автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Повышение качества технологических процессов в машиностроении на основе его количественной оценки

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

5 ДЕК 2013

005542737

Рыбинск-2013

005542737

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. 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

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: XXIX 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» (27-28 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.

Струкггура 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 A.M., Данилевского В.В., Кована В.М., Корсакова B.C., 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 технико-экономическими 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, мо1уг 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 её пригодность удовлетворять определённые потребности в соответствии с её назначением. Внешнее качество оценивается внешними потребителями по степени соответствия продукта производства их ожиданиям.

Под внутренним качеством понимается пригодность разрабатываемого технологического процесса удовлетворять определённые 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):

и

а

(Я

1=1 о и § \ !

« I ч ш \

СО В! V

О О. с X о 8 о и еЗ го

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.

.¿ь^:'!,...........

Неявные

требования потребителя

(И)

процесс: Внутренним потребитель ллй {/-2>го процесса: Поставщик

ДЛЯ 1-ТО ЩЮт

: лесса

¿процесс: Внутренний потребитель

Х1я{И)-г®

пройм са: Поставщик для послед ) л роли 1.1

Последний

ароцесс: Внутренний потребитель для нго процесса; Поставщик для внешнего потреби: Теля

для(1'1)-го , потребитель [, М

| процесса: И для/ то про | Готовое Ц | Поставщик 1 цесса; П изделие 1

Поревите ль

Требования 1-го процесса для достижения «своей» цели

последнего процесса для достижения «своей» цели

Технические требования к процессам

Требования потребителя к готовому продукту

Ч-

Рисунок 2 - Схема формирования целей процессов

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. Кедотга и Н. Терджена, модель Н. Кано.

Использование этих моделей для решения данной проблемы неудобно,

поскольку:

1) существует очень большое количество различных параметров

качества процесса и изделия;

2) количественное измерение многих параметров качества процесса достаточно затруднительно (например, удобство выполнения какой-либо

технологической операции).

3) установление конкретной функциональной взаимосвязи параметров

качества процесса с удовлетворённостью потребителя чрезвычайно сложно.

Для решения рассматриваемой проблемы была использована основная идея о существовании или отсутствии нейтральных зон удовлетворённости потребителя и предложена модифицированная модель Кано, изображённая на рисунках 3 и 4.

Удовлетв ор ёныость потребителя

Удоьлетвор енность пвгребптел*

Зоны роста удовлетворенности потребителя

Количественная хар акт ерпстпка пар аметра качества

Количественная характеристика параметра качества

Рисунок 3 - Модель пропорциональной зависимости удовлетворённости потребителя от количественной характеристики параметра качества

Зоны уменьшения удовлетворенности потребителя

Рисунок 4 - Модель зависимости удовлетворённости потребителя от количественной характеристики параметра качества с нейтральными зонами

Модель, изображенная на рисунке 4, отличается от модели на рисунке 3 наличием нейтральных зон, в которых количественный рост характеристики параметра качества не приводит к изменению удовлетворённости потребителя.

Зависимость удовлетворённости потребителя от параметров качества может

быть описана следующей математической моделью:

УП = к * /(ПК), (1)

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:

Я^^к^+К^+С^ь (2)

где К„и, К2ш, - безразмерные нормированные критерии внешнего и внутреннего качества;

С,„ - безразмерный нормированный критерий технологической себестоимости; аи а2 - весовые коэффициенты внешнего и внутреннего качества;

Ь - весовой коэффициент технологической себестоимости.

Требования внутренних потребителей

Требования к выполнению операций

Требования х обеспечению процессов

к оборудованию

к персоналу

к осооенностям махрег еометрни пов ерхно стей

к экологии к особенностям инкро геометрии * поверхностей

к транспортировке

к особенностям состояния 4 поверхностного слоя

к возможности изменения технологических маршрутов

х отсутствию неблагоприятных на еле дств енных свойств

законодательные требования

к особенностям установки к персоналу

к особенностям пр острая ствен -ного положения к ияфра-струзстуре

к контролю и Ш

к особенностям состояния материала

к челове-

к осооенностям

метода

обработки

фактору

Требования вспомогательн ых процессов к основным

Периодичность обслуживания

к наличию повреждений

к загрузке оборудованная

работников

Затраты на ремонт к обслуживание

Особые требования

Рисунок 5 - Классификатор требований внутренних потребителей к качеству технологического процесса

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 Ки для

каждого /-го из п вариантов.

1) Идентификация и анализ внешних потребителей и их требовании.

2) Выбор востребованных потребителем эксплуатационных свойств для рассматриваемой поверхности с учётом её вида, функционального назначения и условий работы экспертным методом и определение степени значимости выбранных

свойств в соответствии со следующей шкалой:

- 0 баллов - необходимость обеспечения рассматриваемого

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,

_ 5 баллов - эксплуатационное свойство критически важно для поверхности,

Формулировка набора возможных вариантов технологических решений, обеспечивающих документально заданные требования

Оценка каждого из вариантов с точки зрения внешних потребителей и расчет нормированного относительного критерия внешнего качества для каждого варианта

Оценка каждого из вариантов с точки зрения внутренних потребителей и расчет нормированного относительного критерия внутреннего качества К11и для каждого варианта

Расчет величины технологической себестоимости по «элементной» методике и расчет нормированного относительного критерия переменных

технологических затрат С„ для каждого варианта

Определение весов относительных критериев качества и себестоимости аь а2, Ъ

Определение комплексного показателя качества технологического решения: О = К,, а. +К7,а, +С,Ь

камня 1 2/Н 2 I

Окончательный выбор варианта технологического решения (из п вариантов)

Рисунок 6 - Алгоритм выбора оптимального варианта технологического процесса по комплексному критерию качества

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, «О» - не влияет.

5) Расчет критерия внешнего качества Кц для каждого /-го варианта (/ -

текущий номер варианта ТП, * = !...»). Выполняется, с помощью матрицы оценки качества варианта технологического решения по каждому из сравниваемых

вариантов в следующем порядке:

- определение весов А,^ отдельных параметров качества/* в обеспечении требуемых эксплуатационных свойств поверхности (таблица 1). Здесь к - текущии

номер параметра качества, к = 1 ...А;

- 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 Рк каждого параметра качества на эксплуатационное свойство в соответствии со следующей шкалой: «2» - в основном влияет, «1» - оказывает влияние, «О» - не влияет (т.е. Рк--2.. .+2);

Таблица 1 - Определение веса параметров качества вобеспечении эксплуатационных свойств поверхностей

Эксплуатационные свойства Параметры качества поверхности

—------- Геометрические параметры Физико-механические параметры

№ Название Степень значимости г/ Степень влияния параметра качества Лд на эксплуатационное свойство

Л Л Л

1

5/1

Вес эксп параметра качест щуатационных св за в обеспечении зйств Л(Л)=2>А* №

Таблица 2 - Матрица оценки качества гнго варианта технологического решения

внешним потребителем

Параметр качества Рк Пояснения Вк

Название Значение в натуральных единицах

1 Аф) Р>

к А№ Рк Вк=А,(/,)-Рк

Ь А,(М Ръ В„ = А,(/н)-Р„

Кри терий внепл него качества по г-му варианту ¿=1

- определяется степень влияния каждого к-го параметра качества на /эксплуатационное свойство с учетом его веса и оценки:

в„=А(/к)-рк\

- рассчитывается критерий внешнего качества по каждому г-му варианту:

»-1

- выполняется нормирование полученных критериев внешнего качества по каждому г-му варианту:

(4)

тах|л,,|

Значение, равное +1, соответствует наилучшему качеству варианта с точки зрения внешнего потребителя.

Значение, равное -1, соответствует наихудшему качеству варианта с точки зрения внешнего потребителя.

Значение, равное 0, соответствует нейтральному качеству варианта с точки зрения внешнего потребителя (не улучшает, но и не ухудшает).

2 Расчет нормированного относительного критерия внутреннего качества Кц для каждого г'-го варианта технологического решения.

1) Идентификация внутренних потребителей и их требований.

2) Формирование набора параметров качества процесса в соответствии с таблицей 3:

Таблица 3 - Параметры качества процесса для внутренних потребителей

Группа, к которой относится параметр качества Название параметра качества В чем проявляется Последствия

То, что требуется от предшествующих операций

То, что влияет на выполнение данной операции

То, что влияет на выполнение последующих операций

То, что влияет на готовое изделие

3) Определите веса выбранных параметров качества методом парных сравнений.

4) Определение, классификация и оценка в соответствии с ММК востребованных и невостребованных внутренними потребителями параметров качества рассматриваемых вариантов технологического решения (параметру качества присваивается код: «Р» - с ростом количественного значения параметра качества удовлетворенность внутреннего потребителя растет, «У» - с ростом количественного значения параметра качества удовлетворенность внутреннего потребителя убывает, «Н» - удовлетворенность внутреннего потребителя попадает в нейтральную зону).

5) Составление матриц оценки качества варианта технологического решения внутренними потребителями по каждому из сравниваемых вариантов (таблица 4).

6) Расчет оценки качества г-го варианта путем суммирования по всем параметрам доя данного варианта технологического решения.

7) Нормирование полученных значений критериев внутреннего качества:

Значение, равное +1, соответствует наилучшему качеству варианта с точки

зрения внутреннего потребителя.

Значение, равное -1, соответствует наихудшему качеству варианта с точки

зрения внутреннего потребителя.

Значение, равное 0, соответствует нейтральному качеству варианта с точки зрения внутреннего потребителя (не улучшает, но и не ухудшает).

Таблица 4 - Матрица оценки качества г-го варианта технологического решения

внутренним потребителем

Параметр качества процесса Вес параметра качества процесса Код по ММК Оценка параметра качества процесса Пояснения Оценка варианта по параметру качества процесса

№ Название

1 ё! А&О О,

1 а О,

& А2Ш о.,

Критери й внутреннего качества по /-му варианту ы

3 Расчет величины технологической себестоимости.

1) Определение по элементному методу значения технологической себестоимости по вариантам С,.

2) Нормирование полученных значений:

Сы - , (О < с„ <1) (б)

С,

Значение, равное 1, соответствует наилучшему варианту с точки зрения

себестоимости его реализации.

4 Расчет комплексного показателя качества технологического решения.

1) Назначение весовых показателей качества и себестоимости аь а2, Ь, исходя из того, что:

а,+ а2+Ь= 1.

Аналитически определить весовые показатели качества невозможно, поэтому они определяются групповым методом экспертных оценок.

2) Определение комплексного показателя качества технологического решения:

(8)

3) Выбор лучшего варианта технологического решения с максимальным

значением комплексного показателя качества.

На основе выполненных исследований разработана компьютерная программа «Выбор», предназначенная для выбора лучшего варианта технологического процесса из рассмотренных, реализованная в среде MS Excel.

Была проведена оценка экономической эффективности разработанной методики выбора оптимального варианта путем сравнения технологических процессов изготовления детали «Трубка» корпуса маслобака двигателя SaM 146.

Были рассмотрены 4 варианта технологических процессов, разработанных технологами ОАО «НПО «САТУРН»» в соответствии с существующими методиками. Вариант № 1 был отвергнут сразу же, поскольку при проверке оказалось, что он не может удовлетворить достаточно жестких требований к качеству. Из оставшихся трех оптимальным по существующей методике был признан 3-й вариант, обеспечивавший минимальную технологическую себестоимость детали (С3 =2570 руб., Окомт = 0,88). По предлагаемой же методике наилучшим из трех оставшихся был признан 4-й вариант, который не только обеспечивает несколько более высокое качество самой детали, но и гораздо более удобен для внутренних потребителей - механосборочного цеха (С4 = 2617 руб., Qko,k, = 0,96).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ существующих методов технико-экономического обоснования инженерных решений в отечественном машиностроении, в результате которого был выявлен ряд существенных недостатков их:

а) различие действительного качества деталей, имеющих формально одинаковые параметры качества, но изготовленных по разным вариантам технологического процесса, обусловленное множеством параметров, не нормируемых чертежом и технической документацией;

б) необъективность критерия минимальной технологической себестоимости при оценке качества технологического процесса.

2. Установлено, что методы технико-экономического обоснования выбора технологических решений в отечественном машиностроении нуждаются в совершенствовании.

3. Предложены математическая модель и алгоритм расчета комплексного критерия качества технологического процесса, учитывающая как требования к качеству продукции и процесса внешних и внутренних потребителей, так и себестоимость изготовления детали.

4. Апробация в производственных условиях в ОАО «НПО «САТУРН»» разработанных алгоритма, инженерной методики и компьютерной программы выбора лучшего варианта технологического процесса показала положительный результат.

5. Практическое использование методики выбора лучшего варианта технологического процесса позволяет повысить конкурентоспособность продукции отечественных машиностроительных предприятий.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Непомилуев, В.В. Методология выбора оптимального варианта решения при проектировании технологического процесса [Текст] / В.В. Непомилуев, Е.Ю. Соколова// Вестник РГАТУ имени П.А. Соловьева№1 (24) 2013,- С.190-197.

Публикации в прочих изданиях Непомилуев, В.В. Методология выбора оптимального варианта технологического решения по комплексному критерию [Текст] / В.В. Непомилуев, Е.Ю. Соколова // Машиностроение - основа технологического развития России: сборник научных статей V Международной научно-технической конференции. -

Курск. - 2013. - С.257-261.

Непомилуев, В.В. Предпосылки создания методики технико-экономического обоснования инженерных решений в машиностроении [Текст] / В.В. Непомилуев, Е.Ю. Соколова // Технологическое обеспечение качества машин и приборов: сборник статей VI Международной научно-практической конференции. - Пенза:

Приволжский Дом знаний. - 2011. - С.74-76.

Непомилуев, В.В. Применение модели с пятью разрывами к оценке качества продуктов производства [Текст] / В.В. Непомилуев, Е.Ю. Соколова // Менеджмент качества продукции и услуг: материалы 3-й международной научно-технической конференции. - Брянск: БГТУ. - 2010. - Т. 2. - С.243-245.

Соколова, Е.Ю. Повышение степени обоснованности технических решении в авиадвигателестроении [Текст] / Соколова Е.Ю., Щекотуров Д.В. // Техника и технологии: пути инновационного развития: материалы П-ой Международной научно-практической конференции. - Курск. - 2012. - С. 184-186.

Соколова, Е.Ю. Методика обоснования инженерных решений [Текст] / Соколова Е.Ю., Лещева В. // Материалы XXIX конференции молодых ученых и студентов. - Рыбинск: РГАТА. - 2005г.

Зав. РИО М. А. Салкова Подписано в печать 25.11.2013 г. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100. Заказ 265.

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева (РГАТУ имени П. А. Соловьева) 152934, т. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

Отпечатано в множительной лаборатории РГАТУ имени П. А. Соловьева 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический

университет имени П.А.Соловьева»

04201455672

Нап

СОКОЛОВА ЕЛЕНА ЮРЬЕВНА

кописи

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ НА ОСНОВЕ ЕГО КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством

продукции

Научный руководитель Непомилуев Валерий Васильевич доктор технических наук, профессор

Рыбинск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ 7

1.1 Разработка технологического процесса изготовления

машины.............................................................................................................. ^

1.2 Разработка технологического процесса изготовления детали.............. 12

1.3 Существующая «классическая» методология выбора оптимального

варианта технологического процесса изготовления детали..................... 14

1.3.1 Критерий оптимизации и граничные условия при выборе

оптимального варианта технологического процесса.............................. ^

1.3.2. Общая характеристика существующих методов ТЭО инженерных решений.................................................................................... ^

1.3.2.1. Бухгалтерский метод расчета технико-экономических показателей вариантов технологического процесса............................................... ^ д

1.3.2.2. Элементный метод расчета технико-экономических показателей вариантов технологического процесса............................................... 20

1.3.3. Основные недостатки существующих методов выбора варианта технологического процесса изготовления детали.................................

1.3.3.1. Различие качества деталей, изготовленных по разным вариантам технологического процесса............................................................ 2^

1.3.3.2. Необъективность критерия минимальной технологической

себестоимости при оценке качества технологического процесса.............. ^

1.4. Оценка необходимости и возможности совершенствования существующей методологии проектирования технологического процесса

изготовления детали..................................................................... ^

1.5 Выводы по главе 1.................................................................. ^

ГЛАВА 2 ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ........................................................... зу

2.1. Ориентация на потребителя как основополагающий принцип современного менеджмента качества................................................ ^у

2.1.1. Потребители технологического процесса изготовления детали и их требования.................................................................................

2.1.2. Классическая и модифицированная модели Кано......................... ^

2.2. Внешние потребители технологического процесса изготовления детали....................................................................................... 47

2.2.1. Существующая схема удовлетворения требований внешних потребителей к качеству технологического процесса............................

2.2.2. Модель с 5 разрывами............................................................ ^

2.3 Внутренние потребители технологического процесса

изготовления детали и особенности их требований к качеству

технологического процесса.............................................................. ^

2.4. Оценка направлений повышения качества процесса проектирования

технологического процесса изготовления детали................................. ^

2.5 Выводы по главе 2..................................................................

о /

ГЛАВА 3 КВАЛИМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.............................................. 69

3.1. Описание и анализ существующих методов оценки качества процесса ^

3.2. Количественная комплексная оценка нескольких разнородных величин......................................................................................

3.3. Разработка методологических основ количественной оценки качества варианта технологического процесса................................................ ^

3.3.1. Классификатор (матрица) требований внутренних потребителей к качеству технологического процесса.................................................

3.3.2. Алгоритм выбора оптимального варианта технологического процесса..................................................................................... 84

3.3.2.1 Расчет нормированного относительного критерия внешнего качества для каждого из вариантов.................................................... ^

3.3.2.2 Расчет нормированного относительного критерия внутреннего качества для каждого из вариантов.................................................... ^

3.3.2.3 Расчет величины технологической себестоимости.........................

У /

3.3.2.4 Расчет комплексного критерия качества технологического решения. ^

3.3.3. Методика определения весовых коэффициентов........................... ^

3.3.4. Математическая модель комплексного критерия качества

технологического процесса............................................................. ^^

3.4 Выводы по главе 3................................................................... ^^

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

4.1 Инженерная методика выбора оптимального варианта технологического процесса............................................................. ^

4.2 Компьютерная программа для выбора оптимального варианта технологического процесса............................................................. ^^

4.3 Оценка экономической эффективности разработанной методики выбора оптимального варианта технологического процесса.................... ^ ^

4.3.1 Описание детали и технологических процессов ее изготовления............................................................................... ^о

4.3.2 Выбор наилучшего варианта ТП по существующей и разработанной методикам...................................................................................

4.3.3 Выводы по главе 4...................................................................

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ..................................................................................................................................................126

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ................................................................127

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................................................128

ПРИЛОЖЕНИЕ А 144

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 145

Введение

В современных условиях эффективная деятельность промышленных высокотехнологичных предприятий невозможна без учета требований законов рыночных отношений. Перед отечественными предприятиями встают задачи, предполагающие необходимость выработки соответствующих подходов к рациональному распределению ограниченных финансовых и материальных ресурсов. В основном это касается обоснования и выбора инженерных решений, направленных на увеличение прибыли и способствующих долгосрочному развитию предприятия. Эффективное управление производственной и экономической деятельностью предприятий в условиях резкого возрастания конкуренции на отечественных и на мировых рынках является принципиально важной сферой.

В результате многочисленных исследований специалистов был сделан вывод, что даже во время экономического кризиса в вопросе «цена-качество» потребители во всём мире ставили на первое место именно качество. Это говорит о том, что если потребитель уверен, что получит продукт, по качеству соответствующий своей стоимости, он готов платить. В период относительной стабилизации экономики потребители однозначно предпочитают эффективную продукцию, отодвигая вопрос цены на второй план.

Актуальность темы исследования

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 были приемлемы в ситуации плановой экономики, дефицита, когда вся производимая предприятиями продукция находила своего потребителя. В этом случае для получения большего экономического результата перед предприятиями ставилась задача всемерного снижения затрат на

производство. Этим обусловлен выбор критерия оптимизации - минимума себестоимости (при условии соответствия параметров требованиям документации). Внешняя среда предприятий существенно изменилась, а подходы к оценке выполняемых процессов и производимой продукции остались неизменными.

В современном машиностроении широко распространились идеи бережливого производства. Отправной точкой данной концепции является ценность продукта и процесса его производства для потребителя. На первый план выходит не проблема снижения себестоимости, а жесткая конкурентная борьба за потребителя, который отдает предпочтение более качественным, а не дешевым продуктам. Вследствие этого обеспечение качества продукции понимается уже не как чисто техническая функция, реализуемая каким-то подразделением, а как систематический процесс, охватывающий все этапы производства - от изучения рынка до оценки готового результата. Более важными, поэтому, становятся критерии качества и инноваций, которые в действующих методиках вообще не учитываются.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что методы технико-экономического обоснования выбора технологических решений в отечественном машиностроении нуждаются в совершенствовании.

7

ГЛАВА 1

ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Проектирование технологического процесса (ТП) в машиностроении -сложный многоэтапный процесс, требующий решения множества самых разнообразных технических и организационно-экономических задач: от формирования состава и структуры технологических переходов, операций и маршрутов, до назначения режимов обработки и нормирования всех видов выполняемых работ.

Деятельность современных отечественных промышленных предприятий до сих пор в значительной степени основывается на проектных решениях второй половины XX века [1].

Эффективность технологических процессов, применяемых на предприятиях, сейчас принято оценивать расходом каких-либо ресурсов на единицу производимой в результате осуществления этих процессов продукции. Нормативы расхода задаются в проектной документации. Эти нормативы разработаны на основе накопленного ранее опыта, поэтому они неизбежно являются устаревшими. Те же самые устаревшие нормативы применяются и при определении себестоимости продукции предприятия, и при планировании производства и производственных мощностей. Требования же к качеству, между тем, формально задаются в виде отдельных показателей в проектно-технической документации и до сих пор качественной считается продукция, соответствующая им, а не требованиям потребителя.

За два последние десятилетия существенно изменилась внешняя среда отечественного машиностроительного производства: на смену планово-директивной экономике пришли рыночные отношения. Это не могло не отразиться на существующем подходе к оценке применяемых технологических

процессов и критериях их выбора. В условиях плановой экономики, существовавшей в СССР, и в настоящее время - в условиях рыночных отношений, они совершенно различны [2], [3], [4]. Основная проблема здесь заключается в том, что в условиях плановой экономики и всеобщего дефицита не было проблемы реализации изготовленной продукции. Все, что соответствовало заданным в технической документации требованиям, считалось качественным. Более того, зачастую даже и это соответствие было весьма условным и приблизительным. В условиях же рыночных отношений, когда существует жесткая конкуренция, причем как с отечественными, так и зарубежными производителями, изготовленную продукцию надо еще продать потребителю, имеющему практически всегда широкую возможность выбора. То есть, говорить об экономии ресурсов можно только после реализации изготовленной продукции, когда затраты предприятия как бы «утверждаются» купившим эту продукцию потребителем. Поэтому ТП, более затратный при его осуществлении, может оказаться в итоге более экономичным.

Современная рыночная экономика характерна частой сменяемостью объектов производства, в том числе и машиностроительного. И это тоже одна из причин того, что более экономичный (по существующим устаревшим методикам оценки), но менее гибкий технологический процесс может в реальности оказаться неудачным, так как продукция этого процесса будет востребована в течение весьма ограниченного времени, а дальше предстоят неизбежные изменения.

В связи с этим сегодня при оценке и выборе ТП необходимым становится применение критериев достигаемого качества продукции, степени гибкости производственной системы, использования современных технологических процессов.

В соответствии со сложившейся практикой, при проектировании ТП используется фрагментарное описание всех видов затрат, что не позволяет измерить в стоимостном эквиваленте результаты выполнения этого процесса, учесть и оценить полные затраты на его осуществление.

При планировании потребности на текущее производство с помощью укрупненных нормативов учитывают сложившиеся на данном конкретном предприятии затраты на потребление ресурсов. Существующая стабильность описанных выше нормативов не стимулирует соответствующие службы предприятия на постоянный поиск и внедрение в производство появляющихся прогрессивных технологических, технических и организационных решений. Наличие этой причинно-следственной связи очевидно.

При выполнении проектных работ существующая форма представления информации не дает возможности формирования базы технологических знаний предприятия, делает невозможной объективную оценку качества выполненных проектных работ. Полученную таким образом информацию нельзя продуктивно применять для использования современных методов управления производством.

Ю. Адлер и С. Щепетова показали, что достигаемый при использовании существующих методик результат - это функция от затрат, учтенных с неопределенной долей допущений, а следовательно, существующий метод управления производством - всего лишь повышение отдельных показателей достигнутого результата [7].

Проектирование ТП в машиностроении, как правило, выполняется в два

этапа:

1) формирование структурной модели процесса,

2) определение параметров элементов процесса.

Для обеспечения максимальной эффективности принимаемых при проектировании ТП решений используют локальные и глобальные методы оптимизации [14], [15], [16].

Локальная оптимизация разработанного ТП заключается в:

- прогнозировании его надежности и разработке мер по ее повышению,

- сокращении расхода всех ресурсов, затрачиваемых на изготовление одной единицы продукции,

- синхронизации технологических операций или обеспечении кратности продолжительности их выполнения тактовому времени,

- прогнозировании периодов стойкости режущего инструмента и разработке мер по обеспечению их одинаковости или кратности,

- минимизации суммарных перемещений персонала, предметов труда, используемых материалов, инструмента и прочего при осуществлении ТП,

обеспечении максимально широкого использования известных стандартных или унифицированных технологических решений и т. д.

При этом глобальным критерием оптимизации является себестоимость изготовления изделия.

1.1 Описание существующего способа разработки технологического процесса

изготовления машины

Известно, что для разработки ТП изготовления машины необходимо последовательное решение достаточно трудоемкой и сложной комплексной задачи. Технологическое проектирование представляет собой последовательный процесс принятия решений по отдельным, частным технологическим задачам, начиная от процессов окончательной сборки машины и кончая процессами изготовления деталей, входящих в ее состав [13], [17], [18], [19], [20], [21]. По каждой технологической задаче, за исключением задач расчетного характера, конкретное решение, как правило, принимают в результате обоснованного выбора из уже известных и апробированных типовых решений с учетом комплекса условий [13], [22], [23], [21], [25].

Задачей каждого технологического процесса является наиболее экономичное изготовление машин, отвечающих своему заданному служебному назначению. Существует общепринятая, «классическая» методика решения этой задачи [9], [17], [19], [20], [21], [24], согласно которой разработку технологического процесса изготовления машины необходимо выполнять в следующей последовательности:

1. Изучение служебного назначения создаваемой машины, технических требований к ней и критический анализ соответствия их служебному назначению машины.

2. Ознакомление с намечаемым количественным выпуском машин в единицу времени и выпуском машин по неизменной конструкторской документации.

3. Изучение рабочей конструкторской документации и критический анализ ее с точки зрения:

- возможности выполнения машиной своего служебного назначения,

- обоснованности использования методов достижения качества, заложенных в конструкцию,

- технологичности конструкции машины.

4. Разработка технологии общей сборки самой м�