является входными данными для осуществления последующей. При этом стадию проверки (Check) можно назвать контрольной или оценочной - именно на данной стадии осуществляется оценка функционирования ТС, ее стабильность и результативность. Точность оценки определяет инструмент воздействия на систему (производственную, технологическую), и чем точнее оценка, тем эффективнее управление данной ТС.
С другой стороны, к оценке процессов организации производителя подталкивает не только требования эффективности управления, что в итоге выливается в увеличение прибыли, но и требования потребителя. Часто возникает ситуация, когда при заключении контракта на поставку УКЗ-П оговаривается допустимый уровень дефектности выпускаемой продукции.
Для решения этой задачи производитель обязан проводить управление качеством на всех этапах жизненного цикла продукции.
Процесс производства УКЗ — П сложный и взрывоопасный и состоит из 24 идентифицированных технологических операций, 5 из которых являются опасными, а 4 — особо опасными. При оценивании качества технологического процесса производства УКЗ-П, контролируются и измеряются параметры выполняемых технологических операций и переходов, последовательность их выполнения, а также технические элементы технологической системы и факторы, оказывающие влияние на основные технологические показатели, на характеристики безопасности технологических процессов и на качество готового УКЗ-П.
Как показал анализ работ отечественных и зарубежных авторов, наиболее распространенной моделью оценки качества технологического процесса является модель на основе операционного свертывания с применением экспертных методов по определению коэффициентов весомостей [1]. Среди моделей свертывания преобладают сепарабельная или аддитивная модель (1) и (2) соответственно.
/(/,)=£/«) • /(д); (1)
2=1
Д =(я,д} (2)
где ц— общая мера качества объекта; 1 - функция весомостей; Я; - коэффициент весомостей; ц - частная мера качества; (я,д) - скалярное произведение весомостей и частных мер качества.
Технологическая система состоит из различного рода элементов, что в свою очередь определяет необходимость оценки каждого элемента системы в отдельности. Это приводит к необходимости проведения комплексной оценки ТС.
Комплексная оценка ц ТС может быть определена по совокупности следующих основных оценок мер качества (показателей качества) технологического процесса ц;, [2,3]:
1) Ктд — оценка соответствия технологической документации (ТД) установленным требованиям;
2) Ки — оценка технологического процесса по техническим характеристикам его исполнения (точности, стабильности, надежности и т.п.);
3) Кп — оценка ТП по показателям качества произведенной продукции;
4) Киту — оценка научно-технического уровня ТП;
5) Кн — оценка ТП по соответствию назначению;
6) Кпр — оценка ТП по показателям производительности;
7) Кр - оценка ТП по ресурсоемкости изготовления продукции;
8) Кбт - оценка ТП по соответствию требованиям безопасности;
9) Кэк - оценка соответствия ТП экологическим требованиям охраны окружающей среды.
Оценку основных показателей качества ц; осуществляют на основании выражения [1];
П
&!
_^_ = Д + Дг +... + Дп , (3)
П П
где ц; - единичный показатель, характеризующий единичное свойство ТП; п - количество единичных показателей, характеризующих основное свойство технологического процесса. Оценку показателей ц производят по одной шкале (например, показатель балл).
Расчет комплексного показателя в соответствии с (2) осуществляют следующим способом (4):
Д = Я • Д + Я 2 • Д 2 + ... + Я; • Д| , (4)
где Я; - коэффициент весомости (значимости), соответствующий показателю качества ц;,
Данный подход является типовым и применяется в квалиметрии для оценки технического уровня качества промышленных изделий.
Использование комплексного показателя, который осуществляет свертку качественно различных показателей - нормативных, функциональных, показателей безопасности, приводит к снижению точности оценки, потери целевого назначения оценивания и усложняет проведение самой процедуры.
Решение данной проблемы возможно с применением следующих принципов:
а) принцип многоуровневой оценки - оценку функционирования технологического процесса осуществляют на двух уровнях (базовый уровень, требуемый уровень);
б) принцип разделения показателей качества - деление показателей качества по уровням оценки как на основании назначения показателя качества, так и на основании величин принимаемых значений показателями качества;
в) принцип последовательности оценки - при достижении базового уровня, возможен переход к оценке требуемого уровня.
Построение методики количественной оценки на данных принципах позволит точнее оценивать результативность ТС. Алгоритм проведения оценки приведен на рисунке 1.
Немаловажной составляющей оценки качества ТС является выбор показателей качества, особенно тех, которые отражают основное назначение технологического процесса - изготовление продукции.
Зная требования к качеству выпускаемой продукции, можно установить нормативные уровни годной продукции на каждой операции. Для этого необходим комплексный показатель, который в условных единицах позволял бы оценивать качество процесса в зависимости от величины его рассеяния и смещения. Для расчета такого показателя необходимо подобрать функцию, которая удовлетворяла бы следующим требованиям: оценка должна базироваться на измерении нескольких независимых показателей, характеризующих текущие настройки процесса; разрабатываемый показатель должен быть доступным для применения на практике, не требуя специальной подготовки от персонала. Чаще всего в роли такого показателя выступает Срк. Рассмотрим его более подробно.
Формирование перечней показателей ТС соответствующих уровней
__________________±__________________
Формирование базового уровня интенсивностей по перечню показателей первого уровня профиля + ~ Оценка ТС по первому уровню Р1 ------------------------------~
Нет
«Г Оценка равна N. НУЛЮ
Формирование минимального базового уровня интенсивностей по перечню показателей второго уровня
1
Оценка показателя качества по перечню второго уровня Р2
Г г
Формирование конечной оценки качества ТС р = (р,+рг)
Рис. 1 - Алгоритм оценки технической системы
При заданных границах поля допуска верхней контрольной границы (ВКГ) и нижней контрольной границы (НКГ) для признака X на этапе производства необходимо оценивать качество его исполнения. Уровень качества зависит от того, насколько велика доля изделий, для которых признак X находится в поле допуска (НКГ; ВКГ). На практике часто о качестве процесса судят по показателям серии Ср.
Существует две причины, приводящие к превышению границ допусков [4]. Допустим, что процесс протекает в нормальном состоянии. Это значит, что постоянно воспроизводятся изделия с признаком качества, имеющим распределение с (к; о2 ). Недостаточное качество процесса объясняется, по меньшей мере, одной из следующих причин:
- рассеяние процесса а2 слишком велико по сравнению с полем допуска (НКГ ;ВКГ);
- уровень настройки процесса к слишком далек от середины поля допуска.
Расчет показателя Ср проводили по следующей формуле (5):
С _ ВКГ - НКГ (5)
Ср ~ ■ (5)
6а
Чем больше значение коэффициента Ср, тем больше заданный допуск по сравнению с естественным рассеянием процесса, то есть протяженностью 6а интервала (НКГ ;ВКГ), на который приходится 99,73% значений признака X с распределением (к; о2 ). [5].
Коэффициент Ср не зависит от уровня настройки процесса, его можно интерпретировать как потенциальную меру качества процесса при его оптимальном центрировании.
За реальную характеристику уровня качества технологического процесса принимают показатель Срк, который рассчитывают по следующей формуле (6):
Срк=(1-К)Ср; (6)
\ВКГ + НКГ\ —
--------------Х
где К {ВКГ - НКГ)~. (7)
2
Значение К является безразмерной величиной, характеризующей различие между действительным и оптимальным уровнями настройки процесса.
Неотрицательная величина К, которая при - равным середине поля допуска обращается в ноль, а по краям поля допуска обращается в единицу, характеризует уровень настройки. Чем меньше К, тем ближе уровень настройки к оптимальному. Если К превышает единицу, то X лежит вне поля допуска. Одним из недостатков этого коэффициента можно отметить то,
что он не ограничен сверху, и теоретически может изменяться в пределах (0;+
чт/. л. л. ^ л- - - т, V ВКГ + НКГ
да).Коэффициент Срк является функцией параметров - и ° . В точке Х =----------------он при-
нимает максимальное значение, равное Ср, а в точках X =НКГ и X =ВКГ - обращается в ноль. Если - [НКГ;ВКГ], то Срк лежит между 0 и Ср, в противном случае он имеет отрица-
тельное значение.
Таким образом, показатель Срк ограничен сверху показателем Ср, а снизу может меняться до - да. В свою очередь показатель Ср сверху не ограничен, а снизу имеет предел, равный нулю. Используя только показатель Срк неудовлетворительно протекающего производственного процесса нельзя определить, не имея другой информации, объясняются ли нарушения хода процесса его большим рассеянием или плохим регулированием уровня настройки. Это возможно сделать, только исследуя в совокупности природу изменения всех показателей серии Ср.
За время работы с показателем Срк, как основным, определяющим качество технологического процесса, по показаниям которого принимались соответствующие управленческие решения, были обнаружены следующие недостатки в некоторых частных случаях:
- нечувствительность показателя к увеличению доли брака;
НК1 ВКГ
X
Рис. 2 - Вид кривых, описывающих состояние технологического процесса производства УКЗ-П: 1, 2, 3, 4 - состояния технологического процесса УКЗ-П
164
- рост показателя в момент, когда доля неисправимого брака или приносящего более существенные потери увеличивается.
НКГ ИКГ
X
Рис. 3 — Кривые нормального распределения, характеризующие технологический процесс производства УКЗ-П:1, 2, 3 - состояния технологического процесса УКЗ-П
При изменении процесса, как показано на рисунке 3, показатель Срк возрастает, так как доля брака слева остается меньше, чем справа, и доля брака справа снижается. Но на практике показано, что выход за одну из границ ведет, например, к некоторому перерасходу материала, а за другую - к забраковке всей партии, или к более существенным экономическим потерям предприятия. При этом меняется только значение х .
Такие недостатки показателя ведут к принятию неверных управленческих решений, поэтому существует необходимость в разработке таких показателей, которые в данных частных случаях могли бы достоверно отобразить уровень качества технологического процесса [6].
Для решения указанного выше первого недостатка введем новый показатель.
За показатель качества для рассеивания процесса 0Р можно взять разницу между действительной долей годных изделий Рд и такой же долей, но в случае центрированного процесса Рцд (т.е. при совпадении математического ожидания и середины поля допуска). Расчет действительной доли годных изделий известен, он сводится к формуле [4]:
( -Л (
ВКГ - X НКГ - X
Рд ~ Ф V <* 1 Ф К а )
(8)
Для расчета Рцд необходимо определить смещение А математического ожидания отно-
сительно середины поля допуска:
ВКГ + НКГ
2
(9)
Найдем ВКГ и НКГ для центрированного процесса: ВКГ =ВКГ+Д, НКГ =НКГ+Д.
Тогда Рцд можно рассчитать как:
Рцд= Ф
а
- Ф
а
(10)
Действительно, в этом случае вероятность Рцд будет таковой как при совпадении математического ожидания и середины поля допуска. Тогда показатель можно представить в виде:
0о=[1-( Рцд- Рд)] (11)
Очевидно, что на практике Рцд будет всегда больше, чем Рд. За показатель качества,
характеризующий способность процесса удовлетворять принятым требованиям, можно использовать следующее отношение:
Оо=Рцд/Рс (12)
где Рс является целевым (стандартным) значением, установленным внутри предприятия
Кроме описанных, предлагается использовать показатель, отражающий энтропию процесса, который будет характеризовать увеличение количества возможных исходов. Использование степени неопределенности позволит, в случаях долговременных наблюдений, охарактеризовать разлаженность процесса, связанную со старением технологического оборудования:
0э=1/И, (13)
где Н - энтропия системы.
Комплексный показатель рассчитывается по формуле:
0=0р0о0э. (14)
Рис. 4 - Изменение состояние технологического процесса во времени
В этом случае необходимо рассчитывать показатель качества Q3K следующим образом:
Оэк=Р 1Э1 +Р 2Э2. (15)
где Р| - вероятность выхода продукции за НКГ, Р2 - вероятность выходя продукции за ВКГ, Э1 -экономические потери связанные с выходом продукции за НКГ, Э2 - экономические потери связанные с выходом продукции за ВКГ.
Приведенный пример количественной оценки технологического процесса был апробирован на примере производства УКЗ - П и послужил основой построения методики многоуровневой оценки качества ТП любого процесса. Разделение показателей качества на статистические и динамические позволил сузить поиск проблем в функционировании ТС и принять верные управленческие решения.
Разработанные количественные показатели качества применимы в случаях, когда технологический процесс подчиняется нормальному закону распределения. Кроме того, как показывает практика, показатель Q лучше использовать в тех случаях, где вероятность выхода годных изделий невысока, т.е. при показателе Срк=0,5 и менее, в других случаях удобнее пользоваться принятыми показателями серии Ср. Показатель QЭК применим там, где выход за одну из границ будет связан с браком продукции, а выход за другую - с экономическими потерями, или в общем случае, когда потери за счет выхода изделия за одну границу поля допуска нерав-
ны потерям в случае выхода изделия за другую границу поля допуска.
Таким образом, анализ качества технологического процесса является сложной задачей, решение которой зависит от грамотного применения методик оценки, а также грамотного
выбора показателей качества.
Литература
1. Федюкин, В.К. Управление качеством процессов / В.К. Федюкин. - СПб.: Питер, 2004. - 208 с.
2. Абдуллин, И.А.Применение статистических методов для оценки технологического процесса производства кумулятивных зарядов / И. А. Абдуллин и др. // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 10.
3. Зорин, Ю.В. Системы качества и управления процессами / Ю.В.Зорин, В.Т. Ярыгин - Самара: СПИ,2000.- 156 с.
4. Азгальдов, Г.Г. О квалиметрии / Г.Г.Азгальдов, Э.П. Райхман - М.: Издательство стандартов, 2005.172 с. ^
5. Статистические методы обеспечения качества. Х.-И Миттаг, X. Ринне: Пер. с нем. - М.: Машиностроение, 2001. - 616с.
6. Ефимов, В.В. Статистические методы в управлении качеством продукции / В.В.Ефимов, Т.В. Барт- М.:КНОРУС, 2006 - 320с.
© И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химии и технологии гетерогенных систем КНИТУ, ilnur@kstu.ru; Е. А. Москвичева - канд. техн. наук, доц. СамГТУ; Г. Г. Богатеев - канд. техн. наук, доц. каф. химии и технологии гетерогенных систем КНИТУ; А. С. Михайлов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.
