Статистический контроль процессов производства

Основы статистического контроля производственных процессов

Производственные процессы судостроительного предприятия должны обеспечивать высокую однородность качества и низкую долю брака.

Технологический процесс — это часть производственного процесса.

Под технологическим процессом производства в судостроении понимается полная совокупность поставщиков, производителей, людей, оборудования, входных материалов, методов и окружающей среды, которые работают вместе, чтобы создать судно или корабль, и потребителей, которые используют этот продукт.

Общая эффективность процесса производства зависит от связи между поставщиком и потребителем, от того, как процесс управляется и функционирует. Остальная часть системы управления процессом полезна, только если она делает вклад либо в поддержание высокого качества, либо в повышение общей эффективности процесса производства.

Это интересно

Стандарты в судостроении

«Калибр» как термин в артиллерии появился в Европе в 1546 г., когда Гартман из Нюрнберга ввел призматическую четырехгранную линейку. Это устройство получило название шкалы Гартмана. На одну грань были нанесены единицы измерения (дюймы), на три другие — фактические размеры (в зависимости от веса в фунтах) железных, свинцовых и каменных ядер соответственно. Данная система просуществовала в мире около трех веков. В России единых стандартов не существовало до реформ Петра I. Калибр русских морских и сухопутных орудий до середины XIX в. измерялся весом ядра, выстреливаемого орудием. Вес был чисто расчетным — плотность чугуна умножалось на объем шара, причем орудие, например мортира, могло вообще не стрелять ядром. Вес ядра пушек и карронад измерялся в фунтах, а единорогов, мортир и бомбовых пушек — пудах. Чтобы отличить новые орудия от старых, калибр некоторых гладкоствольных систем указывался в дюймах, соответственно дюймы попадают и в названия орудий. В 1877 г. была введена дюймовая система. С 1917 г. и по настоящее время калибр измеряется в миллиметрах. В России он измеряется по полям нарезов (наименьший диаметр ствола). В США, Великобритании и некоторых других странах по их доньям (наибольший диаметр), но тоже в миллиметрах.

Управление процессом производства включает в себя функции планирования, организации работ, контроля их выполнения и регулирования. При планировании процесса устанавливают обоснованные задания и определяют ресурсы, необходимые для их выполнения.

Организация работ — это упорядочение (рациональное распределение) деятельности подразделений и должностных лиц организации с целью достижения запланированных результатов.

Контроль выполнения производственных процессов — это непрерывный анализ и оценивание соответствия фактических значений измеряемых параметров установленным, а также периодическое оценивание результативности и эффективности производственных процессов с целью их совершенствования и обеспечения качества продукции.

Регулирование процесса производства в судостроении предусматривает устранение возникающих в его ходе несоответствий (посредством коррекции и корректирующих действий) и улучшение процесса. Основными направлениями улучшения процесса следует считать минимизацию его изменчивости и превышение достигнутых показателей эффективности. Очевидно, что чем сложнее процесс, тем больший потенциал необходим для его улучшения.

Производственные процессы должны обеспечивать высокую однородность качества и низкие доли брака.

Важным инструментом совершенствования производственных процессов и обеспечения качества выпускаемой продукции является статистический контроль процессов, подразумевающий использование статистических методов для мониторинга и контроля вариации в процессах. Кроме того, статистический контроль применяется для отслеживания стабильности производственных процессов. В случае нестабильности процессов осуществляется поиск причин, вызывающих нестабильность, их устранение и коррекция процессов.

К основным особенностям статистического контроля процессов можно отнести следующие:

— статистический контроль процессов существует для управления процессами, а не изделиями. Применение статистических приемов к управлению продукцией должно быть только первым шагом. Пока сами процессы не станут приоритетом, усилия по улучшению качества, повышению производительности и снижению затрат не принесут требуемого результата;

— обработка данных и применение статистических методов для их интерпретации не являются конечной целью процесса. Основным результатом должно быть углубление понимания сути процесса судостроительного производства.

Традиционно изготовитель делал акцент на производственном процессе для того, чтобы создать продукт, а на контроле качества конечного продукта, чтобы отбраковать изделия, не соответствующие заданным требованиям. В спорных ситуациях осуществлялись многократные перепроверки, т. е. применялась стратегия обнаружения дефектов, заставляющая тратить время и материалы на продукты и услуги, которые не всегда оказываются годными. Гораздо лучше избегать брака, не производя непригодного продукта, используя стратегию предупреждения. Система статистического контроля позволяет не только сократить или ликвидировать брак, но и усовершенствовать производственный процесс, сделать его более эффективным.

Определенные данные о реальной эффективности процесса могут быть получены при изучении его выхода, но самая важная информация является результатом понимания самой сути производственного процесса и его внутренней изменчивости. Максимум внимания должно быть направлено на характеристики процесса — температуру, длительность циклов, скорость подачи, невыходы персонала, его текучесть, различные остановки хода и т. п.

Информация, собранная и проинтерпретированная правильным образом, может показать, развивается процесс обычным или необычным путем. Затем, если это необходимо, должны быть предприняты шаги по корректировке процесса, при этом все действия должны быть своевременными и адекватными, иначе ранее приложенные усилия по обработке информации окажутся бесполезными.

Действия над процессами наиболее экономичны в тех случаях, когда они предпринимаются, чтобы предотвратить сильные отклонения важных характеристик от их целевых значений. Этим поддерживается стабильность и изменчивость в приемлемых пределах выхода процесса. Такое действие может состоять в изменениях операций (обучение рабочего, изменение свойств входных материалов и т. д.) или элементов самого процесса (оборудование, требующее улучшения, коммуникативные проблемы персонала, чувствительность процесса к изменениям температуры или влажности в цехе). Последствия изменений фиксируются, и на их основе проводится дальнейший анализ.

Чтобы эффективно использовать для управления процессами судостроительного производства данные, полученные в ходе измерений, необходимо рассмотреть понятие изменчивости. Никакие два продукта или две характеристики не могут быть абсолютно идентичны, поскольку любой производственный процесс содержит множество источников изменчивости. Различия между продуктами могут быть как большими, так и неизмеримо малыми, но они присутствуют всегда.

Некоторые причины изменчивости в процессе производства порождают кратковременные различия между единицами. Другие причины изменчивости имеют тенденцию создавать изменения в продукте только в течение длительных интервалов времени. Поэтому интервал времени и условия, при которых делались измерения, будут влиять на величину общей изменчивости.

Собственная изменчивость частного процесса (один станок или производственная линия, одна смена рабочих и одна партия сырья) обычно меньше, чем изменчивость общего процесса (много станков или линий, смен и партий сырья).

Изменчивость значений признака качества готового продукта вызывается причинами изменчивости производственного процесса. Значения признака в большинстве случаев распределены неравномерно. Достаточно часто большинство значений лежит около центра номинального размера, их количество уменьшается при удалении от него. Чтобы охарактеризовать это расположение значений вводится понятие распределения случайной величины.

В качестве примеров источников изменчивости характеристик можно указать отклонения в работе производственного оборудования, несоответствие сырья, несоответствия в работе персонала, несоответствия внешней среды.

Хотя результаты отдельных измерений значения могут быть различны, при группировке они образуют структуру, изображаемую в виде распределения (рис. 6.1¹), которое может быть охарактеризовано через положение (типовое значение), разброс (расстояние между наибольшим и наименьшим значениями), форму (структуру изменений — симметрия, скошенность и проч.).

С точки зрения минимальных требований вопрос изменчивости часто упрощают: оборудование с характеристиками внутри допусков приемлемы, а вне допусков неприемлемы и т. д. Однако для управления любым производственным процессом и снижения его изменчивости изменения должны быть прослежены с целью выявления их причин. Первым шагом является разделение причин на обычные и особые причины изменчивости (рис. 6.2^[1][2]).

К обычным причинам относятся многочисленные источники изменчивости в процессе производства, которые имеют стабильное и повторяемое распределение во времени. Процесс, в котором присутствуют только обычные причины изменчивости, называется процессом «в статистически управляемом состоянии», «статистически управляемым», или «управляемым». Обычные причины ведут себя как стабильная система случайных причин. Если присутствуют только обычные причины изменчивости, выход процесса предсказуем.

Рис. 6.1. Распределение случайной величины и его характеристики

Особые причины отражают любые вызывающие изменения факторы, которые действуют на процесс не всегда. Их возникновение ведет к изменениям распределения общего процесса. Если все особые причины изменчивости не идентифицированы и не устранены, то они будут влиять на выход процесса непредсказуемым образом. Особые причины делают выход производственного процесса нестабильным во времени.

Изменения в распределении процесса могут быть вредными или полезными. Когда они вредны, они должны быть идентифицированы и устранены. Когда полезны, они тоже должны быть идентифицированы и сделаны постоянной частью процесса. Для некоторых отработанных процессов, т. е. прошедших несколько циклов непрерывного усовершенствования, потребитель может разрешить использование процесса с закономерно возникающей особой причиной. Такое разрешение обычно требует, чтобы планы управления для процесса могли обеспечить соответствие требованиям потребителя и защитить процесс от других особых причин.

Простые приемы статистического управления производственными процессами могут обнаруживать особые причины изменчивости. Распознавание особых причин и принятие надлежащих действий является обязанностью тех, кто непосредственно связан с работой процессов. Хотя для осуществления изменений в процессе иногда должны привлекаться менеджеры, решение вопроса устранения особой причины изменчивости обычно требует локальных действий, особенно на начальных этапах усовершенствования процесса. Когда в действиях по устранению особых причин достигнут успех, вторая часть работы требует не локальных, а менеджерских усилий.

Рис. 6.2. Обычные и особые причины изменчивости

Те же простые статистические приемы могут определить степень влияния обычных причин изменчивости, но для выделения подобных причин требуется более детальный анализ процессов. Устранение обычных причин изменчивости, как правило, является обязанностью руководства. Люди, непосредственно связанные с работой процессов, часто находятся в лучшей позиции для идентификации этих причин, но решение вопросов по обычным причинам изменчивости требует действий над системой в целом.

Обобщая сказанное, можно констатировать, что, во-первых, локальные действия требуются для устранения особых причин изменчивости; чаще всего предпринимаются людьми, близкими к процессу; могут исправить, как правило, около 20% проблем в процессе; во-вторых, действия над системой обычно требуются для снижения изменчивости от общих причин; почти всегда требуют менеджерских действий для коррекции; необходимы для исправления, как правило, около 80% проблем в процессе.

Система управления производственными процессами может быть описана как система с обратной связью. Статистический контроль процессов — один из примеров подобных систем. Целью системы управления процессами производства является принятие экономически верных решений относительно действий, связанных с процессом, что требует сопоставления последствий выполнения нетребуемых (ненужных) действий (излишнего управления) и невыполнения необходимых действий (недостаточное управление). Эти риски должны быть рассмотрены в контексте двух типов причин изменчивости, рассмотренных выше — особых и обычных причин (рис. 6.3^[3]).

Рис. 6.3. Управление процессом

Процесс действует в статистически управляемом состоянии, если источниками изменчивости являются только обычные причины, поэтому одной из функций системы управления производственными процессами является подача статистического сигнала в ситуациях, когда присутствуют особые причины изменчивости, и избежание подачи ложных сигналов в тех случаях, когда таких причин нет. Это позволяет принимать соответствующие действия по особым причинам (либо по их устранению, либо, если они выгодны, по их внедрению в процесс).

При рассмотрении воспроизводимости процесса необходимо учитывать два отчасти противоречащих друг другу момента:

• 1) воспроизводимость процесса определяется изменчивостью, которая происходит от обычных причин. Она представляет собой наилучшие возможности самого процесса (т. е. минимальный разброс), если он находится в статистически управляемом состоянии, безотносительно к расположению процесса относительно допуска;
• 2) для потребителей как внешних, так внутренних более важен общий результат процесса и его соответствие их требованиям (определенным как спецификации, каждая из которых показывает, что требуется для удовлетворенности потребителя) безотносительно к изменчивости самого процесса.

Так как процесс в статистически управляемом состоянии может быть описан предсказуемым распределением, то из последнего можно определить долю оборудования, соответствующего заданным требованиям. Поскольку процесс остается статистически управляемым, он не проявляет изменений в положении, разбросе или форме распределения и продолжает производить ту же долю оборудования, соответствующего требованиям. Первое действие над процессом должно быть связано с приведением процесса к целевому значению. Даже если разброс процесса неприемлем, приведение процесса к целевому значению позволяет производить минимальное число оборудования, не соответствующего требованиям. Действия над системой для снижения изменчивости от обычных причин (т. е. для снижения разброса) обычно требуются для того, чтобы улучшить способность процесса (и его выхода) постоянно соответствовать заданным требованиям.

Каждый процесс может быть проклассифицирован в зависимости от воспроизводимости и управляемости (табл. 6.1).

Таблица 6.7

Классификация процессов.

Чтобы быть приемлемым, производственный процесс должен находиться в статистически управляемом состоянии и присущая ему изменчивость (воспроизводимость) должна быть меньше, чем обозначенный допуск. Идеальной ситуацией является вариант 1, когда процесс статистически управляем и его способность соответствовать требованиям удовлетворительна. Вариант 2 означает, что процесс статистически управляем, но имеет чрезмерную изменчивость от обычных причин, которая должна быть снижена. Вариант 3 подразумевает, что процесс удовлетворяет требованиям, но не является статистически управляемым. Особые причины изменчивости должны быть идентифицированы и удалены. Вариант 4 — процесс и неуправляем, и неприемлем. Должны быть снижены вариации как по общим, так и по особым причинам.

Воспроизводимость используется как основа для прогнозирования с учетом представляемых процессом статистических данных только после того, как процесс станет статистически управляемым. Строить корректные прогнозы, основанные на данных, получаемых от нестабильного и непредсказуемого во времени процесса, невозможно.

После установления того факта, что производственный процесс стабилен и способен соответствовать требованиям в текущий момент, следует произвести долгосрочное исследование процесса. Данные должны собираться на протяжении такого времени и таким образом, чтобы включить все ожидаемые причины изменчивости, так как ряд причин может быть ненаблюдаемым при краткосрочном обследовании. Когда собрано достаточное количество данных, они наносятся на контрольную карту, и, если не найдены особые причины, вычисляются долговременные показатели воспроизводимости и пригодности процесса. Одной из целей подобного исследования является определение способности процесса удовлетворять требованиям потребителя в течение длительного времени со многими возможными причинами изменчивости, т. е. осуществляется количественная оценка пригодности процесса.

При применении концепции непрерывного совершенствования процессов производства в судостроении выделяются три стадии, образующие замкнутый цикл.

1. Анализ процесса. Основой для совершенствования процесса является понимание процесса. Ответы на следующие вопросы помогут лучше понять процесс:

Что должен делать процесс?

Что может быть не так?

Что может изменяться в этом процессе?

Что мы уже знаем об изменчивости процесса, какие параметры наиболее чувствительны к изменениям?

Что делает процесс?

Производит ли процесс брак или детали, требующие переделки?

Производит ли процесс продукцию, которая находится в статистически управляемом состоянии?

Воспроизводим ли процесс?

Надежен ли процесс?

Чтобы достичь лучшего понимания процесса, можно использовать такие методы, как групповые встречи, консультации с разработчиками процесса и обслуживающим его персоналом («эксперты по существу предмета»), рассмотрение истории процесса или анализ видов и последствий отказов.

• 2. Поддержание процесса. Когда лучшее понимание процесса достигнуто, процесс необходимо поддерживать на надлежащем уровне воспроизводимости. Но процессы изменяются со временем. Для того чтобы предотвратить нежелательные изменения, надо следить за пригодностью процесса. Желательные изменения также должны быть поняты и осуществлены. Построение и применение контрольных карт способствует эффективному наблюдению за процессом. Когда наблюдатель получает сигнал, что процесс изменился, должны быть приняты быстрые и эффективные меры для изоляции причин изменения и противодействия им.
• 3. Совершенствование процесса. Действия, описанные в двух первых пунктах, направлены на стабилизацию и поддержание производственного процесса. Однако для некоторых процессов потребитель чувствителен даже к изменениям внутри пределов технических требований. В этих случаях цель непрерывного усовершенствования не будет достигнута, пока изменчивость не будет снижена — для этого используются дополнительные средства анализа процесса, включающие статистические методы, такие как планирование экспериментов и контрольные карты.

Совершенствование процесса через уменьшение изменчивости обычно предусматривает целенаправленное введение изменений в процесс и измерение последствий этого. Целью является лучшее понимание процесса, которое, в свою очередь, позволяет снизить изменчивость от обычных причин. Результат этого снижения — повышение качества судостроительной продукции при меньших затратах.

После определения новых параметров производственного процесса цикл возвращается к первому пункту. Поскольку были сделаны изменения, стабильность процесса должна быть снова подтверждена. Затем процесс продолжает движение по циклу совершенствования.

• [1] ГОСТ Р 50 779.21—2004 Статистические методы. Правила определения и методырасчета статистических характеристик по выборочным данным. Часть 1. Нормальноераспределение.
• [2] ГОСТ ИСО 11 453—2005 Статистические методы. Статистические представленияданных. Проверка гипотез и доверительные интервалы для пропорций.
• [3] ГОСТ ИСО 11 453—2005 Статистические методы. Статистические представленияданных. Проверка гипотез и доверительные интервалы для пропорций.