Подписка
Автор: 
Алексей Георгиевич Бойцов

Задача обеспечения качества изделий машиностроения является ключевой. Низкое или ограниченное качество неизбежно влечет за собой целый ряд неблагоприятных последствий, таких как: подрыв авторитета производителя, уменьшение количества заказов, снижение прибыли, увеличение затрат на выполнение текущих и гарантийных ремонтов и в итоге — потерю конкурентоспособности на рынке.

 

 

Качество является сложным разноплановым понятием, по-разному понимаемым изготовителем, потребителем и обществом в целом. Его можно рассматривать как:
1. Качество изготовления (рис. 1).
2. Качество продукции — свой­ство удовлетворять требования потребителя.
3. Качество как категория, определяющая прибыль и конкурентоспособность.

 

Рис. 1. Факторы, влияющие на качество изготовления

Рис. 1. Факторы, влияющие на качество изготовления

 

 

В повышении уровня качества выпускаемой продукции заинтересован как потребитель, так и изготовитель продукции. Потребителю важно получить:
— в приемлемые сроки обеспечивающее свое функциональное назначение надежное изделие с требуемыми параметрами;
— качественный и своевременный сервис;
— соответствие цены фактическим характеристикам изделия.

 

 

Изготовитель заинтересован в:
— расширении доли рынка и продвижении своих товаров на новые рынки, увеличении объемов продаж;
— снижении потерь в период гарантийного обслуживания;
— получении более высокой прибыли.

 

 

При этом общественно значимыми аспектами успешного производства качественной продукции являются:
— минимальное загрязнение окружающей среды:
— сбережение энергоресурсов и налоговые отчисления;
— занятость и решение социальных вопросов.

 

 

Качество продукции определяется множеством групп параметров:
— назначения;
— надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость);
— экономических (затраты на разработку, изготовление, эксплуатацию и утилизацию);
— эстетических (информационная выразительность, рациональность формы), совершенство производственного исполнения и товарного вида: качество покрытий и отделки поверхностей, устойчивость к повреждениям);
— эргономики (гигиенические, антропологические, физиологические, психофизиологические и др.);
— технологичности (коэффициенты технологичности по трудоемкости, себестоимости, унификации и т. д.);
— соответствия стандартам;
— патентно-­правовых (патентной защиты, патентной чистоты, территориального распространения);
— экологических (уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации);
— безопасности (особенности продукции, обеспечивающие безопасность человека);
— транспортабельности (габаритные размеры, масса, требования к условиям транспортирования).

 

 

Качество продукции в процессе производства обеспечивается за счет:
— планирования и организации работ по техническому контролю и испытаниям продукции, контролю технологии производства, технической диагностике оборудования, технической диагностике систем обеспечения, контролю состояния производственной среды;
— метрологического обеспечения производства и качества продукции;
— контроля и испытаний на различных стадиях производства продукции;
— контроля технологической дисциплины;
— проведения профилактики и планово-­предупре-дительных ремонтов оборудования;
— обеспечения качества используемого инструмента, оснастки и приспособлений;
— аттестации производства, технологических процессов, рабочих мест, оборудования, оснастки, инструмента, деталей и сборочных единиц собственного изготовления;
— обеспечения качества во время внутрицеховой и межцеховой транспортировки;
— высокой квалификации персонала и производственной дисциплины;
— функционирования системы учета и оценки затрат на обеспечение качества продукции.

 

 

Необходимый уровень качества устанавливается на стадии исследований и проектирования на основе анализа лучших научно-­технических достижений с учетом минимизации затрат.
Повышение качества продукции, как правило, сопровождается увеличением затрат на ее производство, однако последние могут быть снижены использованием достижений научно-­технического прогресса, повышением уровня организации производства и производительности труда.

 

 

Деятельность изготовителя в направлении повышения качества выпускаемой продукции должна быть четко ориентирована на потребителя. При этом ему необходимо выявлять потребителей и определять их требования к продукции, реализовывать эти требования и оценивать опыт применения и степень удовлетворенности потребителя выпускаемой продукцией. Для завоевания рынка необходимо не только обеспечивать необходимый уровень качества, но и наделять продукцию новыми свой­ствами и возможностями, привлекательными для потребителя. Известна концепция четырех уровней качества:

 

 

Первый уровень — «соответствие стандарту», когда качество оценивается как соответствующее или не соответствующее требованиям стандарта (стандартов). Например, применительно к станкостроению — качество станка, соответствующего требованиям стандарта по установленным им параметрам (жесткости, точности, габаритам обрабатываемых заготовок, мощности приводов, диапазонов скоростей и подач и проч.)

 

 

Второй уровень — «соответствие использованию». В этом случае продукция кроме соответствия требованиям стандарта должна удовлетворять высоким эксплуатационным требованиям. Например, это станок, дополнительно обеспечивающий удобство вспомогательных переходов по манипуляциям с заготовкой и инструментом, удаления стружки, ремонта и др.

 

 

Третий уровень — «соответствие фактическим требованиям рынка» — означает высокое качество при низкой цене. Основным путем достижения низкой стоимости при высоком качестве является умное производство, основанное на рациональной организации, заинтересованности и сознательности рабочих и постоянных усилиях по обеспечению качества.

 

 

Четвертый уровень — «соответствие скрытым потребностям» — определяется тем, что преимущество получает продукция, учитывающая определенные скрытые потребности. Станок с дополнительными возможностями измерения инструмента и деталей, дополнительными управляемыми координатами, устройствами, обеспечивающими встраиваемость в гибкие автоматизированные системы, дополнительные приспособления, столы, палеты и т. д.

 

 

Целью изготовителя является производство продукции в соответствии с плановым заданием и с уровнем качества, сформированным на этапе исследования и проектирования, а также повышение качества продукции на основе опыта эксплуатации путем улучшения свой­ств продукции и совершенствования технологии производства при соблюдении установленных экономических показателей. А основным критерием оценки качества на стадии изготовления служит степень соответствия фактических технико-­экономических параметров изготовленного изделия проектной документации.

 

 

Основными элементами управления качеством на стадии изготовления являются:
1. Ориентация на постоянное совершенствование процессов и результатов труда во всех подразделениях.
2. Ориентация на контроль качества технологических процессов, а не качества продукции.
3. Ориентация на предотвращение возможности допущения дефектов.
4. Исследование и анализ возникающих проблем по принципу восходящего потока, т. е. от последующей операции к предыдущей.
5. Закрепление ответственности за качество результатов труда за непосредственным исполнителем.
6. Развитие потенциала рабочих и служащих, использование творческой активности работников, систематическое и повсеместное обучению персонала.
7. Широкое внедрение научных разработок в области управления и технологии изготовления, автоматизированных систем проектирования и производства.
8. Высокая степень компьютеризации операций управления, анализа и контроля за производством.

 

Одним из важнейших направлений повышения и обеспечения качества продукции является сотрудничество и взаимное доверие поставщиков исходных материалов и комплектующих с производителем. Широкое распространение получила практика создания производителем собственной субподрядной сети, которая работает с ним на долгосрочной основе. Практика показывает, что даже в условиях свободной конкуренции подобный принцип оказывается более эффективным, чем практикуемый конкурс поставщиков. При наличии доверительных отношений с поставщиками обеспечивается переход на систему доверия, которая дает значительную экономию времени и средств, необходимых на проведение входного контроля материалов и комплектующих от поставщика.

 

Разработанные стандарты серии ИСО 9000 применимы к системам менеджмента качества, а не к продукции. Они содержат универсальные требования и рекомендации, которые в той или иной степени могут быть применены к деятельности любой организации, но не регламентируют свой­ств выпускаемой продукции, которые определяются потребностями потребителей и соответствующими техническими стандартами. Другая группа стандартов (ГОСТ Р 56020–2014, ГОСТ Р 56407–2015) регламентирует концепцию lean (бережливого производста), направленную как на устранение неоправденных потерь на операции, не добавляющие новых свой­ств и ценности выпускаемой продукции (система 5S), так и непревывного улучшения всех сторон обеспечения качества продукции, технологий, бизнес-­процессов, корпоративной культуры, производительности, надежности, конкурентоспособности, лидерства и т. д. К таким потерям относятся: перепроизводство, избыток запасов, ненужные транспортировки, ненужные перемещения работников, простои оборудования, работников и неравномерность, лишние этапы обработки, выпуск дефектной продукции, нереализованный творческий потенциал сотрудников и др.

 

Важнейшими принципами бережливого производства являются: командная работа, самодисциплина, позитивный настрой даже в кризисные моменты, создание условий труда для сотрудников (вознаграждения, выгодное кредитование, поощрения и т.д), нацеленность на высокую конкурентоспособность — всё, что может быть улучшено, должно быть улучшено.

 

 

Ожидается, что подходы к управлению и обеспечению качества значительно изменятся в связи с началом четвертой промышленной революции называемой «Индустрия 4.0» (рис. 2). В основе Индустрии 4.0 лежит промышленный интернет вещей (IIoT) и киберфизические системы  (рис. 3) — интеллектуальные автономные системы, которые используют компьютерные алгоритмы для мониторинга и управления физическими «вещами», среди которых оборудование, роботы и транспортные средства. Индустрия 4.0 делает все звенья «умными» — от умных производств и фабрик до умных складов и логистики. Проявлениями Индустрии 4.0 является принятие в ряде стран программ: Industrie 4.0 (Германия), Сделано в Китае 2025 (Китай), Connected Factories (Япония), Industrial Internet (США), направленных на усиленную интеграцию киберфизических систем, в заводские процессы.

 

Рис. 2. Элементы производства Индустрии 4.0

Рис. 2. Элементы производства Индустрии 4.0

 

Рис. 3. Элементы «киберфизической системы»

Рис. 3. Элементы «киберфизической системы» 

 

 

Индустрия 4.0 требует применения множества групп цифровых технологий, основными из которых являются:
1. Аддитивные технологии.
2. Моделирование и визуализация.
3. Интеграция систем.
4. Интернет вещей.
5. Кибербезопасность.
6. Облачные сервисы.
7. Дополненная реальность.
8. Виртуальная реальность.
9. Автономные роботы, роботизация.
10. Планирование и анализ онлайн.
11. Искусственный интеллект.
12. Энергоэффективные технологии.
13. Альтернативная энергетика.
14. Большие данные и аналитика.
15. Дистанционное обслуживание.

 

 

Применительно к машиностроительному производству в настоящее время эффективно внедряются отдельные элементы Индустрии 4.0, в частности:
— Очки дополненной реальности. Рабочий в них может видеть необходимые инструкции по его работе, распознавать элементы и выполнять их сборку и соединение, используя цифровые модели изделия.
— Модули моделирования и визуализации. При подготовке управляющих программ в системах CAM технолог может произвести симуляцию обработки детали на виртуальном станке и убедиться в отсутствии столкновений органов станка и зарезов детали.
— Программное объединение станков в единую систему, систематизирующую данные и сигнализирующую о таких событиях, как простой, перегрузка, вибрации, износ узлов, времени работы в машинном режиме, времени выполнения операций и т. д.
— Самодиагностика оборудования. При выходе установленных параметров за допускаемые пределы система станка сообщит о возникших неисправностях и определит комплекс необходимых мероприятий по их устранению вплоть до заказа запасных частей, предупредит о плановых ремонтах или проверках.
— Автоматический заказ компонентов, обеспечивающий подачу на сборку изделия необходимых комплектующих согласно схемам сборки и плановым заданиям.
— Чипизация заготовок, инструмента и приспособлений. Технологическое обрудование производственных систем (линий, ячеек) считывает с микрочипов необходимые данные для автоматической организации технологических операций.
— Автоматическое перемещение заготовок и деталей с автоматизированных складов и между рабочими местами.

 

На заводах, внедряющих Индустрию 4.0, каждый аспект производства связан, отслеживается и анализируется, начиная от планирования производства и виртуального моделирования, до анализа потребляемой энергии, управления инструментами и технического обслуживания. Целью является повышение производительности и качества продукции при сокращении времени непроизводственных затрат.

 

 

В заключение рассмотрим некоторые особенности современного производства, ориентированного на гарантированное обеспечение качества продукции, на примере японской станкостроительной компании Mazak.
Mazak производит продукцию исключительно на заказ. Используется 4 уровня контроля качества продукции. Первый уровень — исполнитель подтверждает качество своей работы личным клеймом. Второй уровень — выборочный контроль обычных и стопроцентный контроль особо ответственных деталей службой контроля качества. Третий уровень — контроль на этапе сборки. Четвертый уровень — контроль при испытаниях. При сборке и испытаниях станков контролируются и фиксируются более 700 параметров. Вся история производства каждого станка хранится 7 лет.

 

 

Все производственные процессы ориентированы на минимизацию ручного труда. Высокий уровень автоматизации производства обеспечивает круглосуточную работу без выходных:
— станки интегрированы в автоматизированные технологические линии;
— в зависимости от габаритов, веса, сложности и особенностей обрабатываемых заготовок их установка на палеты производится роботами или рабочими;
— автоматизированные инструментальные склады и склады заготовок.

 

Сборка ведется вручную по четко заданным графикам. Мониторинг производственного процесса осуществляется в единой компьютерной сети с использованием системы штрих-кодов на маршрутно-­технологических картах. Каждый работник после выполнения своей операции сканирует карту. В результате данные по сети фиксируются в производственном графике. Таким образом собирается информация для отслеживания хода исполнения конкретного заказа и принятия, при необходимости, корректирующих управленческих решений.

 

Организационная структура заводов включает в себя следующие подразделения:
— управленческое звено — управление заводом, логистика, диспетчирование;
— конструкторско-­технологическая группа (разработка КД, ТД и УП);
— гибкие многономенклатурные производства (кибер-­производства): лазерный раскрой листовых материалов, производство кожухов, электрошпинделей, шаровых винтовых пар, станин, узлов и агрегатов, станка;
— сборка и испытания;
— демонстрационные и учебные участки с действующим оборудованием.

 

 

На заводах реализуются комплексные решения гибкого многономенклатурного производства, основанного на принципе «безлюдной технологии» — киберпроизводственного центра (Cyber-­Production Center), с использованием обрабатывающих центров и систем сменных палет с закрепленными деталями (Palettech System). Такие производства обеспечивают круглосуточную автоматическую работу (720 часов в месяц), в три смены (одна смена без вмешательства операторов). Управление такой производственной системой на Mazak осуществляется пакетом программ software Cyber-­Monitor, состоящем из четырех составляющих: управляющие программы MatrixCam, «Киберсетевой график», Cyber Tool Management и «Кибермонитор» — анализ загрузки станка по времени и мощности на шпинделе.

 

 

Коэффициент загрузки гибких многономенклатурных производств достигает 90–96%. При вероятном выходе из строя одного станка в линии производительность снижается только на производительность одного станка из общей численности, а не в разы, как на обычных автоматических линиях.

 

Дополнительными преимуществами производственной системы являются:
— значительное снижение влияния человеческого фактора;
— кратное уменьшение числа рабочих и обслуживающего персонала;
— высокое качество, надежность, эргономичность и производительность оборудования;
— сокращение срока окупаемости;

 

 

Mazak разработала технологию Smooth, которая позволяет внедрять элементы Industry 4.0, используя принципы анализа и управления данными всех заводов и цехов, что позволяет регулировать и принимать качественные и эффективные решения, повышать производительность и увеличивать объемы производства.

 

 

Важно то, что эта система расширяемая. По мере увеличения производства и внедрения нового оборудования или средств автоматизации система Smooth может быть расширена в соответствии с новыми требованиями производства. Она содержит несколько взаимосвязанных элементов:
— Smooth Ai Spindle использует технологию Ai для оптимизации условий резания, отслеживает вибрации шпинделя и изменяет режимы резания (подачу и скорость резания) для исключения этих вибраций. При достижении оптимальных процессов характеристики сохраняются в управляющей программе станка.
— Ai Thermal Shield служит для автоматической компенсации тепловых деформаций для повышения точности обработки.
— Smooth Project Manager управляет данными по обработке, включая управляющую программу, характеристики инструмента и оснастки. Он разработан для совместной работы с SmoothCAM Ai. Передача и обработка данных может использоваться в сочетании с программным обеспечением CAD/CAM. Этот функционал экономит время и усилия оператора и обеспечивает полноту и достоверность данных, передаваемых из компьютера в станок.
— Smooth CAM Ai. С помощью этого программного обеспечения можно готовить и моделировать программы обработки на офисном персональном компьютере.
— Smooth Robot Cell Controller позволяет управлять автоматическими роботами–загрузчиками заготовок.
— Robot Setup assist позволяет операторам создавать программу управления роботом непосредственно из системы управления станком. Используя основную информацию, такую как размеры заготовки и схема базирования.

 

 

Такая система взаимосвязанных программных и технических средств способствует повышению производительности и качества продукции.

 

 

Литература

  1. Клаус Шваб, Николас Дэвис. Технологии четвёртой промышленной революции / Shaping The Fourth Industrial Revolution. — Эксмо, 2018. 320 с. ISBN 978-5-04-095565-7.
  2. Управление качеством в процессе производства: Учебное пособие / Зайцев Г. Н. М.: ИЦ РИОР, НИЦ ИНФРА-М, 2016. 164 с.
  3. Леонов О. А. Управление качеством: учеб. / О. А. Леонов, Г. Н. Темасова, Ю. Г. Вергазова. Санкт-­Петербург: Лань, 2018.180 с.

 

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 2-2022

 

 

 

Внимание!
Принимаем к размещению новости, статьи
или пресс-релизы с ссылками и изображениями.
ritm@gardesmash.com

 

Реклама наших партнеров