Управление качеством конструкторско-технологической подготовки производства на основе применения комплексной FMEA-методологИИ[1]

УДК 658.562

,

Управление качеством конструкторско-технологической

подготовки производства на основе применения

комплексной FMEA-методологИИ[2]

Предложен комплексный подход к применению FMEA-анализа в области конструкторско-технологической подготовки производства, который включает проведение DFMEA-анализа конструкции изделия, PFMEA-анализа технологии производства изделия и MFMEA-анализа оборудования (оснастки).

Ключевые слова: управление качеством, конструкторско-технологическая подготовка производства, FMEA, DFMEA, PFMEA, MFMEA.

Почти на любом отечественном предприятии, выпускающем конечную продукцию или компоненты к ней, на стадии серийного производства существует по крайней мере три проблемы. Первая – достаточно высокий уровень несоответствий (брака). Вторая – довольно высокий процент рекламаций от потребителя, что также ложится экономическим бременем на предприятие, но главное – сильно подрывает репутацию как продукции, так и предприятия. Третья проблема: продукция плохо продается, особенно при наличии конкурентного товара. В большинстве случаев эти проблемы вызваны низким уровнем разработки и подготовки производства продукции [1].

В автомобилестроении для повышения качества процессов разработки и подготовки производства стал применяться метод анализа отказов и последствий потенциальных отказов (FMEA-анализ) [2]. В мире накоплен значительный опыт разработки и успешного применения методов FMEA-анализа. На сегодняшний день в развитых странах не менее 80% разработок технических изделий проводится с применением FMEA-методологии.

В данной статье авторами предлагается комплексный подход к применению FMEA-анализа в области конструкторско-технологической подготовки производства, который в настоящее время приобретает все большую актуальность.

Комплексный подход к проведению FMEA-анализа включает проведение DFMEA-анализа конструкции изделия, PFMEA-анализа технологии производства изделия и MFMEA-анализа оборудования (оснастки). Особенность такого комплексного анализа заключается в соподчинённости и последовательности выполнения различных видов FMEA: FMEA изделия – FMEA сборочной единицы (СЕ) – FMEA детали. Все виды FMEA связаны и зависят один от другого (рис. 1)[3]. Результат FMEA конструкции изделия, узла является основой для FMEA процесса сборки изделия, узла. Очевидно, что последний должен проводиться после ввода изменений в конструкцию узла по результатам FMEA конструкции. FMEA оборудования должен проводиться после ввода изменений в технологический процесс по результатам FMEA процесса. Учитывая это, сначала надо проводить FMEA конструкции, затем FMEA процесса, а завершать цепочку анализов должен FMEA оборудования. Ниже более подробно рассмотрены первые две стадии комплексного FMEA-анализа.

DFMEA-анализ конструкции. Предложенный конструкторами эскизный вариант конструкции (изделия, узла, детали) подвергается всестороннему анализу по методу DFMEA. Здесь работает межфункциональная DFMEA-команда, в которую, как правило, входят: конструктор; технолог (если функции технолога-проектировщика и цехового технолога разделены, то оба технолога); представитель маркетинговой службы, знающий, как подобные изделия ведут себя в эксплуатации и сервисной мастерской; представитель службы качества; испытатель, имевший дело с подобными конструкциями; представитель производства; представитель потребителя; представители других подразделений, полезные при рассмотрении конструкции.

Рис. 1. Схема комплексной FMEA-методологии

Согласно предлагаемому авторами алгоритму работы DFMEA-команды (рис. 2), DFMEA-анализ складывается из следующих основных этапов:

1. Ознакомление с предложенным проектом конструкции (изделия, узла, детали). Ведущий DFMEA-команды представляет для ознакомления членам своей команды комплект документов по предложенному проекту конструкции.

2. Определение видов потенциальных дефектов, их последствий и причин. Для конкретного технического объекта с его конкретной функцией определяют, пользуясь имеющейся информацией и предшествующим опытом, все возможные виды дефектов. Описание каждого вида дефекта заносят в протокол анализа видов, причин и последствий потенциальных дефектов, составленный, например, в виде таблицы. Форма протокола должна быть предварительно выбрана и утверждена.

3. Для всех описанных видов потенциальных дефектов определяют их последствия на основе опыта и знаний DFMEA-команды. Для каждого вида дефекта может быть несколько потенциальных последствий, все они должны быть описаны.

4. Для каждого последствия дефекта экспертно определяют балл значимости S при помощи таблицы баллов значимости. Балл значимости изменяется от 1 (для наименее значимых по ущербу дефектов) до 10 (для наиболее значимых по ущербу дефектов). Для конкретного предприятия эта таблица должна быть пересмотрена в соответствии с его спецификой и конкретными последствиями дефектов.

При составлении таких таблиц необходимо иметь в виду, что по мере снижения значимости последствий дефектов при их описании следует переходить от терминов безопасности и экологии к терминам утраты основных функций объекта, далее к терминам потерь (на устранение дефекта и др.), затем к терминам неудовольствия (неудобства) потребителя, включая в число потребителей и персонал, участвующий в процессе изготовления, а также персонал, обслуживающий технический объект в эксплуатации.

Типовые значения баллов значимости приведены в табл. 1[1].

В дальнейшем при работе DFMEA-команды используется один, максимальный балл значимости S из всех баллов для последствий данного дефекта.

Таблица 1

Рекомендуемая шкала баллов значимости S для FMEA-конструкции

Последствие	Критерии значимости последствия	Балл S
Опасное без предупреждения	Очень высокий ранг значимости, когда вид потенциального дефекта ухудшает безопасность работы конструкции и/или вызывает несоответствие обязательным требованиям безопасности и экологии без предупреждения	10
Опасное с предупреждением	Весьма высокий ранг значимости, когда вид потенциального дефекта ухудшает безопасность работы конструкции или вызывает несоответствие обязательным требованиям безопасности и экологии с предупреждением	9
Очень важное	Конструкция неработоспособна с потерей основной функции	8
Важное	Конструкция работоспособна, но снижен уровень эффективности. Потребитель неудовлетворен	7
Умеренное	Конструкция работоспособна, но системы комфорта и удобства неработоспособны. Потребитель испытывает дискомфорт	6
Слабое	Конструкция работоспособна, но системы комфорта и удобства работают малоэффективно. Потребитель испытывает некоторое неудовлетворение	5
Очень слабое	Отделка и шумность конструкции не соответствуют ожиданиям потребителя. Дефект замечает большинство потребителей	4
Незначительное	Отделка и шумность конструкции не соответствуют ожиданиям потребителя. Дефект замечает средний потребитель	3
Очень незначительное	Отделка и шумность конструкции не соответствуют ожиданиям потребителя. Дефект замечают придирчивые потребители	2
Отсутствует	Нет последствия	1

5. Для каждого дефекта определяют потенциальные причины. Для одного дефекта может быть выявлено несколько потенциальных причин, все они должны быть по возможности полно описаны и рассмотрены отдельно.

6. Для каждой потенциальной причины дефекта экспертно определяют балл возникновения О. При этом экспертно оценивается частота данной причины, приводящей к рассматриваемому дефекту.

Балл возникновения изменяется от 1 (для самых редко возникающих дефектов) до 10 (для дефектов, возникающих почти всегда). Типовые значения баллов возникновения приведены в табл. 2 [1].

7. Для данного дефекта и каждой отдельной причины определяют балл обнаружения D в ходе предполагаемого процесса изготовления.

Балл обнаружения изменяется от 10 (для практически необнаруживаемых дефектов и причин) до 1 (для практически достоверно обнаруживаемых дефектов и причин). Типовые значения баллов обнаружения приведены в табл. 3 [1].

8. После получения экспертных оценок S, О, D вычисляют приоритетное число риска (ПЧР) по формуле [1]

ПЧР = S∙O∙D. (1)

Рис. 2. Блок-схема алгоритма проведения DFMEA-анализа конструкции

Таблица 2

Рекомендуемая шкала баллов возникновения О для FMEA-конструкции

Вероятность дефекта	Возможные частоты дефектов	Балл О
Очень высокая: дефект почти неизбежен	Более 1 из 2 1 из 3	10 9
Высокая: повторяющиеся дефекты	Более 1 из 8 1 из 20	8 7
Умеренная: случайные дефекты	Более 1 из 80 1 из 400 1 из 2 000	6 5 4
Низкая: относительно мало дефектов	Более 1 из 1 из	3 2
Малая: дефект маловероятен	Менее 1 из 1	1

Для дефектов, имеющих несколько причин, определяют соответственно несколько ПЧР. Каждое ПЧР может иметь значения от 1 до 1000.

Таблица 3

Рекомендуемая шкала баллов обнаружения D для FMEA-конструкции

Обнаружение	Критерии: правдоподобность обнаружения при проектируемом контроле	Балл D
Абсолютная неопределенность	Проектируемый контроль не может обнаружить потенциальную причину (механизм) и последующий вид дефекта или контроль не предусмотрен	10
Очень плохое	Очень плохие шансы обнаружения потенциальной причины (механизма) и последующего вида дефекта при предлагаемом контроле	9
Плохое	Плохие шансы обнаружения потенциальной причины (механизма) и последующего вида дефекта при предлагаемом контроле	8
Очень слабое	Очень ограниченные шансы обнаружения потенциальной причины (механизма) и последующего вида дефекта при предлагаемом контроле	7
Слабое	Ограниченные шансы обнаружения потенциальной причины (механизма) и последующего вида дефекта при предлагаемом контроле	6
Умеренное	Умеренные шансы обнаружения потенциальной причины (механизма) и последующего вида дефекта при предлагаемом контроле	5
Умеренно хорошее	Умеренно высокие шансы обнаружения потенциальной причины (механизма) и последующего вида дефекта при предлагаемом контроле	4
Хорошее	Высокие шансы	3
Очень хорошее	Очень высокие шансы	2
Почти наверняка	Проектируемые действия (контроль) почти наверняка обнаруживают потенциальную причину и последующий вид дефекта	1

9. Для приоритетного числа риска должна быть заранее установлена критическая граница (ПЧРгр). Для определения ПЧРгр можно использовать карты риска [5]. На практике обычно ПЧРгр определяют экспертно в пределах от 100 до 125. По усмотрению службы маркетинга и других служб предприятия для некоторых возможных дефектов значение ПЧР может быть установлено менее 100. Снижение ПЧРгр соответствует созданию более жестких требований для обеспечения высококачественных и надежных объектов и процессов.

10. Составляют перечень дефектов и причин, для которых значение ПЧР превышает ПЧРгр. Именно для них и следует далее вести доработку конструкции.

Для каждого дефекта или причины с ПЧР > ПЧРгр команда должна прилагать усилия к снижению этого расчетного показателя посредством доработки конструкции.

11. После того как действия по доработке определены, необходимо оценить и записать значения баллов значимости S, возникновения О и обнаружения D для нового предложенного варианта конструкции. Следует проанализировать новый предложенный вариант и подсчитать и записать новое значение ПЧР (в соответствии с рис. 2).

Все новые значения ПЧР следует рассмотреть и, если необходимо дальнейшее их снижение, повторить предыдущие действия. Руководитель DFMEA-команды должен подтвердить, что все предложения членов команды по доработке конструкции были рассмотрены.

12. В конце работы DFMEA-команды должен быть составлен и подписан протокол, в котором отражены основные результаты работы команды, включающие:

· состав DFMEA-команды;

· описание технического объекта и его функций;

· перечень дефектов и/или причин для первоначально предложенного варианта конструкции;

· экспертные баллы S, О, D и ПЧР для каждого дефекта и причины первоначально предложенного варианта конструкции;

· предложенные в ходе работы DFMEA-команды корректирующие действия по доработке первоначально предложенного варианта конструкции;

· экспертные баллы S, О, D и ПЧР для каждого дефекта и причины доработанного варианта конструкции.

При необходимости к протоколу работы DFMEA-команды прилагают соответствующие чертежи, таблицы, результаты расчета и т. д.

PFMEA-анализ технологии. Этап проектирования технологии производства необходим для всех предприятий, в том числе и для тех, которые используют готовые конструкции и технологии. Реализация даже идеальной технологии в новых условиях, с другими исполнителями, сырьем и т. д. может преподнести сюрпризы, поэтому в любом случае предложенная технология должна быть подвергнута PFMEA-анализу.

При проектировании технологии необходимо пройти два шага [1]:

1. Создание эскизного варианта технологии.

2. Анализ и доработка технологии по методу PFMEA.

На первом шаге технолог разрабатывает эскизный вариант технологии.

На втором шаге предложенный эскизный вариант технологии подвергается всестороннему анализу по методу PFMEA. В соответствующую PFMEA-команду, как правило, входят: технолог — автор представленной технологии; цеховой технолог; конструктор; представитель службы качества; представитель производства; метролог; конструкторы технологической и метрологической оснастки; представители других подразделений, полезные при рассмотрении технологии.

На рис. 3 представлена блок-схема предлагаемого авторами алгоритма работы PFMEA-команды. PFMEA-анализ проводится в таком же порядке,. как и DFMEA-анализ (рис. 2).

Для каждого последствия дефекта экспертно определяют балл значимости S при помощи таблицы баллов значимости. Типовые значения баллов значимости приведены в табл. 4 [1].

Для каждой потенциальной причины дефекта экспертно определяют балл возникновения О. При этом рассматривается предполагаемый процесс изготовления и экспертно оценивается частота данной причины, приводящей к рассматриваемому дефекту. Также учитывается статистический индекс Спк, который определяет возможности технологического процесса по обеспечению установленного допуска на показатель качества. Типовые значения баллов возникновения приведены в табл. 5 [1].

Для данного дефекта и каждой отдельной причины определяют балл обнаружения D в ходе предполагаемого процесса изготовления. Типовые значения баллов обнаружения приведены в табл. 6 [1].

После получения экспертных оценок S, О, D вычисляют приоритетное число риска по формуле (1). Для дефектов, имеющих несколько причин, определяют соответственно

Рис. 3. Блок-схема алгоритма проведения PFMEA-анализа технологии

несколько ПЧР. Каждое ПЧР может иметь значения от 1 до 1000.

Критическая граница ПЧРгр определяется по той же методике, что и в DFMEA-анализе.

Таблица 4

Рекомендуемая шкала баллов значимости S для PFMEA-процесса

Последствие	Критерии значимости последствия	Балл S
Опасное без предупреждения	Может подвергнуть опасности персонал у станка или на сборке. Очень высокий ранг значимости, когда вид потенциального дефекта ухудшает безопасность работы изделия и/или вызывает несоответствие обязательным требованиям безопасности и экологии без предупреждения	10
Опасное с предупреждением	Может подвергнуть опасности персонал у станка или на сборке. Весьма высокий ранг значимости, когда вид потенциального дефекта ухудшает безопасность работы изделия и/или вызывает несоответствие обязательным требованиям безопасности и экологии с предупреждением	9
Очень важное	Большое нарушение производственного процесса. Может браковаться до 100 % продукции. Изделие неработоспособно с потерей главной функции. Потребитель очень недоволен	8
Важное	Небольшое нарушение производственного процесса. Часть продукции бракуется. Изделие работоспособно, но эффективность понижена. Потребитель неудовлетворен	7
Умеренное	Небольшое нарушение производственного процесса. Часть продукции необходимо забраковать. Изделие (узел) работоспособно, но некоторые системы комфорта и удобства не работают. Потребитель испытывает дискомфорт	6
Слабое	Может потребоваться переделка продукции. Изделие (узел) работоспособно, но некоторые системы комфорта и удобства работают с пониженной эффективностью. Потребитель испытывает некоторое неудовлетворение	5
Очень слабое	Небольшое нарушение производственного процесса. Может потребоваться частичная переделка продукции. Отделка и шумность изделия не соответствуют ожиданиям потребителя. Этот дефект замечает большинство потребителей	4
Незначительное	Небольшое нарушение производственного процесса. Может потребоваться переделка части продукции на специальном участке. Отделка и шумность не соответствуют ожиданиям потребителя. Дефект замечает средний потребитель	3
Очень незначительное	Небольшое нарушение производственного процесса. Может потребоваться доработка части продукции. Отделка и шумность не соответствуют ожиданиям потребителя. Дефект замечает разборчивый потребитель	2
Отсутствует	Нет последствия	1

Составляют перечень дефектов и причин, для которых значение ПЧР превышает ПЧРгр. Именно для них и следует далее вести доработку технологического процесса. Для каждого дефекта или причины с ПЧР > ПЧРгр команда должна прилагать усилия к снижению этого расчетного показателя посредством доработки технологического процесса.

Таблица 5

Рекомендуемая шкала баллов возникновения O для PFMEA-процесса

Вероятность дефекта	Возможные частоты дефектов	Индекс Спк	Балл О
Очень высокая: дефект почти неизбежен	Более 1 из 2 1 из 3	Менее 0,33 0,33	10 9
Высокая: ассоциируется с аналогичными процессами, которые часто отказывают	Более 1 из 8 1 из 20	Менее 0,51 0,67	8 7
Окончание табл. 5
Вероятность дефекта	Возможные частоты дефектов	Индекс Спк	Балл О
Умеренная: в общем ассоциируется с предыдущими процессами, при которых наблюдались случайные дефекты, но не в большой пропорции	Более 1 из 80 1 из 400 1 из 2 000	Менее 0,83 1,00 1,17	6 5 4
Низкая: отдельные дефекты, связанные с подобными процессами	Более 1 из	Менее 1,33	3
Очень низкая: отдельные дефекты, связанные с почти идентичными процессами	Более 1 из	Менее 1,50	2
Малая: дефект маловероятен. Дефекты никогда не связаны с идентичными процессами	Менее 1 из 1	Более 1,67	1

В конце работы РFMEA-команды должен быть составлен и подписан протокол, в котором отражены основные результаты работы команды.

Таблица 6

Рекомендуемая шкала баллов обнаружения D для PFMEA-процесса

Обнаружение	Критерии	Балл D
Почти невозможно	Нет известного метода контроля для обнаружения вида дефекта в производственном процессе	10
Очень плохое	Вероятность обнаружения вида или причины (ошибки) отказа невысокая	9
Плохое	Обнаружение вида отказа после завершения процесса оператором с помощью органолептических методов	8
Очень слабое	Обнаружение вида отказа оператором в ходе процесса с помощью органолептических методов или после завершения процесса с помощью контроля по альтернативному признаку	7
Слабое	Обнаружение вида отказа по завершении процесса оператором с применением контроля по количественному признаку или на месте путем контроля по альтернативному признаку	6
Умеренное	Обнаружение вид отказа или ошибки на месте оператором с применением контроля по количественному признаку или системой автоматического встроенного контроля, которая выявляет несоответствующие детали и предупреждает оператора	5
Умеренно хорошее	Обнаружение вида отказа после завершения процесса автоматическим контролем, который блокирует несоответствующие детали, чтобы предотвратить их дальнейшую обработку	4
Хорошее	Обнаружение причины (ошибки) отказа на месте автоматическим контролем	3
Очень хорошее	Обнаружение причины (ошибки) отказа на месте автоматическим контролем и предотвращение производства отличающейся детали	2
Почти наверняка	Предупреждение ошибки как результат проектирования оснастки, станков или деталей. Несоответствующие детали не производятся.	1

Опытная проверка изложенной в статье методики проводилась на электрических соединителях производства » [4].

Список литературы

1. Горленко, качеством в производственно-технологических системах: учебник / , , . – Брянск: БГТУ, 2009. – 312 с.

2. ГОСТ Р 51814.2-2001. Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов.

3. Годлевский, метода анализа видов, причин и последствий потенциальных несоответствий (FMEA) на различных этапах жизненного цикла автомобильной продукции / , , . – Самара: Перспектива, 2002. – 160 с.

4. Филипчук, качества технологической подготовки производства на основе применения FMEA-методологии / , , // Менеджмент качества продукции и услуг: материалы 3-й Междунар. науч-техн. конф. (г. Брянск, 27-28 апр. 2010 г.): в 2 т. / под ред. . - Брянск: БГТУ, 2010.

5. Зинкевич, рисков – эффективный инструмент управления / // Франклин & Грант. Риск-консалтинг.- 2004.

Материал поступил в редколлегию 10.09.10.

1 Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на гг. (контракт №П770 от 20.05.10).

1 Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на гг. (контракт №П770 от 20.05.10).