Информационно-статистические методы управления качеством продукции массового производства: Автореферат

На правах рукописи

ЮДИН Сергей Владимирович

Информационно-статистические






методы управления качеством продукции массового производства






   Специальность: 08.00.20 - Экономика стандартизации и управления качеством продукции


АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук







Москва - 1999

- 2 
     Работа выполнена в Тульском государственном университете.



     Научный консультант:

     доктор технических наук, профессор



     Официальные оппоненты:

     доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор



В.Г.Григорович

В. В. Ши льдин
Л. А. Кузнецов
В.Б.Протасьев

     Ведущее предприятие: ОАО ПО "Тульский патронный завод".


     Защита состоится 23 ноября 1999 г. в 15-00 часов в аудитории 1411 на заседании докторского совета Д053.27.14 Российского государственного университета нефти и• газа им. И.М.Губкина (117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65).




     С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа.



     Автореферат разослан 23 октября 1999 г.





     Ученый секретарь докторского совета к. т. н., доцент. (е?                         о. А. Новиков

- 3 Общая характеристика работы
     Анализ современного массового производства и системы обеспечения качества продукции, сложившейся в нем, а также комплекса методик, стандартов и методов математической статистики, применяемого для целей контроля и управления, показал, что теория управления в своем развитии отстала от уровня технологии. Практически не используется современная вычислительная техника. Устаревшие метода управления вступают в противоречие с существующими высокопроизводительными технологиями в массовом и крупносерийном производстве. Диссертационная работа направлена на разрешение этого противоречия путем создания новых методов управления,.основанных на математическом аппарате теории информации, соответствующих современному уровню технического оснащения производства.
     Актуальность проблемы возрастает в связи с тенденцией к сокращению затрат на вооружение, конверсией оборонных предприятий, включением отечественных производителей в конкурентную борьбу на свободном рынке.
     Работа велась в соответствие с'координационным планом АН СССР в направлении 1.11.1.8: "Разработка научных’основ комплексной системы конструирования, расчета, освоения и эксплуатации роторных и роторно-конвейерных систем", программами "Конверсия научно-технического потенциала ВУЗов России" (1993 г.), "Конверсия и высокие технологии" (1994-96 г.г.).
     Диссертация явилась результатом исследований, выполненных в соответствие с решением Государственной комиссии Совета Министров СССР по военно-промышленным вопросам от 05.10.85 г. М 328, на основании приказа отраслевого Министерства № 897 от 31.12.87 г., в рамках х/д и госбюджетных работ ТулПИ (ТГУ) (темы № 57204/080, 1992 г., ПО "ТПЗ"; № 57302/085, 1993 г., ПО "ТПЗ"; » 57306, 1993 г., ПО "ТПЗ": М 57201/080, 1992 г., ПО "ТПЗ"; М 43.11К9, 1993 г., программа "Конверсия научно-технического потенциала ВУЗов России"; № 57.09КВТ, 1994-96 г.г., программа "Конверсия и высокие технологии"), ответственным исполнителем и научным руководителем которых являлся автор.

     Цель работы: разработка и теоретическое обоснование новых методов управления качеством продукции массового и крупносерийного автоматизированного производства, обеспечивающее повы-

- 4 
шение эффективности производства, снижение трудоемкости и себестоимости обеспечения качества продукции, приведение системы управления качеством продукции к современным требованиям, изложенным в стандартах ИСО серии 9000.


Автор защищает:
     1.      Информационно-статистические методы управления качеством продукции в массовом и крупносерийном производстве: методы решения задач математического моделирования, анализа и контроля состояния технологического процесса, основанные на данных предельного (альтернативного) контроля; новые методы расчета планов статистического приемочного контроля (СПК); систему оценки входного уровня дефектности по результатам контроля партии.
     2.      Разработанный на основе теоретических и экспериментальных исследований программно-методический комплекс, включающий в себя набор из И алгоритмов и разработанных на их основе программ и методик, охватывающих весь цикл разработки системы управления качеством продукции.
     Общая методика исследования заключается в анализе состояния современного автоматизированного производства с массовым и крупносерийным выпуском продукции, системы управления качеством, а также надежности и эффективности применяемого математического аппарата.
     Анализ состояния системы управления качеством был проведен на примере комплексного автоматизированного производства (КАП) на базе автоматических роторных .пиний (АРЛ).
     В этом производстве широко используется предельный контроль на базе предельных калибрах. Данные, получаемые с их помощью, используются только для фиксации состояния, в то время как они могут быть использованы и для целей оперативного управления.
     Неэффективная система управления снижает реальную производительность, не позволяет радикально улучшить качество продукции.
     Результаты анализа определили необходимость комплексного решения задач, связанных с управлением качеством продукции, разработки принципиально нового унифицированного математического аппарата. Теоретической базой этого аппарата явились

                             - 5 -прикладные методы математической теории информации, идеи информационной теории управления и теоретические методы теории вероятностей и математической статистики.
     Теоретические положения работы являются синтезом методов теории информации, математической статистики и теории вероятностей, статистического моделирования.
     Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена результатами имитационного моделирования, сравнением результатов моделирования с результатами, полученными стандартными методами математической статистики.
     Научная новизна состоит в разработке и теоретическом обосновании новых методов управления качеством продукции массового и крупносерийного производства.


Новые научные результаты:
1. Разработан комплекс информационно-статистических методов управления качеством продукции массового производства, позволяющий повысить экономическую эффективность производства, снизить затраты на обеспечение качества, повысить качество продукции,- привести систему управления качеством к современным требованиям.
2. Доказано, что статистическая оценка энтропии непрерывных случайных величин является универсальной статистикой, которая может быть использована для решения всех задач теории управления качеством.
3. Доказано, что коэффициент информационной связи является мерой определенности процесса.
4. Теоретически обоснован новый метод анализа точности и стабильности ТП, основанный на данных предельного контроля. Установлено, что коэффициент корреляции результатов, полученных этим методом, с результатами, полученными стандартными методами математической статистики, достигает 0.95...0.99. При этом трудоемкость процесса измерений и расчетов снижается в несколько раз.
5. Получена информационная математическая модель контроля, на базе которой разработан новый метод расчета планов приемочного статистического контроля по альтернативному признаку, учитывающий одновременно требования поставщика и потребителя, включающий в расчетные формулы объем партии, что было

                             - 6 -невозможно на основании прежних методов. Установлено, что оперативная кривая информационного плана контроля более точно отражает объективную реальность, по сравнению с кривыми стандартных планов контроля, рассчитанных на основе распределения Пуассона. Доказано, что для входных параметров плана контроля существует минимальный объем выборки, при несоблюдении которого невозможно оценить качество партии.
6. Разработана методика расчета плана СПК' с усеченными границами, основанная на априорной информации о виде закона распределения входного уровня дефектности, которая позволяет уменьшить объем выборки в 2 раза без ухудшения оперативной характеристики плана контроля.
7. Теоретически обоснован план последовательного контроля, основанный на использовании кривых постоянного риска.
8. Предложена система последующих оценок входного уровня дефектности.
9. Разработана методика расчета планов контроля на основе понятия интегрального риска.

Практическая ценность работ
      Создана научная база совершенствования и унификации систем управления качеством продукции массового производства. Разработаны 11 новых алгоритмов и программ, охватывающих весь комплекс задач управления качеством продукции. Предложены методики их применения.

Реализация результатов работы в промышленности Результаты диссертационной работы внедрены на .предприятии ОАО ПО "Тульский патронный завод" и ОАО ОКТБ "Ротор" (г.Тула).

Апробация работы
      Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 4-м Всесоюзном семинаре "Проблемные вопросы автоматизации производства" (г.Воронеж, 1987 г.), 3-й Всесоюзной конференции "Перспективы и опыт внедрения статистических методов в АСУ ТП" (г.Тула, 1987 г.). Национальной молодежной школе с международным участием (Болгария, г.Пловдив, 1989 г.), Международном конгрессе "Конверсия, наука, образование" (г.Ту-

- 7 
ла, 1993 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Высшая школа России и конверсия" (г.Москва, 1993 г.). Второй международной научно-технической конференции "Моделирование и исследование сложных систем" ( г. Кашира, 1998 г.), научно-технических конференциях ТулГУ (1985...1999 г.г.), на совместном заседании кафедр ТулГУ (1999 г.).
     Публикации. По теме диссертации опубликовано 44 работы, в том числе две монографии.

     Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов и результатов, приложения и списка литературы из 277 наименований. Работа изложена на 323 страницах машинописного текста, иллюстрируется 56 рисунками, содержит 53 таблицы. Имеется приложение на 32 страницах.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
     В первом разделе проведен анализ системы управления качеством продукции массового производства как объекта исследования, выявлены его проблемы, состояние, перспективы.
     Современное массовое и крупносерийное производство отличается большими объемами выпускаемой продукции, высокой степенью автоматизации как самого производства, так и процесса управления качеством. Вместе с тем с ростом производительности современных автоматических линий возникла проблема контроля текущего состояния технологического процесса, что необходимо для выработки управляющих.воздействий. Большой объем ручного труда при проведении контрольных операций приводит к запаздыванию информации, что вызывает повышение уровня брака, дополнительные затраты на его выявление и исправление.
     Наиболее актуальна эта проблема в комплексно-автоматизированном производстве (КАП) на базе автоматических роторных линий, где достигнута высочайшая степень автоматизации производства и где наиболее остро проявились противоречия между современной техникой и устаревшей методикой управления качеством продукции.
     Сложность создания адекватной системы управления качеством заключается в отсутствии унифицированной теоретической базы разработки математической модели ТП, анализа точности и

- 8 
стабильности его текущего состояния, построения системы оценки качества потока изделий, расчета надежных, удовлетворяющих требованиям Поставщика и Потребителя, планов статистического приемочного контроля.
     Методы анализа точности и стабильности ТП позволяют дать картину состояния процесса, позволяющую оперативно вмешиваться в ход ТП, не допуская появления брака или, по крайней мере, минимизируя его величину.
     Разработке методов анализа точности и стабильности посвящены работы Н.А.Бородачёва, А. К.Кутая, X.Б.Кордонского, Е.А.Клеймана, М.И.Коченова, И.С.Солонина, У.А.Шухарта, Л.Нельсона и многих других.
     Эти методы надежно работают при небольших скоростях работы технологического оборудования, когда время измерения параметров контролируемых изделий и обработка результатов контроля сравнимо с временем технологического цикла. В современном комплексном автоматизированном производстве используются автоматические линии с производительностью до 2000 изделий/мин.
     Методы предельного контроля (при помощи калибров) позволяют быстро оценить состояние ТП, но не дают возможности оценить степень разладки.
     Для построения модели ТП используется корреляционно-регрессионный анализ. Теоретической разработке и практическому применению этих методов посвящены труды российских и зарубежных ученых Н.А.Бородачева, Н. А.Гаврилова, Л.К.Сизенова, Н.С.Райбмана, Я.И.Лукомского, Н. Дрейпера, Г.Смита, С.А.Айвазяна, А. Пирсола, Н.Л.Бусленко и др.
     Методы корреляционного анализа дают достоверные результаты только в том случае, когда соблюдаются следующие условия: модель линейна: все параметры, включенные в модель, имеют нормальное распределение.
     Стремление снизить затраты на оценку . качества готовой продукции массового производства потребовало применения статистических методов к задачам приёмочного контроля. Большой вклад в разработку методов статистического контроля внесли такие учёные как Ю. К. Беляев, А.Н.Колмогоров, Д.Коуден, А.К. Кутай, Х.Б. Кордонский, Я.П.Лумельский, С.Х.Сиравдинов, М.И.Эй-дельнант, Б. Хенсен, X. Ф. Додж, X. Д. Роминг, В. А. Лапидус и др.
     В то же время, используемые планы статистического прие

- 9 
мочного контроля рассчитываются на основе приближения Пуассона гипергеометрического распределения числа дефектных изделий в выборке, что приводит к снижению точности и надежности получаемых результатов контроля, отсутствию связи между объемом партии, предъявляемой к испытаниям, и объемом контролируемой выборки.
     Анализ существующих планов СПК приводит к выводу, что они рассчитывались исходя из вычислительных возможностей, а не из требований к обеспечению качества.
     Обзор состояния вопроса статистического управления качеством приводит к выводу, что проблемы управления комплексным автоматизированным производством методами, основанными на стандартных методах теории вероятностей и математической статистики, не решаются.
     Решение возможно на базе математической теории информации.
     Теорию информации можно рассматривать как ветвь математической теории информации и математической статистики. В настоящее время активно развивается новая ветвь математики - математическая теория энтропии, в основу которой легли фундаментальные работы Клода Шеннона, и была создана трудами таких выдающихся математиков, как А.Н.Колмогоров, А.Я.Хинчин, И.М.Гельфанд и другие.
     В России применению методов математической теории информации в управлении посвящены работы академика Б.Н.Петрова, Г.Н.Уланова, И.Д.Кочубиевского, Р. Л.Стратоновича и других.
     Методы практического использования теории информации в системах управления изложены в работах В.И. Николаева, И.С.Райбмана и В.М.Чадеева, А.С.Поспелова и В. А. Ирикова, А.Д.Вильсона, Г.И.Кавалерова и С.М.Мандельштама, К.Б.Карандее-ва и Н.П.Цапенко, П.В.Новицкого, В.И.Рабиновича, М. М.Бончарда, Л. Бриллюэна, Н. Ф. Схоутена и других.
     Анализ литературы, посвященной информационной теории управления, приводит к выводу, что информационный подход дает единую точку зрения на все виды управления, независимо от его цели и типа управления системы.
     Большую работу по унификации методов решения задач информационной теории управления провели В.Г.Григорович. Н.О.Козлова и другие.
     Методы теории информации и ее раздела "математическая те-

                             - 10 -ория энтропии" позволяют получать надежную информацию на основе данных предельного контроля.
      Сложившееся состояние информационной теории управления определили основную цель работы - создание научных основ информационной теории управления качеством продукции массового производства, позволяющей решить важную народнохозяйственную задачу - повышение эффективности производства машиностроения и других отраслей промышленности за счет разработки системы информационно-статистических методов контроля и управления качеством продукции, всемерной унификации применяемых статистик и методик расчета, перевода всех расчетов на ЭВМ.
      Достижение этой цели предполагается путем решения следу-щих задач:
      1 - разработка и теоретическое обоснование новых методов контроля и управления качеством продукции массового и крупносерийного производства;
      2 - проведение статистических исследований и сравнительного анализа предлагаемых методов;
      3 - разработка комплекса алгоритмов и программ, предназначенных для решения задач управления качеством;
      4 - разработка методического обеспечения системы управления качеством;
      5 - расчет таблиц планов контроля, доверительных интервалов входного уровня дефектности.

      Во втором разделе были проведены сравнительные исследования информационного критерия определения закона распределения, показано, что коэффициент информационной связи может служить в качестве меры определенности процесса, разработаны информационные методы расчета параметров точности и стабильности ТП на основе данных предельного контроля; разработана практическая методика использования предельных информационных оценок при построении контрольных карт; разработаны теоретические основы и методика построения информационно-статистической модели ТП на базе данных предельного контроля; разработана методика регулирования ТП на основе новой модели, был оценен минимальный объем выборки, необходимый для целей анализа и управления.
      Информационный критерий определения закона распределения случайной величины имеет вид;