На правах рукописи
СОКОЛОВА ЕЛЕНА ЮРЬЕВНА
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В МАШИНОСТРОЕНИИ НА ОСНОВЕ
ЕГО КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ
Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Рыбинск – 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева» на кафедре «Организация производства и управление качеством».
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Непомилуев Валерий Васильевич.
Официальные оппоненты:
Матрохин Алексей Юрьевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Материаловедение, товароведение, стандартизация и метрология» ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный политехнический университет»;
Киселева Ирина Александровна, кандидат технических наук, инженер по качеству I категории ООО «НПО «Криста», г. Москва.
Ведущая организация:
ОАО «Конструкторское бюро «Луч», г. Рыбинск.
Защита диссертации состоится 27 декабря 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.210.02 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А.
Соловьева» по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской области, ул. Пушкина, 53, ауд. Г-237.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева».
Автореферат разослан 26 ноября 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, доцент Надеждин Игорь Валентинович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Применяемые в настоящее время подходы к технико-экономическому обоснованию выбора технологических решений в отечественном машиностроении в течение многих десятилетий не изменялись, несмотря на существенное изменение внешней среды производства. Действующие методики создавались в условиях плановой экономики, дефицита, когда вся производимая предприятиями продукция всегда находила своего потребителя и для получения большего экономического эффекта ставилась задача всемерного снижения затрат на производство. Этим обусловлен выбор критерия оптимизации – минимума себестоимости (при условии формального соответствия параметров качества изделия требованиям документации). Внешняя среда предприятий существенно изменилась, а подходы к оценке выполняемых процессов и производимой продукции остались неизменными.
В современном машиностроении широко распространены идеи бережливого производства. Фундаментальной основой этой концепции является ценность продукта и процесса его производства для всех потребителей. На первый план выходит не проблема снижения себестоимости, а жесткая конкурентная борьба за потребителя, который отдает предпочтение более качественным, а не более дешевым продуктам. Поэтому и вся деятельность по обеспечению качества понимается уже как комплексный, систематический процесс, охватывающий все этапы формирования свойств выпускаемой продукции - от маркетинговых исследований до оценки полученного результата внешним и внутренним потребителем. Более важными становятся критерии качества и инноваций, которые в действующих методиках вообще не учитываются.
Таким образом, используемые в современном отечественном машиностроении методы технико-экономического обоснования выбора решений при проектировании технологических процессов нуждаются в совершенствовании.
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение качества технологических процессов в машиностроении путем совершенствования методики технико-экономического обоснования (ТЭО) выбора технологических решений на основе количественной оценки качества процессов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Проанализированы существующие методы выбора варианта при проектировании технологического процесса.
2. Разработана комплексная математическая модель, позволяющая оценивать качество варианта технологического решения с учетом требований внешнего и внутреннего потребителя, а также затрат на реализацию технологического процесса.
3. Разработана методика, позволяющая при выборе варианта технологического процесса учитывать его качество.
4. Разработана процедура назначения весовых коэффициентов внешнего и внутреннего качества и величины технологической себестоимости.
5. Проведена сравнительная оценка вариантов технологических процессов изготовления деталей по действующей методике ТЭО и с использованием предложенной методики.
Методы исследования. Для обработки первичной информации использовались общенаучные методы анализа и синтеза. Для решения поставленных в работе задач были использованы квалиметрический метод, метод экспертной оценки, метод парных сравнений. Исследования проводились с использованием разработанных автором инструментов – модифицированной модели Н. Кано, классификатора показателей качества процессов для внутренних потребителей.
Достоверность и обоснованность научных результатов. Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждается корректным использованием математического аппарата; согласованностью результатов теоретических исследований и результатов практического применения предлагаемой методики; непротиворечивостью данным других исследователей.
Положения, выносимые на защиту.
1. Математическая модель и алгоритм расчета комплексного критерия качества технологического процесса.
2. Результаты теоретических исследований и разработанная методика выбора лучшего из имеющихся варианта технологического процесса с учетом требований внутренних и внешних потребителей и себестоимости.
3. Компьютерная программа для выбора оптимального варианта технологического процесса.
Научная новизна.
1. Математическая модель комплексного критерия качества, учитывающая требования потребителей и себестоимость, а также алгоритм его расчета.
2. Алгоритм выбора лучшего варианта технологического процесса из нескольких альтернативных.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
По результатам исследования разработана методика выбора варианта технологического процесса с учетом качества процесса и готовой детали, при использовании которой появляется реальная возможность учета требований внешних и внутренних его потребителей, особенностей конкретного производства. При этом исключается вероятность выбора заведомо неудовлетворительного варианта, так как выбор производится из перечня технологических процессов, удовлетворяющих требованиям технической документации.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: ХХIХ конференция молодых ученых и студентов 17 марта 2005 г., Рыбинск; II международная научно-практическая конференция «Техника и технологии: пути инновационного развития» (29 июня 2012 г.), Юго-Западный государственный университет, Курск; 3-я международная научно-техническая конференция «Менеджмент качества продукции и услуг» (27- апреля 2010 г.), Брянск, БГТУ; VI международная научно-практическая конференция «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (2011 г.) Пенза; V международная научно-техническая конференция «Машиностроение – основа технологического развития России» (22-24 мая 2013 г.), Юго-Западный государственный университет, Курск.
Результаты диссертационного исследования внедрены в производство в ОАО «НПО «САТУРН»», г. Рыбинск, апробированы в ходе учебного процесса на кафедре «Организация производства и управление качеством» ФГБОУ ВПО «РГАТУ имени П.А. Соловьева».
Публикации.
По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников из 162 наименований и 2 приложений. Работа включает 145 страниц машинописного текста, содержит 35 рисунков и 27 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования.
В первой главе описаны и проанализированы существующие методы проектирования технологических процессов изготовления изделий в современном машиностроении.
Вопросы, связанные с проектированием технологических процессов, рассмотрены в работах российских ученых Базрова Б.М., Балакшина Б.С., Безъязычного В.Ф., Дальского А.М., Данилевского В.В., Кована В.М., Корсакова В.С., Косиловой А.Г., Маталина А.А., Рыжова Э.В., Соколовского А.П., Соломенцева Ю.М., Суслова А.Г., Фираго В.П., Чарнко Д.В. и многих других.
При существующем подходе к проектированию технологических процессов в машиностроении технологи должны одновременно решать самые разноплановые задачи: повышение производительности, уменьшение штучного времени, увеличение коэффициента использования материала, сокращение количества переходов, минимальное количество видов используемых методов обработки и др.
Однако основным критерием, позволяющим в совокупности с другими техникоэкономическими показателями сделать выбор оптимального варианта технологического процесса, в настоящее время является критерий наименьшей себестоимости изготовления.
В результате анализа существующих методов технико-экономического обоснования инженерных решений был выявлен ряд их существенных недостатков:
1. Различие качества деталей, изготовленных по разным вариантам технологического процесса.
Технические требования, обычно указываемые в соответствующей документации, неоднозначно связаны с качеством изделия и способом реализации технологического процесса. Большое число обычно не нормируемых в технической документации параметров оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства изделий. Да и сами требования технической документации, которым должна удовлетворять готовая деталь, могут быть достигнуты разными путями и качество детали при этом также будет различным;
2. Необъективность критерия минимальной технологической себестоимости при оценке качества технологического процесса.
ТЭО в настоящее время осуществляется только путем сравнения технологической себестоимости, весьма приблизительно учитывающей затраты по изменяющимся элементам или параметрам. Нигде не учитывается доля технологической себестоимости в общей величине производственных расходов на изготовление изделия, а также то, что достигаемые качественные показатели для различных вариантов технологических процессов, выполняющих одинаковые формальные требования, достаточно различны. Поэтому критерий минимальной технологической себестоимости при проектировании технологического процесса является не только не единственным, но и не главным.
Отмеченные недостатки приводят к тому, что выбранный по существующей методике вариант технологического процесса не будет лучшим, что приведет к снижению качества продукции, повышению издержек и, в конечном счете, к снижению конкурентоспособности предприятия. Следовательно, существующие методы технико-экономического обоснования нуждаются в совершенствовании.
Во второй главе в соответствии с идеологией современного менеджмента качества, отдающей потребителю главную роль в оценке качества, были определены и классифицированы возможные потребители разрабатываемого технологического процесса и сформулированы их требования (рисунок 1).
Под внешним качеством понимается, в полном соответствии с идеологией современного менеджмента качества, совокупность свойств продукции, обуславливающих е пригодность удовлетворять определнные потребности в соответствии с е назначением. Внешнее качество оценивается внешними потребителями по степени соответствия продукта производства их ожиданиям.
Под внутренним качеством понимается пригодность разрабатываемого технологического процесса удовлетворять определнные потребности внутренних его потребителей в соответствии с назначением процесса.
Внутреннее качество определяют как следующие по цепочке участники производственного процесса изготовления изделий, так и те, кто обслуживает и ремонтирует готовый продукт. В неявном виде требования к качеству технологического процесса предъявляют и внешние потребители (рисунок 2):
Производящие заготовки исходные Рисунок 1 – Основные потребители технологического процесса В зависимости от особенностей потребителя к одним и тем же изделиям, их деталям и технологическим процессам их изготовления могут предъявляться различные требования. Для разных групп внутренних потребителей показатели качества технологического процесса, поэтому, будут оцениваться по-разному.
Для оценки качества разных вариантов технологического процесса возникает необходимость количественной оценки зависимости удовлетворенности потребителя от параметров качества процесса или изделия.
Известно, что улучшение каких-либо параметров качества может быть как востребованным, так и не востребованным потребителем.
В современном менеджменте качества существует ряд моделей, описывающих исследуемую зависимость в области оказания услуг: концепция «нейтральных зон»
Ч. Бернарда, модель Е. Кедотта и Н. Терджена, модель Н. Кано.
Использование этих моделей для решения данной проблемы неудобно, поскольку:
существует очень большое количество различных параметров качества процесса и изделия;
количественное измерение многих параметров качества процесса достаточно затруднительно (например, удобство выполнения какой-либо технологической операции).
установление конкретной функциональной взаимосвязи параметров качества процесса с удовлетворнностью потребителя чрезвычайно сложно.
Для решения рассматриваемой проблемы была использована основная идея о существовании или отсутствии нейтральных зон удовлетворнности потребителя и предложена модифицированная модель Кано, изображнная на рисунках 3 и 4.
пропорциональной зависимости удовлетворнности потребителя от удовлетворнности потребителя от количественной характеристики количественной характеристики параметра качества с нейтральными Модель, изображенная на рисунке 4, отличается от модели на рисунке наличием нейтральных зон, в которых количественный рост характеристики параметра качества не приводит к изменению удовлетворнности потребителя.
Зависимость удовлетворнности потребителя от параметров качества может быть описана следующей математической моделью:
где к = ±1 в том случае, если есть зависимость средней силы (положительная или отрицательная), к = ±2 в том случае, если есть сильная зависимость (положительная или отрицательная), к = 0 в случае попадания значения параметра качества в нейтральную зону.
Использование предлагаемой модели позволяет формализованно классифицировать параметры качества процесса и изделия по признаку целесообразности их совершенствования.
В результате выполненных теоретических исследований сделан вывод о необходимости идентификации потребителей каждого процесса, выявления их потребностей и проведения анализа на соответствие результатов процессов требованиям потребителей для объективной оценки качества проектируемых технологических процессов.
В связи с многочисленностью и неоднородностью требований внешних и внутренних потребителей выявлена потребность в разработке комплексного критерия, учитывающего как требования всех возможных потребителей к качеству, так и себестоимость реализации вариантов технологических решений.
В третьей главе рассмотрены вопросы квалиметрической оценки качества технологического процесса: описаны и проанализированы существующие методы оценки качества процесса, способы количественной комплексной оценки нескольких разнородных величин.
В результате выполненных теоретических исследований разработаны методологические основы количественной оценки качества вариантов технологического процесса:
а) разработан классификатор требований внутренних потребителей к качеству технологического процесса (рисунок 5);
б) спроектирован алгоритм выбора оптимального варианта технологического процесса по комплексному критерию качества (рисунок 6);
в) предложена методика назначения весовых коэффициентов внешнего и внутреннего качества и технологической себестоимости на основе экспертного метода группой, включающей следующих специалистов: маркетолога, конструктора, технолога, метролога, экономиста;
г) разработана математическая модель комплексного критерия качества технологического процесса:
где K1iн, K2iн, – безразмерные нормированные критерии внешнего и внутреннего качества;
Сiн – безразмерный нормированный критерий технологической себестоимости;
a1, a2 – весовые коэффициенты внешнего и внутреннего качества;
b – весовой коэффициент технологической себестоимости.
Рисунок 5 – Классификатор требований внутренних потребителей к качеству В четвертой главе представлены разработанные инженерная методика и компьютерная программа выбора лучшего из рассматриваемых варианта технологического процесса.
Выбор лучшего варианта технологического процесса изготовления детали из нескольких предложенных при использовании разработанной методики выполняется в следующей последовательности.
1 Расчет нормированного относительного критерия внешнего качества K1i для каждого i-го из n вариантов.
1) Идентификация и анализ внешних потребителей и их требований.
2) Выбор востребованных потребителем эксплуатационных свойств для рассматриваемой поверхности с учтом е вида, функционального назначения и условий работы экспертным методом и определение степени значимости выбранных свойств в соответствии со следующей шкалой:
эксплуатационного свойства отсутствует, – 1 балл – обеспечение рассматриваемого эксплуатационного свойства желательно, но не критично, – 3 балла – эксплуатационное свойство имеет среднее значение для выполнения поверхностью своего функционального назначения, – 6 баллов – эксплуатационное свойство критически важно для поверхности.
Формулировка набора возможных вариантов технологических решений, обеспечивающих документально заданные требования вариантов с точки вариантов с точки зрения технологической зрения внешних внутренних потребителей и себестоимости по потребителей и расчет расчет нормированного «элементной» методике и нормированного относительного критерия расчет нормированного Определение весов относительных критериев качества и себестоимости a1, a2, b Определение комплексного показателя качества технологического решения:
Окончательный выбор варианта технологического решения (из n вариантов) Рисунок 6 – Алгоритм выбора оптимального варианта технологического 3) Выбор регламентированных стандартами или являющихся общепринятыми показателей качества рассматриваемых поверхностей, обеспечивающих выбранные востребованные эксплуатационные свойства.
4) Оценка степени влияния параметров качества на выбранные показатели качества поверхностей и на значимые эксплуатационные свойства:
– формулировка набора регламентированных стандартами или являющихся общепринятыми параметров качества для каждого из выбранных показателей качества поверхностей;
– классификация выбранных параметров качества по степени влияния на данные эксплуатационные свойства;
– количественная оценка степени влияния каждого параметра качества на эксплуатационное свойство по следующей шкале: «2» – в основном влияет, «1» – оказывает влияние, «0» – не влияет.
5) Расчет критерия внешнего качества K1i для каждого i-го варианта (i – текущий номер варианта ТП, i = 1…n). Выполняется с помощью матрицы оценки качества варианта технологического решения по каждому из сравниваемых вариантов в следующем порядке:
– определение весов A1(fk) отдельных параметров качества fk в обеспечении требуемых эксплуатационных свойств поверхности (таблица 1). Здесь k – текущий номер параметра качества, k = 1…h;
– для каждого из сравниваемых вариантов в таблице 2 проставляются значения параметров в натуральных величинах из справочных материалов в соответствии с возможностями рассматриваемого метода обработки;
– выполняется оценка влияния Pk каждого параметра качества на эксплуатационное свойство в соответствии со следующей шкалой: «2» – в основном влияет, «1» – оказывает влияние, «0» – не влияет (т.е. Pk = -2…+2);
Таблица 1 – Определение веса параметров качества в обеспечении Вес параметра качества в обеспечении Таблица 2 – Матрица оценки качества i–го варианта технологического решения Критерий внешнего качества по i–му варианту – определяется степень влияния каждого k–го параметра качества на i–е эксплуатационное свойство с учетом его веса и оценки:
«