CC BY
23
УДК 004.12; .001.63
Методика обеспечения показателей качества промышленной продукции
В. М. Медунецкий, С. В. Солк
В работе рассмотрено новое видение термина «качество» с учетом достигнутой результативности и необходимых ресурсов для его обеспечения. Предложена методика обеспечения качественных показателей изделий, основанная на анализе его жизненного цикла. Показано, что одним из качественных показателей нового проекта является время, затраченное на его осуществление. Предложенные подходы рассмотрены на примерах изготовления оптических систем с металлооптическими элементами.
Ключевые слова: качество, жизненный цикл изделия, металлооптический элемент, алмазное микроточение.
Введение
Сегодня основным условием стабильного развития любого государства является конкурентоспособность его промышленной продукции. Как показывают результаты многочисленных исследований, в настоящее время конкурентоспособность продукции в первую очередь зависит от ее качества, а затем уже от остальных факторов. Поэтому вопросы обеспечения качества продукции являются крайне важными и нередко приоритетными. Однако анализ как литературных источников, так и нормативных документов, показывает наличие существенных разночтений в определении понятия «качество» уже на терминологическом уровне. В данной работе предпринята попытка взглянуть на качество под новым углом зрения и предложить подходы к его обеспечению.
Неоднозначность понятия термина «качество»
В современных российских и международных нормативных [1, 2] и литературных источниках [3, 4] приводится большое количество различных определений термина «качество». Определения носят зачастую взаимоисключающий характер и в основном сводятся к двум направлениям:
• под качественной продукцией понимается продукция с высокими, предельно до-
стижимыми качественными показателями — своего рода техническое совершенство;
• качественной считается продукция, максимально удовлетворяющая ожидания потребителя.
На наш взгляд, такие подходы не совсем верны. Далеко не всегда требуется продукция с предельными или высокими характеристиками как по техническим, так и по экономическим соображениям. Ожидания в современном обществе потребления в условиях массового производства во многих случаях формируются под действием рекламы и часто не соответствуют реальным нуждам потребителя. В работах, опубликованных в последние годы, подчеркивается, что общество с развитой рыночной экономикой требует от инженера все большей ориентации на маркетинг и психологию потребителя.
В некоторых случаях при определении качества продукции говорят о ее экономической эффективности — отношении полученной прибыли к затратам на ее создание и эксплуатацию. Но помимо финансовых ресурсов следует учитывать временные, людские, технические и другие ресурсы, необходимые для выпуска продукции. Требуется учесть и такой важный фактор, как ненанесение ущерба окружающей среде или минимизация этого ущерба.
Если подходить к определению эффективности формально, то может оказаться так, что эффективность некомфортного, устаревшего морально, неэкологичного и часто ломающегося
устройства, но при этом дешевого в производстве и не требующего квалифицированного обслуживания, окажется весьма высокой.
На наш взгляд, более правильным, в отличие от существующих, является подход к проблеме обеспечения качества промышленной продукции с позиций достижения необходимой результативности и учета требуемых для этого затрат ресурсов. Под результативностью понимается степень, в какой реализована запланированная деятельность и достигнуты запланированные результаты [2].
Можно сказать, что качество — совокупность свойств продукции, позволяющих с заданной результативностью выполнять определенные функции, установленные или предполагаемые, с учетом требуемых затрат ресурсов (временных, людских, технических, экономических и экологических) на ее разработку, изготовление и эксплуатацию.
Такое определение термина «качество» может быть применено как к высокотехнологичным приборам для научных исследований и продукции военного назначения, так и к недорогим и не слишком сложным и совершенным изделиям широкого потребления.
Методика обеспечения качественных показателей изделий во взаимосвязи с их жизненным циклом
Показатель качества продукции [1] — это количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, входящих в ее качество, рассматриваемых применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления. В практике применяются следующие группы показателей: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, транспортабельности, унификации, патентно-правовые, экологические и безопасности. В зависимости от назначения изделия, условий изготовления или эксплуатации некоторые указанные группы могут не использоваться.
Можно предложить такую методику, согласно которой еще при проектировании изделия необходимо рассмотреть его полный жизненный цикл, определить требуемые качественные показатели и установить, на каких стадиях жизненного цикла они будут обеспечиваться с учетом затрат ресурсов на их обеспечение и наличия этих ресурсов.
Методика включает следующие этапы.
1. Определение цели проекта и качественных показателей, которые требуется обеспечить. На этом этапе также определяется степень значимости (важности) различных качественных показателей.
2. Рассмотрение жизненного цикла изделия и вариантов обеспечения качественных показателей на его различных стадиях.
3. Выявление взаимного влияния выбранных вариантов. Например, улучшение показателей надежности может ухудшить показатели назначения, а улучшение показателей экологичности — ухудшить показатели технологичности.
4. Определение необходимых затрат ресурсов для всех вариантов. Принятие решения.
Рассмотрим предложенную методику на примере проектирования инфракрасной (ИК) оптико-механической системы (ОМС). Производство таких систем является наукоемким и высокотехнологичным процессом. Поэтому их гораздо меньше, чем, например, производителей систем видимого диапазона. Предложенные решения могут применяться при проектировании и других видов точных приборов и машин.
Жизненный цикл изделия (укрупненно) состоит из следующих этапов: концептуали-зация—проектирование—изготовление—про-ведение испытаний—реализация—эксплуа-тация—утилизация. При необходимости могут вводиться дополнительные этапы, а приведенные рассматриваться более подробно. Например, этап производства состоит из производства оптических и механических деталей, сборки и юстировки, контроля параметров ОМС.
На этапе концептуализации определяются наличие потребности в изделии, техническая возможность и экономическая целесообразность его изготовления. Для ИК системы одним из факторов, существенно влияющим на показатели назначения, является собственное тепловое фоновое излучение как оптических элементов, так и механических — корпусов, оправ, диафрагм. Возможные пути решения: использование приемов уменьшения фоновой засветки, традиционно применяемых в «теплой» ИК-оптике, или захолаживание ОМС до азотных или гелиевых температур [5]. Проектирование, изготовление и испытание глу-бокоохлаждаемых ОМС более сложно и затратно, но позволяет достичь более высоких показателей назначения, таких как чувствительность, дальность обнаружения целей.
№ 1(73)/2013
39
Оптические элементы для глубокоохлаж-даемых систем целесообразно изготавливать из металлов и их сплавов. Это связано с их высокой теплопроводностью и технологичностью. Возможно получение как рабочих (оптических), так и базовых поверхностей с гладкими или резьбовыми отверстиями, на единой заготовке с их точным взаимным расположением [7]. Такие конструкции получили название металлооптические элементы (МОЭ) [6]; они представляют собой детали точной механики с элементами оптики. Для глубокоох-лаждаемых МОЭ в первую очередь используются алюминиевые сплавы, например 1201 и Амг-6. Использование МОЭ позволяет применить такую прогрессивную технологию, как алмазное микроточение (АМТ), под которым понимается формообразование оптических поверхностей резцом из природного моноки-сталлического алмаза на сверхпрецизионном станке.
Несмотря на высокую стоимость используемого оборудования, жесткие требования к помещениям (вибрационные, температурные, акустические, противопылевые ограничения), специфические требования к инструменту, технология АМТ успешно развивается. С каждым годом растет число материалов, для которых разработана технология АМТ: это медь, алюминий и их сплавы, серебро, золото, платина, свинец, гальванический никель, магниевые сплавы, германий, кремний, селенид цинка, полиметилметокрилат и многие другие.
АМТ по сравнению с альтернативными технологиями — в первую очередь с традиционным полированием — обладает значительными преимуществами:
• АМТ можно изготовить такие сложные поверхности, получение которых другими способами крайне сложно или невозможно, — это асферики высших порядков, W-аксиконы;
• технология высокопроизводительная — в ряде случаев АМТ оптический элемент может быть изготовлен за несколько часов, в то время как на полирование пришлось бы затратить не меньше месяца;
• АМТ можно сразу получить зеркальную поверхность, что позволяет применять интерференционные методы контроля на всех стадиях обработки, исключив трудоемкие и недостаточно точные контактные методы контроля;
• при АМТ отсутствует шаржирование обрабатываемой поверхности зернами абразива.
Одним из основных требований, предъявляемых к качеству глубокоохлаждаемых ОМС, является деформация волнового фронта в услових рабочих (криогенных) температур. Данное требование может выполняться на следующих этапах жизненного цикла.
1. На стадии проектирования. Следует предусмотреть использование материала с одинаковым коэффициентом линейного расширения по всем направлениям. В противном случае при захолаживании МОЭ на рабочей поверхности появится «астигматизм».
2. На стадии изготовления. Вариант 1 — изготовить МОЭ и измерить (на специальном криовакуумном стенде) величину и направ-ленние «астигматизма» при рабочих температурах. При сборке ориентировать МОЭ друг относительно друга для максимальной компенсации «астигматизма». Вариант 2 — при формообразовании на станке АМТ ввести искусственный дисбаланс заготовки и получить направленный «астигматизм», который исчезнет при рабочей температуре.
Как показала практика, для ИК-объективов одним из слабых мест являются оптические покрытия. Обеспечение показателей надежности может осуществляться:
• на этапе проектирования — выбор покрытий повышенной стойкости; необходимо учитывать, что такое решение может привести к ухудшению спектрального пропускания объектива;
• на стадии производства — использование нового современного оборудования, более чистых пленкообразующих материалов;
• на стадии эксплуатации — периодическая замена МОЭ, переточка рабочих поверхностей.
Варианты обеспечения качественных показателей изделий должны рассматриваться отдельно для единичного образца и серийных образцов. В противном случае опытный образец изделия может не пройти испытания или, наоборот, образец изделия, прекрасно показавший себя в единичном исполнении при серийном производстве, может оказаться малопригодным к эксплуатации. При переходе от единичного образца к серийным образцам в конструкцию могут вноситься изменения, связанные с недостатками, выявленными на этапе проведения испытаний. Изменения могут быть связаны с изменением технологии изготовления отдельных деталей и узлов. Например, лепестки диафрагм сложной формы в единичном производстве изготавливаются с использовани-
ем лазерной резки с компьютерным управлением, а в серийном — используется дорогостоящая оснастка для вырубки лепестков.
Далее необходимо определить затраты ресурсов, необходимых для реализации каждого из вариантов, и выбрать наиболее целесообразные.
Организационно-технические мероприятия, сокращающие время выпуска опытного образца изделия
У предприятий—производителей высокоточной наукоемкой продукции наметились два подхода к ее изготовлению.
Первый — производство продукции с универсальными характеристиками («на склад»). Это позволяет применить технологии серийного производства и значительно удешевить продукцию, но не позволяет максимально удовлетворить требования потребителей.
Второй путь — более затратный как в финансовом, так и во временном плане. Это расчет, проектирование, изготовление опытного образца изделия и проведение всесторонних испытаний по техническому заданию конкретного потребителя. В частности, при производстве ИК-объективов лишь такой подход позволяет учесть конструкцию и свойства используемого фотоприемного устройства, оптимизировать массу и габаритные размеры объектива в соответствии с требованиями потребителя и добиться максимально возможных оптических характеристик. При таком подходе одним из важнейших качественных показателей является время от получения технического задания на разработку до выпуска опытного образца.
Для повышения конкурентоспособности за счет уменьшения временных затрат в ряде случаев целесообразно использовать следующую схему организации работы. На стадии выполнения оптического расчета определяют количество оптических элементов (ОЭ), их габаритные размеры и материалы, из которых они должны быть изготовлены. После этого, не дожидаясь окончания расчета, заказывают необходимые заготовки с припусками, допускающими некоторое изменение габаритных размеров ОЭ. Основными материалами, используемыми в ИК-объективах, являются германий, кремний, селенид цинка, инфракрасные стекла и другие материалы, поставка которых может занимать длительное время — до нескольких месяцев. Особенно это
характерно для заготовок диаметром более 100-150 мм. После получения заготовок осуществляют их контроль, определяют фактические значения оптических характеристик, необходимых для корректировки оптического расчета. После этого, не дожидаясь окончания разработки конструкторской документации (КД), начинают изготовление ОЭ, в первую очередь с длительным технологическим циклом изготовления.
После начала разработки КД, когда определены габаритные размеры механических деталей и материалы, из которых они должны быть изготовлены, заказывают заготовки, имеющие длительный срок поставки. Это заготовки из литейного инвара, титана, бескислородной меди, специальных сортов бронзы и др. Оптимальным является вариант, когда к полному окончанию разработки КД закуплены и проконтролированы все необходимые заготовки как ОЭ, так и механических деталей, а наиболее трудоемкие детали уже изготавливаются.
Существенное сокращение времени может дать наличие информации о фактической загрузке оптического, механического и сборочного производств к моменту начала изготовления опытного образца. Обладая такой информацией на стадии проектирования, можно путем упрощения или усложнения конструкции деталей, перегруппировки допусков оптимизировать процесс изготовления и сократить время. Например, при наличии высококвалифицированных сборщиков и времени на сборку и менее высокую квалификацию оптиков и механиков целесообразно упростить конструкцию, расширить допуски на отдельные детали, а точностных параметров добиваться при сборке изделия. При обратной ситуации — ужесточить допуски, усложнить конструкцию деталей с целью упростить сборку.
Выводы
1. Рассмотрен подход к определению качества промышленной продукции с учетом достигнутой результативности и требуемых для этого затрат ресурсов.
2. Предложена методика обеспечения качественных показателей продукции, в основе которой лежит рассмотрение вариантов их ресурсного обеспечения на различных стадиях жизненного цикла.
3. Предложен подход к повышению конкурентоспособности изделий за счет умень-
шения времени изготовления их опытного образца. Даны рекомендации по проведению организационно-технических мероприятий.
Литература
1. ГОСТ 15467-79.
2. ИСО 9000: 2005.
3. Федюкин В. К. Квалиметрия. Измерение качества промышленной продукции: Учеб. пособие М.: КНОРУС, 2009. 320 с.
4. Канне М. М., Иванов Б. В., Корешков В. Н., Схиртладзе А. Г. Системы, методы и инструменты менеджмента качества. 2-е изд. СПб.: Питер, 2012. 576 с.
5. Любарский С. В., Олейников Л. Ш., Лебедева Г. И. [и др.]. Криообъектив «Асфар-22» для охлаждаемого телескопа // Опт. журн. 2002. Т. 66. № 2. С. 44-49.
6. Справочник технолога-оптика / Под ред. М. А. Ока-това. 2-е изд., пер. и доп. СПб.: Политехника, 2004. 679 с.
7. Solk S., Shevtsov S., Iakovlev A. Designing of optical elements manufactured by diamond turning // SPIE. 2000. Vol. 4231. P. 181-188.
Издательство «Политехника» предлагает
\t л riAM.M л г. ГОМЛНПВ IUI ПГЛПШГКИИ
и посадки
Допуски и посадки: Справочник: В 2 ч. /М. А. Палей, А. Б. Романов, В. А. Брагинский. — 9-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2009. — 530 с. : ил. ISBN 978-5-7325-0885-7 Цена: 1155 руб.
Допуски и посадки
Справочник содержит основные материалы по расчету и применению в машино- и приборостроении Единой системы допусков и посадок (ЕСДП), а также сведения об основных нормах взаимозаменяемости (ОНВ).
В части 1 рассмотрены допуски и посадки гладких соединений, шероховатость, допуски формы и расположения поверхностей.
В части 2 содержатся материалы по расчету размерных цепей, ОНВ резьбовых, шлицевых и других соединений, зубчатых и червячных передач, подшипников, допуски и посадки конических соединений, допуски и посадки изделий из пластмасс и древесины и других типовых соединений и изделий. Справочник предназначен для ИТР, занимающихся конструированием и изготовлением машин и механизмов для всех отраслей техники, преподавателей и студентов технических университетов и колледжей.
Принимаются заявки на приобретение книги по издательской цене. Обращаться в отдел реализации по тел.: (812) 312-44-95, 710-62-73, тел./факсу: (812) 312-57-68, e-mail: [email protected], на сайт: www.polytechnics.ru.
Сведения об авторах
Медунецкий Виктор Михайлович — д-р техн. наук, профессор кафедры технологии приборостроения СПбНИУ ИТМО. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49; тел. 8-965-762-50-01, e-mail: [email protected]
^лк Сергей Вольдемарович — канд. техн. наук, докторант кафедры технологии приборостроения СПбНИУ ИТМО. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49; e-mail: [email protected]
