Диссертация: Исследование воспроизводимости производственных процессов с учётом вариабельности систем измерений.

Актуальность исследования и степень разработанности проблемы. Высокий уровень качества продукции – определяющий фактор не только успеха, но и существования любого предприятия на конкурентном рынке. Доктор У.Э. Деминг утверждал, что «правильный процесс обеспечивает желаемый результат». Потребность в повышении качества процессов привела к поиску простых и понятных критериев их оценки, которые позволяют надёжно оценить текущее состояние дел, и быть уверенным в качестве выпускаемой продукции как со стороны потребителя, так и со стороны производителя. Одним из распространённых критериев оценки качества процессов служат индексы воспроизводимости, зарекомендовавшие себя в качестве удобных с практической точки зрения показателей. Этому способствовал стандарт ISO/TS 16949 (сегодня он известен как IATF 16949) и его приложения, прежде всего по статистическому управлению процессами (SPC – Statistical Process Control) и по анализу систем измерения (MSA – Measurement System Analysis). При этом за кажущейся математической простотой индексов воспроизводимости процессов (ИВП) скрыты большие сложности их правильного применения, которые зачастую не учитываются, что может приводить к неверным выводам и ошибочным управленческим решениям. Оценка качества процессов на основе расчета ИВП может применяться в качестве основы для принятия управленческих решений только при учёте всех ограничений данных показателей и применении системного подхода.
Цель работы – стандартизация усовершенствованного метода оценивания систем измерений при управлении качеством производственных процессов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Исследовать на объектах реального производства соответствие результатов многократных повторных измерений нормальному закону распределения; 2. Переработать метод оценивания систем измерений EMP III (Evaluating the Measurement Process) 1 , обосновав уточнённые границы классов приемлемости систем измерений; 3. Уточнить методологию практического применения ИВП с учётом вариабельности системы измерений; 4. Разработать процедуру обоснования приемлемых значений ИВП в зависимости от вариабельности систем измерений.
Объект исследования – стабильность и воспроизводимость производственных процессов, предмет исследования – влияние вариабельности систем измерений на оценку качества производственных процессов.
Научный базис решения проблем. Работа выполнена на основе применения принципов системно-статистического мышления и теории вариабельности У. Шухарта, развитых доктором У.Э. Демингом. Теоретические основы системного мышления были заложены в работах по кибернетике (Н. Винер, С. Бир), исследованию операций (Р. Аккоф, У. Эшби), системотехнике (Г. Гуд и Р. Мэкол), в трудах супругов Медоуз и в докладах Римского клуба. Доктор Деминг творчески обобщил идеи этих и многих других авторов применительно к проблемам теории вариабельности, которая продолжала развиваться за рубежом во многом благодаря его ученикам, последователям и соратникам, таким, как Д. Чамберс, Д. Уилер, Д. Балестраччи, а также Х. Кумэ, Г. Тагути и др. В России неоценимый вклад в дело изучения и практического применения методов SPC внесли такие учёные как Ю.П. Адлер, А.В. Глазунов, С.Ф. Жулинский, Ю.С. Клочков, Л.А. Конарева, В.А. Лапидус, М.Л. Рахманов, М.И. Розно, Е.И. Хунузиди, В.Л. Шпер. Исследованию ИВП посвятили свои работы М. Анис, Н.Л. Джонсон, В. Кейн, С. Котц, Д. Монтгомери, Х.-Й. Миттаг, У.Л. Пирн, О. Сенвар, С.Ю.О. Фират. Огромную работу в этом направлении начиная с 1990-х годов проделали Ю.П. Адлер и В.Л. Шпер. Исследованию систем измерений посвящено немало работ учёных, как перечисленных выше, так и многих других, например, Л. Ахмад, М. Аслам, M. Персейн, Т.П. Райн. В рамках данной работы изучены те источники, в которых прослеживается подход на основе теории вариабельности.
Соответствие исследования паспорту специальностей ВАК. Работа выполнена в соответствии с паспортом специальности ВАК 2.5.22 «Управление качеством продукции. Стандартизация. Организация производства», в области исследования «5. Методы оценки качества объектов, стандартизации и процессов управления качеством», «8. Разработка научно-практического статистического инструментария управления качеством», «9. Разработка и совершенствование научных инструментов оценки, мониторинга и прогнозирования качества продукции и процессов»
Научная новизна результатов диссертационного исследования заключается в разработке операционального метода оценивания систем измерений. Элементы новизны содержат следующие результаты исследования: 1. На основе данных реального производства показано, что функция распределения результатов измерений может не подчиняться закону Гаусса, в силу чего была разработана уточнённая методика оценивания систем измерений, независящая от функции распределения результатов измерений. 2. Построена математическая модель анализа влияния вариабельности системы измерений на качество управленческих решений, принимаемых на основе ИВП. 3. Рассчитаны значения ИВП (классических и по Тагути), зависящие от классов систем измерений, и обеспечивающие гарантированное соответствие требованиям потребителей.
Практическая и теоретическая значимость работы. Полученные в данной работе результаты теоретических и экспериментальных исследований повышают вероятность принятия правильных управленческих решений на основе анализа исходных данных, что способствует повышению удовлетворённости потребителей и росту конкурентоспособности как отдельно взятых предприятий, так и экономики в целом. Предложенный подход позволяет уменьшить разрыв между модельным описанием реальных процессов с помощью ИВП и их фактическим состоянием. На основании анализа достоинств и недостатков методик EMP III и MSA разработан новый метод оценивания систем измерений, объединяющая положительные стороны существующих подходов. Разработанный автором проект национального стандарта Российской Федерации “Оценивание и мониторинг систем измерений принят к рассмотрению секретариатом ТК 125 «Применение статистических методов» (письмо №ТК 125/188 от 16.05.2022 г.). Результаты научной работы апробированы на АО «Мытищинский машиностроительный завод» (АО «ММЗ») (г. Мытищи, Московская обл.) и ООО «Производственная компания «Чебоксарский агрегатный завод» (ООО «ПК «ЧАЗ») (г. Чебоксары, Чувашская Республика), а также внедрены на АО «Нижегородский завод 70- летия Победы» – ПАО «Нижегородский машиностроительный завод» (г. Нижний Новгород, Нижегородская обл.), АО «Резинотехника» (г. Балаково, Саратовская обл.), АО «ТЯЖМАШ» (г. Сызрань, Самарская обл.) и ООО «РЕЙЛКОМП» (г. Новочеркасск, Ростовская обл.). Материалы диссертационной работы могут быть использованы при разработке курса лекций и семинаров по менеджменту качества, статистическому управлению процессами и метрологии. Проведённое исследование позволит изменить сложившиеся стереотипы относительно: - пренебрежения оценкой (или анализом) систем измерений до начала сбора данных для оценки качества процессов; - незначительности влияния вариабельности систем измерений на такие показатели качества производственных процессов как ИВП; - предположения о том, что все или почти все данные, в том числе и разброс результатов измерений, подчиняются нормальному закону распределения, и не требуют проверки соответствия данному закону; - определения ожидаемой доли брака (ДБ) на основе ИВП без учёта особенностей процессов.
Степень достоверности и обоснованности. Основные научные положения, изложенные в работе, подтверждены результатами экспериментальных и расчётнотеоретических исследований. Примененный аппарат математической статистики, а именно: дисперсионный анализ, теория вариабельности, методы визуализации данных, разведочный анализ данных – позволяют обосновать достоверность научных результатов работы.
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на II Международном научно-практическом форуме «Инновационное и устойчивое развитие сложных социально-экономических систем (CSES 2022)», XXI Международной научнопрактической конференции «Управление качеством» (на базе ООО «УНЦ ЭКОС») и 13th DQM INTERNATIONAL CONFERENCE г. Чачак (Сербия). Материалы диссертационной работы были представлены на XLVIII Международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения» в марте 2022 г., на заседании кафедры СиАК НИТУ «МИСиС» в г. Москва (Россия) и на заседании кафедры «Производство летательных аппаратов и управление качеством в машиностроении» ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 (восемь) научнотехнических статьей, в том числе 4 (четыре) в рецензируемых ВАК журналах и сделано 3 (три) доклада на научных конференциях и семинарах.
Личный вклад автора. При активном участии автора разработан модифицированный метод оценивания систем измерений и создан алгоритм совершенствования производственных процессов с использованием ИВП. Рекомендации, разработанные автором, подтверждены результатами выполненных им исследований на разных заводах.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, выводов и библиографического списка из 296 наименований. Общий объём диссертационной работы201 страница, в том числе рисунков 59, таблиц 21 и приложений 6.