Взаимосвязь критериев качества и динамических параметров производственных систем

Елисеев С.В. УДК 005.6:531

ВЗАИМОСВЯЗЬ КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА И ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

В процессе поддержки распространения концепции системного подхода к управлению качеством Международной организацией по стандартизации (ИСО) в ноябре 2008 года была утверждена новая редакция стандартов ИСО 9001. В стандартах ИСО 9000 [1,2] обобщен накопленный в мировой практике опыт организации и создания эффективных систем качества. Семейство международных стандартов ИСО 9000 служит базой для построения стандартов систем качества, применяемых в широком диапазоне отраслей промышленности и в различных секторах экономики.

Стандарт ИСО 9001 определяет "требования к системе качества, используемой в тех случаях, когда поставщик должен подтвердить свою способность разрабатывать и поставлять продукцию, соответствующую, требованиям по качеству". В стандарте указано, что "устанавливаемые требования направлены главным образом на достижение удовлетворенности потребителя за счет предупреждения несоответствия по качеству на всех этапах деятельности, начиная с проектирования и заканчивая обслуживанием". Упомянутый стандарт является наиболее всеобъемлющим из всех документов, применяемых при работе по контрактам. И это вполне понятно, т.к. этот документ распространяется на поставщиков, которые осуществляют проектирование продукции или услуг, а не только их разработку, производство, поставку и последующее техническое обслуживание.

В стандартах качества 180-9000 определены восемь принципов менеджмента, с помощью которых высшее руководство предприятия может улучшить деятельность организации: ориентация на потребителя; лидерство руководителя; вовлечение работников; процессный подход; системный подход к менеджменту; постоянное улучшение; принятие решений, основанное на фактах; взаимовыгодные отношения с поставщиками.

Структура серии стандартов ISO 9000 перекликается с принципами всеобщего менеджмента качества (TQM), положенными в основу стандартов серии. Существуют принципиальные отличия стандартов ISO 9001 версии 2008 года: особое внимание уделяется процессному подходу; приводится определение процедуры и процесса, схема менеджмента качества, основанной на процессном подходе.

I. Одним из принципов, положенных в основу стандартов ISO 9000 версии 2008 г., является принцип постоянного улучшения (непрерывного совершенствования). Процессный подход определен как один из факторов успешного функционирования предприятия в стандартах серии ISO 9000:2000. Эта организация определяет процесс, как "деятельность, использующую ресурсы и управляемую с целью преобразования входов в выходы". Ориентация на результат является важным элементом управления проектами. Среди перечня критериев оценки результата, наиболее важным является удовлетворение требованиям потребителя.

Стандарт ИСО 9001 представляет модель создания продукции, известную под названием "Жизненный цикл, или петля качества". Отметим, что в процессе создания продукция проходит через следующие этапы жизненного цикла: маркетинг и исследование рынка; проектирование и разработка продукции; снабжение; планирование и разработка технологических процессов; производство или оказание услуг; проверка; упаковка и хранение; продажа и распространение; монтаж и ввод в эксплуатацию; техническое содействие и техническое обслуживание; послепродажное обслуживание; утилизация и переработка продукции после окончания срока службы.

II. В общей форме порядок перечисления элементов в стандарте ИСО 9001 соответствует логической последовательности того, что должен

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

делать производитель в ходе создания продукции. Начав с формулировки политики в области качества (Параграф 4.1 стандарта ИСО 9001), необходимо изложить эту политику (4.2), установить желания потребителей (4.3), разработать продукцию или услугу (4.4), задокументировать разработку в виде чертежей или технических условий (4.5), приобрести необходимые материалы (4.6) и т.д.

В рыночной экономике проблема качества является важнейшим фактором повышения уровня жизни, экономической, социальной и экологической безопасности. Требования к качеству определены стандартами ИСО серии 9000. [2]. По мере развития экономических реформ, а в условиях мирового финансового и экономического кризиса, тем более, все большее внимание уделяется качеству. В настоящее время одной из серьезных проблем для российских предприятий является создание системы качества, позволяющей обеспечить производство конкурентоспособной продукции. Существует прямая зависимость между системой управления качеством, основанной на внедрение стандартов ИСО-9000, и системой обеспечения динамического качества, как составляющей всей, исходной системы. Эта зависимость, прежде всего, определяется выбором критериев качества, удовлетворение которым является необходимым условием нормального, конкурентоспособного существования и эксплуатации рассматриваемого производства. Очевидным становится необходимость разработки системного подхода, выполнение анализа технического состояния и управления динамическими параметрами системы, позволяющих обеспечить заданные показатели ее качества. Качество - согласно стандарта ИСО-9001 - определяется как «совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности». Требования к качеству на международном уровне определены стандартами ИСО серии 9000. Эти стандарты определили однозначные требования к системам управления, обеспечения и менеджмента качества. Они положили начало сертификации систем качества и аккредитации производств и организаций. В обобщенной постановке современные методы менеджмента качества связывают с методологией TQM (Total quality management) - всеобщим менеджментом качества.

Определение TQM представлено в стандарте ISO 9001 "Управление качеством и обеспечение качества - Словарь": "Подход к руководству орга-

низацией, нацеленный на качество, базирующийся на участии всех членов организации и на достижении долгосрочного успеха путем удовлетворения требований потребителя и обеспечение выгоды для членов организации и общества".

III. Определение менеджмента всеобщего качества (TQM): "Способ менеджмента для повышения эффективности, гибкости и конкурентоспособности бизнеса в целом. Он в равной степени распространяется как на сферу услуг, так и на промышленность. TQM заставляет всю компанию быть организованной, в каждом ее подразделении, в каждом виде деятельности, каждого ее сотрудника на каждом уровне. Для того, чтобы организация был действительно эффективной, каждая ее часть должна работать совместно, поскольку каждый человек и каждый его поступок оказывают влияние на других и, в свою очередь, зависят от других." Приведенные определения отличают различные характеристики, подразумеваемые под TQM, в частности, то, что качество является центральной задачей менеджмента, требует участия всех, предполагает удовлетворение потребностей и ожиданий в будущем, рассматривает удовлетворение потребителя как путь к успеху, приносит выгоды сотрудникам и обогащает общество. В существующих редакциях TQM делается различное ударение на том, что иногда определяется как "мягкие" и "твердые" элементы TQM. "Мягкие" элементы относятся к созданию команды, подготовке и обучению сотрудников. "Твердые" элементы относятся к определенным методам, используемым для улучшения качества, что можно представить перечнем следующих характеристик:

- менеджмент всеобщего качества нацелен в будущее, и, в большей степени ориентирован на потребителя, чем на производителя;

- менеджмент рассматривает организацию, обслуживающую потребителя, как последовательность или сеть взаимосвязанных процессов;

- каждый процесс должен иметь четко идентифицированных поставщиков, владельцев процесса и потребителей; поставщики и потребители могут быть внутри одной компании;

- TQM делает ударение на непрерывном совершенствовании качества, причем как его уровня, так и класса; целью является ориентация на повышение ожиданий потребителя, а не просто их удовлетворение;

- улучшение обычно достигается в результате накопления относительно скромных отдельных шагов;

- поддержка непрерывного совершенствования требует долговременных обязательств и работы первых руководителей, подающих наглядный пример в работе для всех сотрудников;

- требуется, чтобы все члены организации вносили свой вклад, обычно работая в командах; особое значение имеют команды, собранные из представителей различных специальностей, которые согласуют между собой работу отдельных подразделений, образующих организационную структуру предприятия.

- команды могут работать эффективно только тогда, когда они имеют необходимую подготовку, и если их знания и навыки, которым они были обучены, используются в полной мере.

- TQM может развиваться только тогда, когда достигаемые успехи могут быть объективно оценены, идентифицированы и поощрены.

- TQM обязательно строится на фундаменте соответствующей эффективной системы качества.

IV. Стандарты ИСО серии 9000 обозначили единый подход к условиям по оценке систем качества и, одновременно, регламентировали отношения между производителями и потребителями продукции. Иными словами, стандарты ИСО предполагают жесткую ориентацию на потребителя. Это соответствует восьми известным принципам менеджмента качества. Качество у производителя и потребителя - понятия взаимосвязанные, поэтому производитель должен проявлять заботу о качестве в течение всего периода потребления продукта. Кроме того, он должен обеспечить необходимое послепродажное обслуживание. Особенно это важно для товаров, отличающихся сложностью эксплуатации, например, программных продуктов.

Качество изделия может проявляться в процессе потребления. Понятие качества продукта с позиций его соответствия требованиям потребителя сложилось именно в условиях рыночной экономики. Идея такого подхода к определению качества продукции принадлежит голландскими ученым Дж. Ван Этингеру и Дж. Ситтигу. Ими разработана специальная область науки квалиметрия. Квалиметрия - наука о способах измерения и квантификации показателей качества. Квалимет-рия позволяет давать количественные оценки качественным характеристикам товара. Квалиметрия исходит из того, что качество зависит от большого числа свойств рассматриваемого продукта. Для того, чтобы судить о качестве продукта недостаточно только данных о его свойствах. Нужно учи-

тывать и условия, в которых продукт будет использован. По мнению Дж. Ван Этингера и Дж. Ситтига, качество может быть выражено цифровыми значениями, если потребитель в состоянии группировать свойства в порядке их важности. Они считали, что качество - величина измеримая и, следовательно, несоответствие продукта предъявляемым к нему требованиям может быть выражено через какую-либо постоянную меру, которой обычно являются деньги. Вместе с тем нельзя рассматривать качество изолированно с позиций производителя и потребителя. Без обеспечения технико-эксплуатационных, эксплуатационных и других параметров качества, записанных в технических условиях (ТУ) не может быть осуществлена сертификация продукции. Разнообразные физические свойства, важные для оценки качества, сконцентрированы в потребительной стоимости. Важными свойствами для оценки качества являются:

• технический уровень, который отражает материализацию в продукции научно-технических достижений;

• эстетический уровень, который характеризуется комплексом свойств, связанных с эстетическими ощущениями и взглядами;

• эксплуатационный уровень, связанный с технической стороной использования продукции (уход за изделием, ремонт и т. п.);

• техническое качество, предполагающее гармоничную увязку предполагаемых и фактических потребительных свойств в эксплуатации изделия (функциональная точность, надежность, длительность срока службы).

V. Анализ теоретических исследований по созданию систем обеспечения динамического качества автоматизированных производственных процессов определил область существования критериев динамического качества и показал направления исследований, обеспечивающих достижение заданных динамических параметров. Проблема обеспечения заданного динамического качества является далекой от решения, что объясняется, прежде всего, ее сложностью и недостаточной изученностью. Эффективными способами обеспечения качества работы автоматизированных производственных процессов являются, например, оптимизация динамических параметров на этапе проектирования и применение виброзащитных систем и конструкций на этапе эксплуатации, диагностика и мониторинг технического состояния автоматизированных производственных процес-

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

сов. Поскольку требования, предъявляемые к динамическим процессам весьма разнообразны, может быть поставлена задача создания совокупности показателей динамических процессов в автоматизированных производственных процессах. Качество можно оценить через количественные измерения реальных свойств изделия, продукции, или технологической системы. Понятие « оценка качества» предполагает комплексную оценку не только функциональных потребительских свойств машины, устройства, изделия или технологической системы (динамические и кинематические характеристики- мощность двигателя, быстродействие, производительность, параметры колебательных режимов в стационарном и переходном состоянии, развиваемые силы), но и оценку ее технологических и эксплуатационных свойств (надежность, долговечность, ремонтоспособ-ность). Очевидно, что в эту комплексную оценку вносят свой вклад характеристики стандартизации, унификации, экологич ности, безопасности эксплуатации и другие свойства.

Для организации и эффективного управления качеством автоматизированных производственных процессов и обеспечения их динамического качества большое значение имеет их классификация по техническим признакам или принципам действия. Следует отметить, что исходным для классификации станков и оборудования являются параметрические показатели. К ним относятся такие динамические параметры, как мощность, работа, коэффициент передачи амплитуд, передаточное число редуктора, быстродействие, скорость и другие параметры. Влияние динамических параметров автоматизированных производственных систем на характеристики качества его работы определяется комплексом условий [1,2].

Динамические и статические силы, возникающие при работе станка, вызывают деформацию как всего станка в целом, так и его составляющих, определяя смещение инструмента по отношению к заготовке. Это вызывает недопустимое отклонение от заданных рабочих движений, повышенный износ, что непосредственно снижает качество. Снижения негативного влияния этих сил можно достичь увеличением статической и динамической жесткости. Однако это требование обеспечения качества не всегда оказывается выполнимым, что определяет выполнение других мероприятий, обеспечивающих сохранение заданного качества. Анализ вынужденных колебаний и процесса резания позволяет установить причину сме-

щения инструмента по отношению к заготовке, определить возможность устранения нежелательных эффектов и достичь требуемого качества. Очевидно, что основным предметом исследования при этом становятся и свободные, и вынужденные колебания, а также автоколебания. Можно показать, что существуют различные пути обеспечения требуемого динамического качества формированием необходимых частотных характеристик объекта.

В качестве примера проанализируем наиболее приемлемые методы исследования динамики станков, а также влияние коррекции динамических параметров на качество виброактивной системы, составляющей основу автоматизированных производственных процессов. Очевидно, что улучшение динамических параметров (снижение вибрации) влияет на динамическое качество станка, приводит к снижению общего уровня вынужденных колебаний и автоколебаний [1].

Снижение динамической податливости станка, как правило, экономически неоправданно, так как связано с значительными затратами на конструктивные изменения системы. Кроме этого, увеличение жесткости связано с изменением соотношения масс и собственной частоты колебаний. Повышение демпфирования можно достичь введением в систему дополнительных демпферов (что увеличивает массу, а при учете жесткости системы это приводит к возможности динамического гашения колебаний). Применение пассивных демпферов ограничено ввиду того, что для достижения оптимального демпфирования они должны быть настроены на определенную частоту, поскольку их эффективность достигается в узкой полосе частот. Увеличение демпфирования введением активного демпфера, работающего при использовании дополнительного источника энергии, позволяет достичь требуемых параметров качества в более широкой области частот. Введение в систему статически податливого звена с высокой частотой собственных колебаний снижает вероятность появления автоколебаний, как одного из параметров при оценке качества виброактивной системы При этом статическая и динамическая жесткости всей системы снижаются, но максимальная (по модулю) действительная отрицательная часть также сокращается, что также влияет на параметры качества системы.

Одним из подходов при исследовании динамики станков являются методы декомпозиции. Всевозможные приемы декомпозиции при иссле-

дованиях динамики виброактивных систем и при моделировании изучаемой системы, объединены общей концепцией составной системы. Построение вычислительных схем осуществляется в едином абстрактном пространстве эквивалентных модельных графов исследуемых систем. Эта единая для широкого круга задач формализация обеспечивает высокую степень обобщения полученных результатов.

Теоретической базой для разнообразных декомпозиционных интерпретаций расчетных моделей при решении технических и экономических проблем различного содержания служат диакоп-тические идеи Крона и разработанная теория эквивалентных структурных преобразований абстрактных моделей в пространстве полных неориентированных и ориентированных статических и динамических графов.

Предварительный анализ влияния динамических характеристик виброактивной системы на параметры динамического качества приводит к следующим общим рекомендациям [2].

В статике достижение требований качества может быть выполнено при обеспечении высокой жесткости и исключении локальных деформаций. Для увеличения жесткости при изгибе следует выбирать по- возможности большее поперечное сечение и, кроме того, необходимо увеличивать толщину наружных стенок, соотнося возможные изменения с величиной момента инерции как критерием эффективности достижения требуемых динамических характеристик. Крутящий момент возникает, чаще всего, вследствие действия пары сил, что обусловливает искажение поперечного сечения. В свою очередь, этот дефект может быть устранен введением диагонального усиления, например, ребер жесткости.

В динамике предварительный анализ влияния динамических характеристик на оценку качества системы требует установления: -влияния изменения конструктивных параметров (массы, жесткости, дополнительные ребра жесткости) на изменение первой резонансной частоты изгибных и крутильных колебаний;

-возможности исключения деформации поперечного сечения при крутильных колебаниях установкой дополнительных ребер жесткости; -устранения колебаний стенок корпуса станка путем введения дополнительных ребер; -оценки влияния на формирование требуемых динамических параметров при введении в состав колебательной системы виброактивных систем, работающих от дополнительных источников энергии, позволяющих сформировать необходимые силы, жесткости, форму частотных характеристик, требуемых параметров демпфирования (такие системы могут быть применимы для решения задач защиты оборудования и конструкций от вибраций и ударов [5]).

Технические показатели систем, оцениваемые их качественными и количественными параметрами, определяют возможную область приме -нения, дают характеристику основных особенностей динамических систем станка. Указанные выше алгоритмы решения задачи и определяют взаимосвязь критериев качества и динамических параметров производственных систем как резервов повышения качества.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Малинский В. Д. Метрология, стандартизация и сертификация. М. : Европ. Центр по качеству, 2002. 190 с.

2. Капырин В. В., Коренев Г. Д. Системы управления качеством. М. : Европ. Центр по качеству, 2002.324 с.

3. Азаров В. Н., Лаохин Ю. Л. Интегрированные информационные системы управления качеством. М. : Европ. Центр по качеству, 2002. 64 с.

4. Крылова Г. Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. М. : ЮНИТИ, 2003. 711с.

5. Динамический синтез в обобщенных задачах виброзащиты и виброизоляции технических объектов / С. В. Елисеев, Ю. Н. Резник, А. П. Хоменко, А. А. Засядко ; Читин. гос. ун-т. Иркутск : Изд-во ИГУ, 2008. 523 с.