Глава 3. Формирование проектного качества продукции
3.1.Планирование и поэтапное проектирование изделия
Цель этапа проектирования – обеспечить выполнение требований к новой продукции, установленных потребителем или выявленных в результате маркетинговых исследований, путем управления процессом планирования, проектирования и системной поэтапной проверки результатов процесса проектирования для выработки, при необходимости, корректирующих воздействий. Для обеспечения качества процесса необходимо документировать следующие процедуры:
составить план процесса проектирования с определением ответственности за каждый его этап, необходимые проверки, сроки работ,
актуализировать план по ходу выполнения процесса,
обеспечить процесс проектирования необходимыми средствами,
привлечь к проектированию высококвалифицированный персонал,
обеспечить соответствие входных и выходных данных процесса,
провести анализ и проверку процесса,
обеспечить идентификацию всех изменений к проекту до их внедрения.
Планы работ должны быть сбалансированы с учетом выделенных ресурсов и квалификацией персонала, которая определяется уровнем требований к разработке и должностными инструкциями, и направлены во все подразделения предприятия, участвующие в проектировании продукции. Руководителем проекта разрабатываются графики (программы) поэтапного проектирования с указанием сроков. Продолжительность каждого этапа и расположение контрольных точек для проведения оценки результатов разработки могут зависеть от условий применения продукции, сложности конструкции, масштаба новизны принимаемых решений, уровня стандартизации и унификации продукции [63].
Проектирование начинается с разработки технического задания (ТЗ). В разделе 2.4 рассмотрена технология современного метода QFD для разработки ТЗ с учетом потребительских требований. На наш взгляд, формирование ТЗ на новое изделие должно проводиться на этапе маркетинга с целью дополнительной проверки соответствия инженерных характеристик ТЗ требованиям конкурентоспособности продукции по приведенным в этом разделе зависимостям. В процессе проектирования необходимо ввести в ТЗ дополнительные технические требования, не всегда предъявляемые потребителями или заказчиком, но обязательные по требованиям к эксплуатации изделия. Например, требования по защитной упаковке и транспортированию, схеме монтажа объекта по месту эксплуатации, ремонтопригодности и др.
Таким образом, сформированную на этапе маркетинга виртуальную модель изделия в виде комплекса его базовых инженерных характеристик необходимо на стадии проектирования воплотить в конструкторскую документацию, чтобы в дальнейшем, на этапе производства, она была материализована в товарную продукцию, способную выдержать конкурентную борьбу. В зависимости от сложности проектируемого изделия, определяемой его назначением, оно может состоять из одной детали или из сочетания узлов и агрегатов, каждый из которых представляет собой сложное изделие. В последнем случае, что наиболее вероятно, коллективу конструкторов предстоит на первой стадии работы достаточно ответственная задача определить оптимальную компоновку изделия и количество основных сборочных единиц (узлов и агрегатов). Компоновка изделия должна соответствовать, прежде всего, эстетическим, органолептическим и экологическим требованиям потребителей, а также транспортабельности, удобства в эксплуатации изделия и его ремонте. Вместе с этим показатели назначения, надежности, безопасности изделия чаще всего определяются на стадии проектирования узлов и агрегатов. Масштабы нововведений прорабатываются как на стадии общей компоновки, так и на стадии проектирования узлов. Уровень унификации и стандартизации продукции в превалирующей степени определяется при проектировании агрегатов и входящих в них подсборок и деталей. На стадии разработки компоновки изделия необходимо определить критерии приемки готовой продукции и отдельных ее узлов и агрегатов, продумать меры защиты от неправильного использования продукции, а также перечень необходимых испытаний на надежность и работоспособность изделия в целом.
Не менее ответственной задачей, чем компоновка изделия, в процессе проектирования является проработка вариантов конструкций основных узлов и агрегатов. Прежде всего необходимо разработать технические задания на проектирование каждого узла. Японский опыт показал, что технология QFD (построение «домика качества») полностью подходит для разработки ТЗ на элементы изделия. Так же, как и для изделия, необходимо сформировать технические требования к качеству узла; расставить эти требования по рейтингу; экспертным путем подобрать инженерные характеристики узла, удовлетворяющие условиям выполнения потребительских требований; определить коэффициенты корреляции между каждым техническим требованием и инженерной характеристикой и определить средневзвешенные значения коэффициентов корреляции. Далее, сравнивая инженерные характеристики узлов продукции аналогичного назначения нашего предприятия и продукции ближайших конкурентов, с учетом технических и экономических трудностей изменения величин их в нужную сторону, формируется (естественно, с привлечением опытных специалистов) техническое задание на проектирование узла.
При формировании технических требований к качеству узлов в первую очередь необходимо отобрать потребительские требования к изделию, если они имеют отношение к рассматриваемому узлу. Целесообразно также провести опрос потребителей на предмет их критического отношения к существующим конструкциям узлов аналогичного назначения и пожеланий по их совершенствованию. При подборе технических требований к качеству узлов значительно, по сравнению с выбором потребительских требований на изделие, возрастает роль профессионалов, особенно по мере приближения к стадии деталировки.
Совершенствование менеджмента качества закономерно привело к разработке новых инструментов руководства качеством, включающего системный подход к организации «мозгового штурма», который применяется, когда требуется выбрать неординарный путь к решению проблемы. Таким неординарным подходом является подключение к решению задачи коллектива специалистов, то есть «коллективного разума». Японские ученые предложили новый метод, который назвали «Семь инструментов мозгового штурма при выработке отдельных решений», связанных с разработкой и внедрением в производство нового поколения продукции [57]. Перечислим этапы этого метода:
Диаграмма сродства. Этот этап представляет собой процесс генерирования группой специалистов идей по решению какой-то проблемы, высказываемых на основе ассоциативных впечатлений от идеи предыдущего (или предыдущих) участника «штурма», и фиксации этих идей. «Круги мозгового штурма» сцепляются или расходятся, в зависимости от их «сродства», то есть взаимозависимости. Такое обсуждение проблемы в Японии называется процедурой Кейджи. Графически каждая высказанная идея представляется окружностью.
Граф связей. На этом этапе делается попытка увязать высказанные идеи методом графов. Задача этого инструмента – найти связь между идеями и определить направление связи (что от чего зависит).
Иерархическая структура или «дерево». На этом этапе «связанные» идеи необходимо выстроить в логически упорядоченную, иерархическую структуру, в некоторое подобие «дерева».
Матричное представление данных. Полученные идеи, переведенные в какие-либо характеристики исследуемого объекта, формируются в упорядоченные таблицы с целью дальнейшего анализа.
Анализ матричных данных. На этом этапе пытаются найти корреляционные зависимости между определенными характеристиками.
Блок-схема процесса принятия решения. После проведения анализа характеристик переходят к выработке алгоритма реализации намеченной задачи.
Сетевой график или стрелочная диаграмма.
Продемонстрируем на примере коллективной выработки потребительских требований [2] к двери легкового автомобиля реализацию предлагаемых «инструментов». Допустим, что методом «мозгового штурма» высказаны следующие идеи, соответствующие потребительским требованиям к двери автомобиля (этап «диаграмма сродства»). Дверь должна:
легко закрываться снаружи,
легко закрываться изнутри,
оставаться открытой при остановке на подъеме,
не отскакивать при закрытии,
легко открываться изнутри и снаружи,
не протекать во время дождя,
не пропускать дорожного шума,
не пропускать пыль,
не ржаветь,
иметь правильное крепление,
иметь современный дизайн крепления,
иметь не выгорающую на солнце внутреннюю обшивку двери,
иметь не линяющую, хорошую, легко чистящуюся обшивку,
быть четко пригнана к кузову.
На этапе «граф-связей» нетрудно выделить обобщенные (в первом приближении) потребительские требования (отдельные идеи отбрасываются, как не имеющие связей):
дверь должна легко открываться и закрываться,
дверь должна хорошо изолировать кабину от внешней среды,
крепление двери должно быть надежным и современным,
внутренняя обшивка должна выглядеть комфортно и легко чистится,
дверь должна быть подогнана к обшивке кузова.
На этапе построения «дерева» можно еще более укрупнить потребительские требования:
дверь должна быть удобна в эксплуатации,
внутренняя обшивка двери должна всегда иметь хороший вид.
На этапе «матричного представления данных» необходимо начертить таблицу, в которой по вертикали отразить потребительские требования, а по горизонтали – инженерные характеристики, обеспечивающие их реализацию в автомобиле.
На этапе «анализа матричных данных» следует определить коэффициенты корреляции между требованиями и характеристиками с целью выделения приоритетов при проектировании конструкции двери.
Возможная блок-схема принятия решения изображена на рис. 3.1.
Сетевой график является распространенным подходом при выборе кратчайшего пути (во времени) для практической реализации решения.
В работе [71] рекомендуются следующие этапы решения творческих проблем с применением методов мозгового штурма:
четкая постановка проблемы,
анализ проблемы,
сбор данных,
интерпретация данных,
поиск возможных решений,
согласование лучших решений,
анализ эффективности,
презентация решения,
обеспечение выполнения решения,
мониторинг и оценка результатов.
При этом на каждом этапе используется множество основных практических методов, помогающих команде переходить от одного этапа к другому. Некоторые из них будут далее рассмотрены в настоящей работе.
Разработка конструкторской и программной документации изделия проводится с учетом требований стандартов ЕСКД и ЕСТПП, устанавливающих комплексность продукции и правила оформления документации. Порядок разработки конструкторской документации содержит определенные требования, методы и процедуры, в том числе:
обоснование и оптимизация конструктивно-технологических решений,
обеспечение надежности основных базовых элементов конструкции,
обеспечение технологичности конструкции,
определение оптимальных режимов и условий применения изделия, используемых для реализации проекта и пр.
Важнейшими факторами, обеспечивающими снижение сроков и затрат на проектирование и отработку нового изделия на надежность являются стандартизация и унификация продукции. К основным целям стандартизации в области надежности техники можно отнести:
формирование и поддержание нормативной базы для регулирования взаимодействия заинтересованных сторон (заказчика, разработчика, изготовителя, поставщика, потребителя) в системе сбора и обработки информации,
регламентация методов решения типовых задач надежности, как основы для разработки соответствующих правил, методик, процедур, применяемых при создании и эксплуатации изделий,
обеспечение требуемого уровня надежности изделий, качество которых является объектом государственного управления, то есть изделий, недостаточная надежность которых может представлять угрозу для жизни и здоровья людей.
Стандартизация в области надежности носит комплексный характер и взаимоувязана со стандартизацией в областях безопасности, живучести, технической диагностики, применения статистических методов и т.д. Одновременно она должна рассматриваться как составная часть общей проблематики стандартизации качества [65].
При проектировании нового изделия необходимо определить наиболее приемлемый уровень его унификации, так как при низком уровне унификации увеличивается количество узлов, требующих отработки на надежность, что увеличивает сроки доводки изделия, а при высоком уровне – уменьшается доля новых конструктивных решений, а, значит, снижается конкурентоспособность продукции. В работе [36] приведена (рис. 3.2.) графическая трехмерная интерпретация взаимных зависимостей себестоимости продукции, уровня унификации (новизны) и качества. На рисунке показано, что имеет место оптимальный уровень унификации, при превышении которого качество продукции начинает снижаться.
Исследования по стохастической зависимости наработки на отказ 13 моделей российских автомобилей многоцелевого назначения семейств КамАЗ, УАЗ, УрАЗ, ВАЗ, КрАЗ от уровня унификации, приведенные в работе [79], подтверждают этот вывод.
Н
а
рис. 3.3 видно, что уравнение регрессии
носит нелинейный характер, и при уровне
унификации выше 60% надежность
рассматриваемых моделей автомобилей
резко понижается.
Следует отметить, что чем выше уровень комплектности применяемого унифицированного изделия (агрегат, узел, подузел, комплект, деталь), тем больше его применение снижает новизну новой конструкции. Вместе с этим при использовании в конструкции изделия 100% стандартных деталей можно сделать новое изделие, полностью отвечающее современным техническим требованиям.
П
рименение
в новом изделии унифицированных узлов
и деталей влечет за собой на стадии
проектирования принятие стратегических
решений по уровню кооперации и
специализации производства продукции
(рис. 3.4, 3.5).
Конечным результатом решений является выбор между высоким качеством продукции (увеличение уровня новизны) и низкой себестоимостью ее изготовления (увеличение уровня унификации). И тот, и другой факторы – важнейшие составляющие конкурентоспособности продукции.
Основными критериями выбора объектов комплексной стандартизации (КС) являются технико-экономическая целесообразность и уровень технического совершенства продукции. Принципы КС основаны на выявлении взаимосвязей между показателями качества элементов изделия и предметами труда. Для нее характерны три главных методических принципа: системность (установление взаимосвязанных требований с целью обеспечения высшего уровня качества), оптимальность (определение оптимальной номенклатуры объектов КС, состава и количественных значений показателей их качества), программное планирование (разработка специальных программ КС объектов и их элементов).