Деталей точного машиностроения

Конкурентоспособность продукции на внутреннем и международном рынках зависит от ее качества и цены, во многом определяет престиж страны и является решающим фактором увеличения её национального богатства. В промышленно развитых странах во многих фирмах функционируют системы управления качеством продукции (УКП) или по-другому системы менеджмента качества продукции (МКП), успешно обеспечивающие ее высокое качество и конкурентоспособность. На предприятиях нашей страны, выпускающих изделия для авиационной, ракетно-космической, электронной, автомобильной, медицинской и другой техники, также внедряются системы МКП, способствующие повышению качества изделий, В основе этих систем для предприятий машино- и приборостроения лежит совершенствование технологических процессов и оборудования (ТПО), причем при изготовлении высокоточных деталей они должны обеспечивать не только геометрические показатели точности деталей (размер, форма, волнистость, шероховатость и т.п.), но и физико-механические показатели поверхностного слоя деталей (однородность структуры, остаточные напряжения и т.п.), что в совокупности определяет надежность деталей при эксплуатации в составе изделий.

Поскольку в основе технологических процессов (ТП) механообработки лежат процессы резания на автоматизированных металлорежущих станках (МРС), то основное внимание уделялось именно технологической надежности станков, процессам формообразования и их качеству. При этом использовались положения теории резания, технологии машиностроения, динамики станков, теории автоматического управления, трения и износа и ряда других смежных дисциплин. Современный уровень требований к качеству продукции требует также широкого использования положений технической диагностики и информационных технологий, микропроцессорных средств информационно-измерительной техники, новых методов сбора, обработки и использования информации о функционировании ТПО. Для этого создаются системы мониторинга технологического процесса и оборудования (СМТП).

Рассмотрим, во-первых, методологические аспект управления качеством продукции и его организация на машиностроительном предприятии на основе системного подхода с указанием важной роли мониторинга ТПО; во-вторых, рассм. основные направления обеспечения технологической надежности МРС как основных элементов ТП, в том числе за счет использования результатов мониторинга; в-третьих, проведем анализ факторов, влияющих на качество обработки высокоточных деталей на примере шлифовальной обработки деталей подшипников, и выделяются доминирующие; далее осуществляется постановка основных задач исследования, связанных с разработкой методологических основ мониторинга ТП и реализацией его компонентов на предприятиях машино- и приборостроения.

 

1.1. Методологические основы управления качеством продукции

 

1.1.1. Системы менеджмента качества продукции

 

В стандарте ИСО 8402-86 дано определение качества: «Качество – это совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности». Качество продукта как свойство закладывается в процессе его разработки и производства, а оценивается при эксплуатации, т.е. когда продукт попадает в руки потребителя. Качество продукта планируется при разработке как самого продукта, так и процесса его изготовления на этапе разработки конструкторско-технологической документации. После этого производитель в процессе изготовления стремится воспроизвести продукт с запланированными значениями параметров качества, которые называются показателями качества.

На основе моделей систем МКП разработаны системы управления и обеспечения качества продукции, в частности, в Японии и США. В Японии в начальный период применялись статистические методы контроля, причем повсеместно в промышленности использовался внутрифирменный контроль качества, предусматривающий проведение контроля со стороны всех работников фирмы, начиная от рабочих, мастеров и кончая руководством. С этого момента начало проводиться систематическое обучение всех работников методам контроля качества.  

Успехи японской промышленности, например, после введения системы TOM (Всеобщее Управление Качеством) очевидны: они могут быть проиллюстрированы затратами промышленности США и Японии на переделку некачественной продукции в конце 80-х – начале 90-х годов прошлого века. Если японская промышленность затратила на это 5...10% от общей суммы, затраченной на производство продукции, то потери американской промышленности в этот же период времени составили 25...30%.

С 20-х годов прошлого века в СССР стали разрабатываться и внедряться статистические методы контроля, появились контрольные карты и методы выборочного контроля. В послевоенный период управление качеством получило широкое внедрение вначале на предприятиях военно-промышленного комплекса (авиация, ракетная техника, приборостроение), а затем и на предприятиях других отраслей (химия, автомобилестроение, подшипниковое производство и др.). Началом системного подхода к управлению качеством продукции считается разработка и внедрение в 1955 г. на Саратовском авиационном заводе системы бездефектного изготовления продукции (БИП) и сдачи ее ОТК и заказчикам с первого предъявления. Система БИП представляла собой комплекс взаимосвязанных организационных, технических, экономических и воспитательных мероприятий, которые создали условия для изготовления продукции в соответствии с требованиями нормативно-технической документации. Эффективность применения системы БИП обусловливалась как уровнем подготовки кадров, для чего создавались школы качества, так и соответствием состояния оборудования, инструмента, измерительных приборов и технической документации требованиям ТП. Недостатком системы являлось то, что она охватывала только процесс изготовления и не затрагивала процесс разработки и эксплуатации продукции. Более эффективной стала система КАНАРСПИ (качество, надежность, ресурс с первых изделий), созданная в 1958 г. в Горьковской области. Она была направлена на управление качеством на этапах проектирования, технологической подготовки и производства продукции. Указанные и другие разработанные системы качества широко применялись на передовых предприятиях страны до 70-х годов прошлого века.

В начале 70-х годов специалистами Госстандарта в сотрудничестве с организациями различных министерств и ведомств были разработаны единые принципы построения комплексной системы УКП, охватывающей все стадии жизненного цикла продукции. Организационно-правовой основой системы стала Государственная система стандартизации, с использованием которой разрабатывались стандарты предприятий (СТП). СТП не только регламентировали показатели качества продукции, но и играли большую роль в организации деятельности работников и связи различных подразделений. На этой основе в 70-80-х годах были созданы отраслевые системы УКП.

Дальнейшее развитие систем МКП связано с внедрением международных стандартов ISО 9000, в которых усилены требования к качеству продукции. Эти стандарты сконцентрировали в своем содержании опыт, накопленный в различных странах, в том числе и отечественный.

Когда на практике начинают воплощать требования к качеству, заложенные в конструкторской документации, иногда случается, что изделие не удается изготовить в точном соответствии ними. Если рассмотреть партию изделий, то в ней обнару­жится разброс значений в показателях качества. Степень соответствия показателей качества изготовленных из­делий нормам качества, заданным в конструкторской документа­ции, называется степенью соответствия техническим требованиям. Указанная степень соответствия должна сопровождаться по возможности низким про­центом дефектности, однако это не означает, что он должен быть нулевым. Как показано на рис.1.1, общая сумма издержек на производство складывается из основных издержек производства, расходов на контроль и потерь из-за дефектности. Чем основательнее осуществляется контроль, тем скорее снижа­ются потери, связанные с дефектностью. При этом, однако, зача­стую резко возрастают расходы на контроль. Следовательно, точка С_о, отражающая минимальные издержки на производство, показывает оптимальное значение Р_о.

Поскольку правильная методика контроля качества позволяет приблизить долю дефектных единиц продукции (%) к нулю, то необходимо прилагать максимум усилий для повышения степени соответст­вия продукции техническим требованиям, избегая вместе с тем повышения расходов на контроль. Из этого следует, что надо постоянно совершенствовать методы и средства контроля качества.

Контроль качества осуществляется путем сравнения запланированного показателя качества с действительным его значением, а если качество можно контролировать, то, следовательно, им можно и управлять. Если при проверке выборочных данных (показателей качества) ТПО обнаружено отклонение показателей качества от запланированных их значений, то производитель ищет причину его появления и после корректировки процесса вновь проверяет соответствие скорректированных показателей качества запланированным их значениям (стандарту или норме). Именно по такому непрерывному циклу осуществляются управление и обеспечение требуемого качества и дальнейшее его улучшение. Учитывая последовательность прохождения в этом цикле таких важнейших этапов, как план (PLAN), реализация (DO), проверка (CHECK) и исправление (ACTION), его называют PDCA-циклом (рис.1.2.).

В условиях конкурентной борьбы качество продукта является конечной целью производителя, однако обеспечение при этом относительно низкой стоимости продукта во многом зависит от организации работ на предварительных этапах его жизненного цикла. Чем раньше будут скорректированы закладываемые в продукт параметры качества, тем меньше времени и средств потребуется для получения конечного продукта с заданными параметрами. Как показывает опыт, затраты на корректировку при переходе от одного этапа жизненного цикла к последующему изменяются на порядок – «правило 10-кратных затрат» (рис.1.3). Как показывает практика, достаточно только части затрат, которые производитель теряет на исправление брака, для финансирования работ по предупреждению брака и в конечном итоге на получение продукта с ожидаемыми потребителем параметрами качества. Затраты на качество могут составлять от 2 до 20 % от объема продаж, из них затраты на потери – 70%, на контроль – 25%, на предупреждающие действия – 5%.

 

 

Рис.1.2. Последовательность этапов PDCA цикла (цикла Э.Деминга)

 

 

Рис.1.3. Правило 10-кратных затрат

На совершенствование методов обеспечения качества оказали влияние исследование операций, теория автоматического управления, кибернетика, системотехника. Кибернетический подход послужил основой появления концепции управления качеством, которая пришла на смену традиционной концепции контроля. Суть концепции заключается в том, что производится контроль параметров и диагностирование ТПО с выявлением причин их разладки, производится анализ брака с выявлением причин его возникновения, и разрабатываются меры по стабилизации уровня качества.

В процессе контроля различные параметры, определяющие качество изделия, сравниваются с эталонными, зафиксированными в стандартах, нормативах и технических условиях. Информация о несоответствии уровня качества (сигнал рассогласования) через цепь обратной связи поступает в специальное подразделение (управляемый элемент),где проводится анализ и вырабатываются меры по устранению отклонений (усовершенствование конструкции, технологии; обучение персонала и т.п.).

Проведение предупредительных мероприятий на всех стадиях производственного цикла привело к дальнейшему улучшению качества процессов и, как следствие, к повышению производительности, к уменьшению затрат на брак, на компенсацию нарушений технологической дисциплины.

Этапы развития системы МКП можно представить в виде диаграммы, называемой «Башней качества». Ее фундаментом является стандартизация (деятельности, требований к продукции, процессам, сотрудникам), взаимозаменяемость (замена на аналогичные компоненты изделий, узлов, документов и т.п.) и метрология (достоверное измерение качества продукции, процессов, персонала). Далее следуют:

- «этаж» контроля качества, в основе которого лежит отбраковка деталей перед сборкой изделий (научное обоснование дано Ф. Тейлором); недостатком является рост численности контролеров (до 30-40 % от числа непосредственно занятых производством);

- «этаж» управления процессами, в основе которого лежат статистические методы контроля производства (метод контрольных карт В. Шухарта), однако и здесь есть недостаток, связанный с определенным пределом выхода годных изделий на каждой операции;

- «этаж» менеджмента качества, в основе которого не только совершенствование производственных процессов, но и системы производства в целом на предприятии для реализации концепции «ноль дефектов» продукции;

- «этаж» планирования качества вытекает из предыдущего и связан с развитием теории надежности и широким внедрением вычислительной техники и САПР в процессе разработки изделий, что позволяет вместо натурных испытаний изделий осуществить математическое моделирование процессов производства, обнаружить и устранить конструктивные и технологические дефекты до начала производства; дальнейшее развитие системы МКП связано с тем, что бы производственные процессы были экологичными и социально безопасными;

В настоящее время в рамках реализации стратегии системного управления качеством при построении системы МКП используется процессный подход, идеи которого заложены Э. Демингом и П. Друкером. В соответствии с ним производство продукции, услуг и управление предприятием рассматриваются как совокупность взаимосвязанных процессов, а каждый процесс – как совокупность целенаправленных операций, преобразующих входы процесса в выходы. При процессно ориентированном подходе к управлению сам процесс производства становится распределенным регулятором качества составляющих его процедур, будучи ориентированным на реального потребителя. Среди основных преимуществ такого подхода по сравнению с известным функциональным следует выделить достаточную простоту оптимизации как самих процессов, с точки зрения их организации и их взаимосогласования, так и ресурсов, потребляемых процессами, в том числе человеческих.

Таким образом, целесообразно детализировать применение процессного подхода к управлению качеством продукции на предприятиях машиностроения.

 

1.1.2. Системный подход к управлению качеством

продукции на предприятии

 

Одна из основных причин, диктующих необходимость перехода к процессному подходу, заключается в расширившихся возможностях методов поддержки принятия управляющего решения в силу широкого использования средств информационного обеспечения на основе вычислительной техники. Применение на современных предприятиях средств АСУ, АСУТП, технологического и другого оборудования и приборов, оснащенных компьютерами, создало базу для развития систем МКП. Анализ научно-технической информации и опыт собственных исследований в этой области позволяет предложить модель системы МКП. Важным составным элементом системы МКП является подсистема «Мониторинг». Это объясняется тем, что предприятие обязано отслеживать свои решения в направлении повышения качества продукции. Именно мониторинг позволяет организовать обратную связь, формирующую информацию о реальном состоянии производства, в частности, технологических процессов изготовления деталей машиностроения, а также принять решение о необходимых корректировках. 

При организации системы МКП на предприятии с практической точки зрения необходимо учесть и цикл Э.Деминга (рис.1.2)

Круговой цикл управления качеством, составленный с учетом современных тенденций развития производства, результатов исследований, выполненных на машино- и приборостроительных предприятиях, представлен на рис.1.5. На схеме в ядре указаны основные составляющие цикла управления качеством. Второй круговой цикл отражает конкретные функции управления, выполняемые непосредственно в производственных подразделениях предприятия и составляющие необходимый минимум. Третий круговой цикл отражает задачи, которые решаются на более высоком уровне управления производством.

Из схемы видно, что качество продукции зависит от качества проектных работ, технологии и организации производства, технического состояния оборудования, качества сырья и материалов, квалификации производственного и управленческого персонала, организации мониторинга, в том числе от методов и средств контроля ТПО, включая изготовленную продукцию, и ряда других факторов. При этом система мониторинга выполняет функцию обратной связи, способствующей повышению качества продукции.

Качество продукции машино- и приборостроения определяется в значительной степени состоянием ТПО, которые должны обладать высокой степенью надежности и гарантированно обеспечивать заданные значения параметров качества деталей и изделий в соответствии с  установленными техническими   требованиями.   Наиболее  важной   составляющей  частью

 

Рис.1.5. Управление качеством на производстве с применением кругового цикла

является технологическое оборудование, в частности, автоматизированные металлорежущие станки (МРС). Следовательно, технический уровень и технологическая надежность МРС определяют возможности предприятия по выпуску конкурентоспособной продукции и эффективность производства.