3 .2. Анализ и проверка проектной документации

Эффективность технических решений и возможность достижения потребительских свойств, заложенных в документации, проверяется не столько при официальных испытаниях, сколько в процессе разработки, анализа и проверки документации, начиная с ранних стадий. Для этого предусматриваются лабораторные, стендовые и другие исследовательские испытания моделей, элементов изделий и экспериментальных образцов продукции в условиях, как правило, имитирующих реальные условия эксплуатации. Объем и содержание испытаний, необходимых для предотвращения постановки на производство неотработанной или недостаточно надежной продукции определяет разработчик с учетом новизны, сложности, особенностей производства и применения продукции.

В соответствии со стандартом ИСО 9004-1:1994 выполненный проект или чертежно-техническая документация подлежат проверке на предмет выполнения установленных требований к продукции. При этом используются следующие методы:

• альтернативные расчеты, подтверждающие правильность первоначальных расчетов,

• испытания и экспериментальные проверки модели или опытных образцов,

• проверка третьим (независимым) лицом правильности работ по проектированию.

По литературным данным около 80% всех дефектов, которые выявляются в процессе производства и эксплуатации изделий, связаны с недостаточным качеством процессов их конструирования и подготовки к производству [56]. Около 60% всех сбоев, которые возникают при эксплуатации во время гарантийного срока изделия, имеют свою причину в ошибочной, поспешной и несовершенной разработке. Несвоевременное выявление дефектов приводит к непредвиденным расходам на качество. Правило десятикратных затрат, выявленное исследователями фирмы «Дженерал Моторс», неоднократно проверено и подтверждено практикой: «Если на одной из стадий петли качества изделия допущена ошибка, которая выявлена на следующей стадии, то на ее исправление потребуется затратить в 10 раз больше средств, чем на стадии, где она была допущена».

Следовательно, после завершения каждого этапа разработки проекта необходимо проводить систематизированный и критический анализ результатов проектирования. В ходе анализа проекта выявляются проблемные участки и несоответствия и прогнозируются корректирующие воздействия, обеспечивающие соответствие окончательного проекта установленным требованиям потребителей. В зависимости от стадии проектирования и вида продукции должны учитываться следующие элементы анализа проекта:

• относящиеся к требованиям потребителя и их удовлетворению, в том числе работоспособность в предполагаемых условиях эксплуатации и окружающей среды, безопасность и экологичность продукции,

• относящиеся к техническому описанию продукции, в том числе требования к безотказности и надежности, допустимые отклонения и их сравнение с возможностями технологического процесса, анализ характера и последствий отказов, способность обнаруживать и устранять неисправности,

• относящиеся к технологическим требованиям, в том числе требования к специальным процессам, механизации, автоматизации, сборке, возможности проведения технического контроля и испытаний, требования к материалам и комплектующим, упаковке, транспортировке, хранению.

Концепция всеобщего менеджмента качества требует нового подхода к разработке продукции, основанного на непрерывном улучшении качества, что, прежде всего, определяется отсутствием дефектов изделия при его эксплуатации. Если в первой половине 20 века отработка изделия на надежность производилась, как правило, на этапе изготовления опытного образца, то во второй половине века большое внимание стали уделять отработке на надежность на стадии разработки конструкторской и технологической документации. Наибольшее распространение в практике ведущих зарубежных и отечественных предприятий получили следующие современные методы обеспечения качества на стадии проектирования:

• функционально-стоимостный анализ (ФСА),

• функционально-физический анализ (ФФА),

• анализ видов, последствий и критичности отказов (FMEA),

• структурирование функции качества (QFD),

• методы Тагути,

• метод «Шесть сигм».

Метод QFD рассмотрен во второй главе. Этот метод одинаково хорош как при разработке параметров технического задания на изделие, так и при выборе технологического оборудования, то есть может быть использован на нескольких этапах жизненного цикла изделия. Методы Тагути и «Шесть сигм» будут изложены в разделе 7 .

Методы ФСА, FMEA и ФФА относятся к методам функционального анализа и базируются на понятии функции технического объекта или системы. Учитывая особую важность применения методов ФСА и FMEA при отработке конструкторской документации, рассмотрим их более подробно. Метод ФФА, применяющийся при анализе физических принципов действия сложных физико-технических систем, в настоящей работе рассматриваться не будет.

Функционально - стоимостный анализ. Этот метод начал активно применяться, особенно в США, с 60-х годов прошлого столетия. Его использование позволяет снизить себестоимость многих видов продукции без снижения ее качества и оптимизировать затраты на ее изготовление. Проведение ФСА включает два основных этапа:

• на первом этапе последовательно строятся модели (компонентная, структурная, функциональная) объекта исследования. Модели строят или в форме графов, или в табличной (матричной) форме,

• на втором этапе проводят исследование построенных моделей и разрабатывают предложения по совершенствованию объекта анализа.

Эти же этапы характерны и для других методов функционального анализа - ФФА и FMEA. Рассмотрим содержание этих этапов [56].

Этап построения моделей. Его обычно начинают с построения компонентной модели. Этот вид модели показывает, какие компоненты (агрегаты, узлы, комплекты, детали, элементы деталей) входят в состав анализируемого технического объекта (системы) и в каком подчинении или соединении они находятся. Построенную компонентную модель обычно корректируют по результатам структурного и функционального анализа. К построенной компонентной модели объекта «пристраиваются» элементы надсистемы, с которыми объект взаимодействует. На разных стадиях жизненного цикла объект входит в разные надсистемы и, следовательно, взаимодействует с разными элементами. Поэтому компонентную модель формируют для каждой стадии жизни изделия. Типовыми элементами надсистемы являются:

• на стадии производства – оборудование, оснастка, материалы, комплектующие,

• на стадии эксплуатации – пользователь (потребитель),

• на стадии хранения и транспортировки – транспортные и грузоподъемные средства, складские помещения.

Структурная модель объекта строится на основе данных компонентной модели или путем установления связей элементов объекта друг с другом и элементами надсистемы, или в виде матрицы, параметрами столбцов и строк которой являются элементы объекта и элементы его надсистемы. На пересечении строк и столбцов фиксируется наличие корреляции между элементами. Анализ связей между элементами системы и надсистемы на всех стадиях жизненного цикла изделия и во всех рассмотренных ситуациях позволяет выявить дополнительные функции объекта.

Функциональная модель объекта строится на основе данных функционального анализа и включает главную функцию объекта, комплекс дополнительных и вспомогательных функций, обеспечивающих выполнение главной функции. Возможны три уровня функциональной модели:

• обобщенная, отражающая функции объекта, независимо от принципа его действия. Такие модели рекомендуется строить при проведении ФСА объектов, не имеющих прямых аналогов,

• модель принципа действия, отражающая иерархию функций объекта, соответствующих его принципу действия, но абстрагированных от конкретного вещественного воплощения,

• модель конкретного объекта, отражающая иерархию функций, соответствующих анализируемому вещественному воплощению объекта.

Этап исследования моделей. На этом этапе производится исследование построенных моделей объекта. Прежде всего, исследуется функциональная модель. Для каждой из функций объекта определяется компонента затрат или в процентах от общих затрат на объект, или в денежном выражении. Если для какой-либо функции величина затрат не соответствует степени полезности функции, производится корректировка объекта. Степень полезности функции исследуется и у других моделей. По результатам всех исследований функций принимается модель объекта, соответствующая минимальным затратам. Чем сложнее и дороже объект, тем выгоднее проведение ФСА.

FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) – анализ. Этот метод направлен на выявление и оценку потенциальных дефектов (или отказов) и их влияние на разработку мероприятий, которые могут устранить или уменьшить возможность возникновения дефектов. Он, в отличие от ФСА, не предназначен для анализа экономических показателей, но за счет предупреждения отказов элементов изделия позволяет снизить затраты на его изготовление и эксплуатацию. FMEA - анализ проводится для новой продукции или нового процесса. В первом случае (FMEA- конструкция) рассматриваются риски, которые могут возникнуть у потребителя, а во втором (FMEA- процесс) – у изготовителя продукции. FMEA-анализ при проектировании позволяет [19,56,63]:

• провести объективную оценку проектных требований и альтернативных проектов,

• учесть в проекте требования, связанные с особенностями монтажа или сборки изделия,

• повысить в ходе процесса проектирования вероятность выявления всех потенциальных причин отказа изделия,

• сформировать список потенциальных дефектов по степени их значимости для заказчика,

• использовать в дальнейшем результаты анализа для усовершенствования проекта.

Так же, как и другие методы функционального анализа, FMEA-анализ включает два основных этапа:

• этап построения компонентной, структурной, функциональной и потоковой моделей объекта анализа. Если FMEA-анализ проводится совместно с ФСА и ФФА, то используются ранее построенные модели,

• этап исследования моделей.

На втором этапе определяются:

• потенциальные дефекты для каждого из элементов компонентной модели объекта. Такие дефекты обычно связаны или с отказом функционального элемента (разрушение, поломка), или с неправильным исполнением элементом его полезных функций,

• потенциальные причины дефектов. Для их выявления могут быть использованы диаграммы Исикава, которые строятся для каждой из функций объекта, связанных с появлением дефектов,

• потенциальные последствия дефектов для потребителей, поскольку каждый из рассматриваемых дефектов может вызвать цепочку отказов в объекте. При анализе последствий используются структурная и потоковая модели объекта,

• возможности контроля появления дефектов. В процессе исследования определяется, может ли дефект быть выявленным до наступления последствий в результате предусмотренных в объекте мер по контролю, диагностике, самодиагностике,

• параметр (В) тяжести последствий для потребителя - экспертная, оценка, проставляемая по 10-балльной шкале. Наивысший балл проставляется для случаев, в которых последствия дефекта влекут юридическую ответственность,

• параметр (А) частоты возникновения дефекта– также экспертная оценка, проставляемая по 10-балльной шкале. Наивысший балл проставляется, когда оценка частоты возникновения дефекта составляет 25% и выше,

• параметр (Е) вероятности обнаружения дефекта. Как и предыдущие параметры, является 10-балльной экспертной оценкой, соответствующей наличию «скрытых» дефектов, которые не могут быть выявлены до наступления последствий,

• параметр (PRZ) риска потребителя. Он определяется как произведение значений параметров А, В и Е. Дефекты с наибольшим параметром риска (PRZ  100-120) подлежат устранению в первую очередь.

Самым сложным процессом реализации FMEA - анализа является выявление возможных дефектов и их оценка. Как правило, этот процесс проводится в режиме «мозгового штурма» командой специалистов. Распишем технологию работы команды [70]:

• образование команды и выбор ведущего,

• составление перечня потенциально возможных дефектов (отказов) в рассматриваемом объекте,

• для каждого дефекта (отказа) из составленного списка делается «шаг вправо» (последствия данного дефекта, если их много, то выбирают самое тяжелое) и «шаг влево» (причины, приводящие к возникновению дефекта). Все причины должны быть рассмотрены отдельно и для каждой должна быть выставлена оценка частоты возникновения,

• рассматривается предполагаемая технология изготовления данного изделия и выставляется оценка по рассматриваемым выше параметрам.

Результаты анализа заносятся в таблицу 3.1.

Таблица 3.1