Разработка методики применения анализа временных рядов в контрольных картах и системе обратной связи при управлении технологическим процессом

Качество продукции является одним из важнейших показателей производства и наряду с производительностью, себестоимостью, прибылью и другим показателями служит характеристикой его эффективности. Высокое качество продукции обеспечивает не только большие скорости и мощности, бесперебойную работу, высокую точность получения и переработки информации, выполнения операций регулирования и управления, но также высокую надежность и продолжительные сроки службы, эффективное использование средств и оборудования, создание удобных и приятных условий для работы и отдыха и т. д. Оно увеличивает национальный доход, снижает общие эксплуатационные расходы и улучшает другие экономические показатели производства, повышает авторитет производителей, улучшает экологию. Поэтому задачам управления качеством уделяется все большее внимание, как за рубежом, так и у нас в стране.

Качество продукции является обобщенным показателем, зависящим от общего уровня науки, уровня конструирования, технологии и метрологии, подходов к менеджментупоэтому естественно, что от уровня развития каждого из этих элементов зависят и возможности получения определенного качества в каждый данный период.

Контроль качества должен обеспечить удовлетворение требований заказчика или потребителя изделия, согласованных с поставщиком. Каждое изделие состоит из множества деталей или элементов, и нормальное функционирование изделия, его соответствие стандартам и техническим условиям будет обеспечено лишь в том случае, если будут выполнены требования к каждой детали или элементу. Кроме того, каждое изделие проходит ряд стадий обработки на нескольких видах оборудования и в различных процессахпоэтому конечное качество изделия зависит от выполнения технологических требований в каждом из процессов или в каждом из видов оборудования. Естественно, что при массовом изготовлении изделий объем работ по контролю очень велик и во многих случаях значительно превосходит объем работ по изготовлению. Это приводит к удлинению производственного цикла изготовления изделия, увеличению межоперационных и межцеховых запасов деталей, ухудшению экономических показателей и эффективности производства.

Если перед контролем качества будет поставлена узкая задача проверки годности партии деталей и изъятия из этой партии деталей, несоответствующих техническим условиям, то такие методы контроля будут, очевидно, малоэффективны, так как они в основном будут констатировать те или иные отклонения от требований технических условий, фиксировать наличие дефектных деталей, а не предупреждать появление отклонений и дефектов. Потребность в активных методах предупреждения дефектов в процессе изготовления изделий и привела к разработке методов и систем управления качеством, базирующихся на методах прикладной статистики. Данные методы управления качеством нашли широкое применение во многих странах мира.

В производстве статистический анализ используется для решения следующих задач: оценка точности изготовления изделия в целом или на отдельных операцияхвыявление рационального уровня настройки процесса изготовленияоценка стабильности или устойчивости процесса изготовленияустановление экономически достижимых допусков на окончательные размеры изделия (деталей) или другие признаки качества, а также нахождение исходных величин, необходимых для размерных расчетов или для расчетов механизмов на точностьрасчет межоперационных припусков и допусковвыявление степени влияния различных факторов на конечный результат процесса изготовления (или контроля) — сравнительный анализ состояния и качества оборудования и технологической оснастки и т. д.

Роль и значение качества постоянно возрастают под влиянием развития технологий производства и потребностей человека. Подъем уровня культуры, и образования с каждым днем делает потребителя все более разборчивым и придирчивым. При повышении уровня благосостояния и экономическом росте в стране требования к качеству продукции будут возрастать все более быстрыми темпами. По статистическим данным более 80% потребителей в развитых странах имеющих стабильную экономическую ситуацию и высокий уровень потребления отдают предпочтение качеству, а не цене.

С качеством продукции неразрывно связаны возможность кредитования, получения инвестиций и льгот. Например, в ряде стран Европы товары, не имеющие сертификата качества, либо вообще не допускаются к продаже, либо продаются по более низким ценам, чем сертифицированная продукция. Таким образом, качественные товары и их производители имеют ряд преимуществ перед производителями некачественного товара в вопросах завоевания рынков сбыта и в глазах потребителей.

Один из основоположников философии менеджмента качества доктор Деминг в своей книге «Выход из кризиса» пишет: «Нам совершенно недостаточно иметь потребителя, который просто удовлетворен. Неудовлетворенный потребитель, конечно, уйдет от нас. Но, к сожалению, удовлетворенный потребитель также может уйти, полагая, что он не много потеряет, а зато может приобрести что-то лучшее. Прибыль в бизнесе приходит от постоянных покупателей, потребителей, которые хвастаются вашим продуктом или услугой и которые приводят к вам своих друзей». Деминг также часто говорит о необходимости быть впереди потребителя. Потребитель не знает, что ему понадобится через год, три, пять лет. Если вы просто как один из его возможных поставщиков будете ждать этого момента, чтобы узнать о его желании, то вы вряд ли будете готовы предложить ему свои услуги. Последователи философии доктора Деминга Питер Шолтес и Хиро Хакквеборда из Joiner Associates Inc., Мэдисон, штат Висконсин, в статье озаглавленной «Практический подход к качеству», пишут: «Первый принцип обеспечения качества: качество начинается с услаждения потребителя. Потребитель должен получить то, что он хочет, когда он этого хочет и в той форме, в какой он этого хочет. Компания должна стремиться не только удовлетворить ожидания потребителя. Это самое малое, что ей необходимо сделать. Компания должна стремиться к тому, чтобы заставить потребителя восторгаться, предоставляя ему даже больше того, что он мог ожидать. Вот тогда ваши боссы могут быть в экстазе, совет директоров — на верху блаженства, а ваша компаниястать легендой на Уолл-Стрит. Но если ваш потребитель не в восторге — значит, вы еще не начали достигать качества».

Хотелось бы заметить, что д-р Деминг считал, что всеобъемлющая концепция качества и понимание природы изменчивости тесно связанны со статистическим управлением процессами.

Для того чтобы выпускаемая продукция соответствовала требованиям рынка в определенный период времени, была конкурентоспособной, предприятие-изготовитель должно стремиться внедрить и поддерживать на должном уровне систему качества. Для обеспечения и поддержания качества продукции деятельность предприятия необходимо организовать таким образом, чтобы под контролем находились все факторы, влияющие на качество продукции (услуг).

В условиях рынка система качества должна быть выбрана так, чтобы предприятие могло не только удовлетворить запросы потребителя, но, и могло защитить свои интересы. Правильно выбрав структуру управления качеством, руководство предприятия может снизить риск издержек и увеличить свою прибыль, в тоже время, постоянно повышая качество выпускаемой продукции.

С целью реализации концепции качества Стандарт ISO 9004 четко подразделил жизнь изделия на 11 этапов:

1 Маркетинг, поиски и изучение рынка (MPК) (необходимо установить, какая продукция нужна потребителю, какого качества и по какой цене).

2 Проектирование и разработка технических требований, разработка изделия, конструкторская подготовка производства (КПП) (конструктор устанавливает возможность изготовления продукции, материалы и ориентировочную цену).

3 Материально-техническое обеспечение (МТО).

4 Технологическая подготовка производства (ТПП).

5 Производство (ПР).

6 Контроль, проведение испытаний и обследование продукции (КИС).

7 Упаковка и хранение (УХ).

8 Реализация и распределение продукции (РСП).

9 Монтаж и эксплуатация (МИЭ).

10 Техническая помощь и обслуживание (ОБС).

11 Утилизация после использования (УТ).

На стадии маркетинга необходимо продумать все этапы вплоть до утилизации продукции, а на каждом этапе необходимо осуществлять оценку качества, так как управление качеством предусматривается на протяжении всего цикла жизни изделия и включает в себя такие аспекты, как безопасность продукции для человека и окружающей среды [1, 2, 6, 11, 15, 21, 27, 67, 86, 88]. Цель работы.

Решение теоретических и практических задач, обеспечивающих точность настройки и управление технологическим процессом Направление исследований.

1 Анализ существующих методов управления технологическими процессами;

2 Анализ современного производства;

3 Анализ и исследование факторов влияющих на качество сборки и конечное качество изделий;

4 Анализ и исследование факторов влияющих на точность, воспроизводимость и настроенность технологического процесса;

5 Анализ существующих компьютерных программ по статистическому анализу данных и методов применяемых при статистическом управлении технологическим процессом;

6 Исследование и апробирование методов оценки точности настройки технологического процесса;

7 Выбор методов позволяющих выявить факторы влияющие на точность технологического процесса и разработка методов позволяющих на основе полученных данных привести технологический процесс в точное и управляемое состояние;

8 Оценка перспективности применения методики анализа временных рядов в контрольных картах при управлении точностью и настройкой технологического процесса;

9 Разработка методики настройки точности и воспроизводимости технологического процесса с применением анализа временных рядов в контрольных картах и организации системы обратной связи.

Методы исследования.

В теоретической части работы методы наладки технологических процессов рассматриваются с точки зрения международных стандартов качества ISO 9001:2000, методов управления качеством в бывшем СССР и философской концепции качества TQM, а также на основе ГОСТов России и рекомендаций фирмы StatSoft. Большой объем исследований выполнен в компьютерной программе статистического анализа данных Statgraphics. Выработанные в ходе исследования рекомендации по улучшению точности настройки технологического процесса были опробованы на участке сборки амортизаторов производственного предприятия ЗАО «Плаза».

Достоверность и объективность результатов, полученных в работе лично автором, обуславливаются использованием хорошо известных и широко применяемых за рубежом методов статистического анализа данных, хорошим совпадением теоретических и экспериментальных результатов, а также внедрением отдельных рекомендаций в производство.

На защиту выносится.

1 Методика применения анализа временных рядов при оценке точности настройки и воспроизводимости технологических процессов;

2 Методика применения анализа временных рядов в контрольных картах как средство предупреждения возникновения дефектности в технологическом процессе;

3 Методика применения контрольных карт с анализом временных рядов при организации системы обратной связи в технологическом процессе;

4 Рекомендации по применению дисперсионного анализа данных при оценке и выявлении факторов, оказывающих влияние на точность и воспроизводимость технологического процесса;

5 Рекомендации по применению контрольных карт с встроенным анализом временных рядов при организации настройки процесса и его управлении;

6 Рекомендации по применению контрольных карт с встроенным анализом временных рядов при организации системы обратной связи в технологическом процессе.

Научная новизна.

1 Впервые применен метод оценки поведения технологического процесса с применением анализа временных рядов;

2 Впервые разработаны статистические контрольные карты технологического процесса с встроенным анализом временных рядов;

3 Впервые разработана система обратной связи в технологическом процессе с применением контрольных карт с встроенным анализом временных рядов;

4 Разработана примерная схема применения анализа временных рядов в контрольных картах;

5 Разработана примерная схема системы обратной связи с применением контрольных карт с встроенным анализом временных рядов.

Практическая значимость работы.

1 Все теоретические разработки доведены до уровня практического использования применительно к любым технологическим процессам;

2 Все теоретические разработки по применению анализа временных рядов пригодны для использования в существующих контрольных картах;

3 Разработана методика применения анализа временных рядов при настройке и управлении технологическим процессом;

4 Разработана примерная схема обратной связи с применением контрольных карт с встроенным анализом временных рядов пригодная для применения в любом или практически любом технологическом процессе.

Реализация результатов.

Результаты исследования реализованы при наладке технологического процесса сборки амортизаторов на промышленном предприятии ЗАО «Плаза». Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на 47-ом Международном научном коллоквиуме Технического Университета г. Ильменау (Германия) — на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПб ГИТМО (ТУ).

Основные результаты диссертационной работы.

1 Разработана методика применения анализа временных рядов при оценке точности настройки и воспроизводимости технологических процессов;

2 На основании оценки данных и идентификации выходных данных технологического процесса, как данных временного ряда разработана и обоснована методика применения анализа временных рядов в контрольных картах как средства предупреждения возникновения дефектности в технологическом процессе;

3 Разработана и обоснована методика применения контрольных карт с анализом временных рядов при организации системы обратной связи в технологическом процессе;

4 Выработаны рекомендации по применению дисперсионного анализа данных при оценке и выявлении факторов, оказывающих влияние на точность и воспроизводимость технологического процесса;

5 На основе анализа данных разработаны рекомендации по применению контрольных карт с встроенным анализом временных рядов при организации настройки процесса и его управлении;

6 Разработаны конкретные рекомендации по применению контрольных карт с встроенным анализом временных рядов при организации системы обратной связи в технологическом процессе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1 Перед российскими предприятиями на сегодняшний день стоит очень сложная задача по возвращению внутренних рынков сбыта и по завоеванию международных рынков сбыта продукции.

2 Слияние методов международной системы управления качеством и опыта накопленного на предприятиях бывшего СССР должно помочь в реализации выше означенных задач.

3 Статистический анализ данных является незаменимым инструментом для оценки поведения технологического процесса и для управления процессом.

Введение

компьютерных программ в процесс анализа значительно ускоряет и упрощает оценку процесса,.

4 Прогнозирование, основанное на анализе временных рядов, служит основным методом, повышающим эффективность управления технологическим процессом.

5 Дисперсионный анализ позволяет оценить влияние выделенного (контролируемого) набора факторов на результативный признак. Модели с более чем одним фактором дают возможность исследовать влияние на результат не только отдельных контролируемых факторов (главное влияние), но и их наложения (взаимодействие).

6 Вопрос наладки технологического процесса был, есть и будет актуальным для всех предприятий машинои приборостроения.

7 использование статистических аналитических программ позволяет более эффективно анализировать данные и упрощает работу с ними, а также дает возможность определить те причины, которые зачастую скрыты от простого глаза.

8. В работе применено несколько методик статистического анализа, а именно: причинно-следственные диаграммы Исикавы, Парето анализ, дисперсионный анализ, анализ временных рядов, контрольные карты, позволяющих получить оценку качества технологического процесса и выявить факторы влияющие на выходные данные ТП.

9 В процессе анализа данных использовались модули статистического пакета Statgraphics.

10 В результате анализа данных были выявлены факторы влияющие на выходные данные процесса — оборудование персонал, комплектующие изделия, КД.

11 В работе рассмотрено несколько вариантов решения вопроса центрирования технологического процесса сборки амортизаторов, а именно — применение методики вибронакатывания, введение селективной сборки, введение производственных допусков. Наиболее эффективный и требующий наименьших финансовых затрат (на рассматриваемом предприятии) — введение производственных допусков.

12 Обнаружение источников ошибок позволяет предпринять действия направленные на их устранение, а именно разработать такую систему обратной связи встроенную в технологический процесс, которая позволит исполнителям исправлять ошибки, допущенные в пределах их области деятельности и соответственно прекратит поступление материальных ресурсов в дефектное изделие. В работе показана методика определения источника возникновения ошибки с применением модуля Анализ временных рядов Сезонная декомпозиция.

13 На основании оценки информации приведенной в работе и идентификации выходных данных технологического процесса, как данных временного ряда была разработана методика управления ТП с применением анализа временных рядов в контрольных картах. Основная идея данного метода состоит в том чтобы в контрольную карту, на основании которой регулируется ТП добавить прогноз развития техпроцесса, тогда на основании тренда и доверительных границ 95% вероятности можно будет предвидеть сбои в протекании процесса еще до момента возникновения фактических неполадок, так как при прогнозе временного ряда учитываются все отклонения данных. Это дает возможность один раз наладить технологический процесс, рассчитать контрольные границы, а далее задача управления процессом сведется к поддержанию тренда, а значит и процесса в стабильном состоянии.

14 Применение метода анализа временных рядов при управлении технологическим процессом представляется перспективным и современным. Данный метод дает возможность прогнозировать ход технологического процесса и предвидеть возможную разладку оборудования или предугадать влияние иных факторов на процесс, что в свою очередь дает возможность избегать выпуска дефектных изделий.

15 На сегодняшний день методика статистического управления процессами в нашей стране широко не применяется и связано это, прежде всего с низким уровнем образования в области статистики. Однако, принятая правительством России государственная политика в области управления качеством и все более широкое внедрение международного стандарта ИСО на предприятиях России, несомненно, приведет к изменению отношения руководящего и инженерного состава предприятий к применению методов статистического управления процессами. 16 При апробации методики управления технологическим процессом с применением анализа временных рядов в контрольных картах в системе обратной связи, на реальном производстве был выявлен ряд объективных причин, которые затрудняют применение данного метода на практике:

— технологический уклад производства;

— низкий уровень автоматизации затягивает во времени обработку полученных данных и построение прогноза;

— низкая квалификация или полное отсутствие знаний у инженерного состава в области статистического управления процессами и соответственно негативное отношение к статистическим методам;

— отсутствие у руководства грамотного подхода к управлению качеством, а именно — несоблюдение практических всех 14 постулатов Деминга и принципов составляющих основу ИСО.