Применение теории графов для совершенствования метрологического обеспечения производства с учётом стандартов серии ИСО 9000

Актуальность темы

исследования. Производство продукции высоких технологий потребовало дальнейшего развития вопросов управления процессами производства качественной продукции. Всемирное признание в развитии вопросов управления производством получили работы в области систем менеджмента качества. В настоящий момент это развитие привело к появлению и повсеместному применению уже третьей версии стандартов серии ИСО 9000, в которых уделено существенное внимание вопросам мониторинга и измерений. При разработке или совершенствовании системы менеджмента качества, выполняя требования стандартов ИСО 9000, необходимо по-иному отнестись к метрологическому обеспечению производства. Особенностью текущего момента является то, что если на первых этапах развития работ в области систем менеджмента качества основное внимание уделялось вопросам административного управления, то в данный момент на передний план выдвигаются вопросы технического управления на основании объективных факторов, получить которые невозможно без мониторинга и измерений. Объективная количественная информация о состоянии параметров качества продукции, а также о состоянии производственного процесса на всех его стадиях служит основой для принятия управленческих решений. На современном уровне развития производства основным источником такой информации являются измерения. Возрастание требований к правильности и адекватности технологических и управленческих решений придает вопросам точности и достоверности измерений особую остроту и актуальность. Важная роль в обеспечении точности и достоверности измерений принадлежит метрологическому обеспечению производства. На предприятии метрологическое обеспечение относится к числу основных подсистем обобщенной системы управления производством и реализуется на всех стадиях жизненного цикла продукции.

Степень разработанности проблемы. Большой вклад в разработку систем метрологического обеспечения и управления производством внесли отечественные ученые Венецкий И. Г., Длин A.M., американские ученые Шухарт У. А., Деминг Э., Фейгенбаум А., Джуран Дж.М. Проблемы управления процессами, влияющими на качество изделий на предприятиях, исследовали в своих работах Глудкин О. П., Черняев В. Н., Иванищев М. В., Райбман Н. С., Федорченко Н. П., Матасова Ю.А.

Однако в проведенных исследованиях не рассматривались вопросы моделирования метрологического обеспечения производства с совместным использованием административного и технического управления с целью выпуска продукции высокого уровня качества со стабильными показателями.

Таким образом, разработка графических и математических моделей систем метрологического обеспечения и управления производством является новой актуальной научной задачей, имеющей существенное значение не только для выпуска продукции высокого уровня качества, но и для ускорения разработки новой продукции за счет переноса части производственных процессов в их моделирование на ЭВМ. Кроме того, такой подход позволяет решать и вопросы оптимизации производственного цикла.

Цель и задачи исследования

Целью исследования является моделирование систем метрологического обеспечения и управления производством для принятия эффективных управленческих решений, направленных на установление, обеспечение и поддержание необходимого уровня качества продукции. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

— установлена связь метрологического обеспечения с управляющими системами производства;

— приведено обоснование выбора контролируемых параметров продукции и производственных процессов;

— разработаны обобщенные функциональные и структурные схемы систем метрологического обеспечения и управления производством;

— разработаны графические и математические модели систем метрологического обеспечения и управления современным производством с использованием теории^{-графов} на основе объективных данных мониторинга и измерений параметров надежности — процента выхода годной продукции на выходе производственного процесса и процента брака на входе следующего процесса и получены достоверные оценки допусков на параметры модели;

— проведены экспериментальные исследования предложенных теоретических подходов к оценке качества выпускаемой продукции.

Объектом исследования являются системы метрологического обеспечения и управления производством продукции, обеспечивающие выпуск продукции высокого уровня качества со стабильными показателями.

Предметом исследования являются разработанные графические и математические модели систем метрологического обеспечения и управления производством продукции с использованием подходов, изложенных в стандартах серии ИСО 9000.

Методологическая и теоретическая база исследования. В работе использованы современные методы анализа систем управления, методы теории графов, теории множеств, теории вероятностей и математической статистики, графического и математического моделирования. Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата при выводе формул, использованием объективных данных мониторинга параметров продукции и компьютерной обработкой данных.

Эмпирическая база исследования. Основным направлением анализа систем метрологического обеспечения и управления производством является проблема повышения результативности и эффективности посредством наблюдения, измерения и обеспечения сопоставимости используемых оценок.

Основные научные положения диссертации, выносимые на защиту:

— обобщенные функциональные и структурные схемы систем метрологического обеспечения и управления производством;

— результаты разработки графических и математических моделей систем метрологического обеспечения и управления производством, базирующиеся на объективных данных мониторинга, и измерений параметров продукции и производственных процессов;

— метод оценки неопределенности результатов измерений контролируемых параметров на выходе производственных процессов и всего производства;

— результаты экспериментальных исследований систем метрологического обеспечения и управления производством реальных предприятий с использованием методов, предложенных в диссертации.

Научная новизна результатов исследования:

— разработаны обобщенные функциональные и структурные схемы систем метрологического обеспечения и управления производством;

— предложены объективные оценки контролируемых параметров продукции и производственных процессов;

— на основе теории графов разработаны математические модели систем метрологического обеспечения и управления производством продукции, базирующиеся на достоверных результатах технических измерений;

— получены аналитические выражения для оценки допусков на параметры модели, включая выходные параметры продукции и параметры брака, справедливые для большинства законов распределения.

Научная и практическая значимость работы:

— разработанный метод математического моделирования систем метрологического обеспечения и управления производством, с использованием параметров надежности, позволяет осуществлять непрерывный мониторинг производства без создания дополнительных структур;

— методы моделирования могут быть использованы при разработке и модернизации выпускаемой продукции и позволяют повысить эффективность управления производством продукции в целях выпуска продукции высокого уровня качества со стабильными показателями;

— рекомендованная оценка допусков на параметры модели позволяет получить устойчивую оценку при нормировании допусков и показателей точности измерения.

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс Новосибирского филиала ГОУ ДПО «Академия стандартизации, метрологии и сертификации», ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», а разработанные алгоритмы последовательно внедрялись в работу предприятий НЛП «СТЭЛЛ» (г. Брянск), ОАО «Электрон», ООО «Тэксис» (г. Новосибирск), что подтверждено актами о внедрении.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.11.15 — «Метрология и метрологическое обеспечение» в рамках направления «Создание новых научных, технических и нормативно-методических решений, обеспечивающих повышение качества продукции».

Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на заседании круглого стола администрации Новосибирской области 9 ноября 2009 г. «Проблемы создания и совершенствования системы качества на предприятиях» (Новосибирск, 2009 г.), научных семинарах ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» и ряде научно-технических конференций:

— Международная конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск, 2004 г., 2006 г., 2008 г., 2010 г.);

— Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникации» (Новосибирск, 2005 г., 2006 г., 2008 г., 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 3 работы опубликованы в журналах, входящих в Перечень изданий, определённых ВАК Минобрнауки РФ.

Структура диссертации. Диссертация и автореферат диссертации оформлены в соответствии с СТО СГГА 012−2011.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 152 страницах основного текста, содержит 52 рисунка и 14 таблиц. В списке использованных источников 100 наименований.

4.5 Выводы.

В четвертом разделе рассмотрены результаты реализации разработанных методов. Основные результаты раздела состоят в следующем.

— разработаны функциональные и структурные схемы систем метрологического обеспечения и управления производственными процессами предприятий ОАО «Электрон» с учетом документов метрологической службы предприятий;

— разработаны графические модели систем метрологического обеспечения и управления производственными процессами предприятий ОАО «Электрон» и приведены расчеты вероятностных параметров модели. Обоснована возможность постоянного контроля качества на данных предприятиях без особых затрат при моделировании систем в виде Бграфов. Выведены формулы для оценки вероятностных параметров моделей систем метрологического обеспечения и управления производственными процессами таких как, вероятность возникновения брака и вероятность выхода годной продукции. Результаты расчета позволили совершенствовать телекоммуникационную инфраструктуру, уменьшить эксплуатационные расходы и повысить эффективность деятельности операторов;

— разработан алгоритм определения параметров модели системы метрологического обеспечения и управления производственными процессами с учетом обязательных свойств алгоритма. Приведено основное информационное обеспечение системы. Рассмотрены общие принципы разработки алгоритмического и программного обеспечения модели системы метрологического обеспечения и управления. Показано, что программное обеспечение системы целесообразно строить в виде программных модулей связанных между собой. Приведена блок — схема модуля решения задачи вычисления вероятностей возникновения брака, что позволило автоматизировать процессы;

— получены выражения для оценки допусков вероятностных параметров моделей систем метрологического обеспечения и управления производственными процессами предприятия ОАО «Электрон» в связи с необходимостью выяснения существенных отклонений от номинала и приведен расчет допусков на параметры модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе установлено, что объективная количественная информация о состоянии параметров качества, полученных в результате измерений, служит основой для принятия управленческих решений. Расширение масштабов автоматизации производственных процессов, возрастание требований к точности управленческих решений требуют совершенствование метрологического обеспечения на производстве, задачей которого является рациональная организация измерительного процесса, обеспечение достоверности его результатов.

Для решения этого вопроса в работе разработаны соответствующие математические модели систем метрологического обеспечения и управления производством. Особенность предложенных моделей заключается в том, что:

— в них используются общеизвестные и достаточно апробированные методы и подходы (включая математические методы), они базируются на основании объективной измерительной информации и не требует создания новых структур на предприятии;

— в них возможно выделение любых процессов для их анализа и математического моделирования;

— в процессе создания новой продукции или модернизации существующей появляется возможность его математического моделирования, что, как ускоряет этот процесс, так и резко снижает производственные затраты.

В работе получены следующие основные научные и практические результаты: а) разработаны обобщенные функциональные схемы систем метрологического обеспечения и управления производством для отражения взаимодействия процессов производства и системности подходовb) получены обобщенные структурные схемы систем метрологического обеспечения и управления производствомc) проведено обоснование выбора контролируемых параметров продукции и производственных процессовпредложено использование теории многополюсников и Б — графов для построения графических моделей систем метрологического обеспечения и управления производством, позволяющие использовать моделирование при создании новой продукции и модернизации выпускаемой с целью поиска оптимальных решений и минимизации производственных затрате) разработаны математические модели метрологического обеспечения и управления производством продукции с учетом особенностей объектов контроляразработан метод оценки допусков на вероятностные параметры модели метрологического обеспечения и управления производственными процессами на предприятии, который при высокой достоверности не зависит от законов распределения выходной величиныg) проведены экспериментальные исследования разработанных методов. Разработаны математические модели систем метрологического обеспечения и управления производством конкретных предприятий. Определены вероятностные параметры данных математических моделей. Показано, что использование предлагаемых подходов создает возможность оперативного контроля качества на предприятии. Выполнен анализ общих принципов управления производством;

Таким образом, рассмотренные в работе подходы позволяют:

— обеспечить оперативность, достоверность и полноту контроля основных параметров, позволяющих оценить техническое состояние;

— сформировать по результатам контроля мероприятия, направленные на поддержание параметров процессов в рабочем состоянии в заданных условиях применения в течение гарантированного срока службы;

— определить методы и средства измерений, применяемых при проведении технического обслуживания;

— выделять любые процессы производства для их анализа;

— использовать общеизвестные и достаточно апробированные методы и подходы, базирующиеся на объективной измерительной информации и не требующие создания новых структур на предприятии;

— решать вопросы оптимизации структур метрологического обеспечения и управления;

— использовать расчетные характеристики надежности и имеющиеся на предприятиях группы надежности для решения вопросов, связанных с реализацией принципа постоянного улучшения деятельности организации в целом;

— использовать для мониторинга и измерения существующие метрологические службы предприятий без создания новых структурных подразделений для этих целей.