Статистические методы в управлении качеством

Cтатистические методы в управлении качеством К.т.н., доцент Воейко О.А. Введение Совершенствование качества продукции и процессов требует скрупулезной работы персонала предприятия по выявлению причин дефектов (отклонений от документации) и их устранению. Для этого необходимо: организовать поиск фактов, характеризующих несоответствия, в подавляющем большинстве которыми являются статистические данные, разработать методы анализа и обработки данных, выявить коренные причины дефектов, разработать мероприятия по их устранению с наименьшими затратами. Проблемами сбора, обработки и анализа результатов производственной деятельности занимается , которая включает в себя большое количество не только известных методов, но и современных инструментов* анализа и выявления дефектов. К таким методам можно отнести корреляционный и регрессионный анализы, проверку статистических гипотез, факторный анализ, анализ временных рядов, анализ безотказности и т. д. * Сейчас их все чаще называют Лекция 1 Роль и место статистических методов в системе управления качеством 1.1. Понятие о статистических методах качества 1.2. История развития статистических методов качества 1.3. Применение компьютерных технологий в статистических методах 1.1. Понятие о статистических методах качества Понятие «управление качеством» как наука возникло в конце 19-го столетия, с переходом промышленного производства на принципы разделения труда. Принцип разделения труда потребовал решения проблемы взаимозаменяемости и точности производства. До этого при ремесленном способе производстве продукции обеспечение точности готового продукта производилось по образцам или методами подгонки сопрягаемых деталей и узлов. Учитывая значительные вариации параметров процесса, становилось ясно, что нужен критерий качества производства продукции, позволяющий ограничить отклонения размеров при массовом изготовлении деталей. Фредерик Уинслоу Тейлор В качестве такого критерия Ф.Тейлором были предложены , . Поле значений такого интервала стали называть . Установление допуска привело к противостоянию интересов конструкторов • Ужесточение допуска обеспечивало повышение качества соединения элементов конструкции И производственников • Ужесточение допуска создавало сложности с созданием технологической системы, обеспечивающей требуемые значения вариаций процесса 20-е годы ХХ века 2 направления уделять внимание факту продукции. основное самому уделять основное внимание поведению брака процесса, в результате которого возникает этот брак В результате исследования вариабельности технологических процессов появились статистические методы управления процессами (карты Шухарта). или отклонение параметра от установленного допуска. 20-е годы ХХ века Одновременно с исследованием В. Шухартом поведения техпроцесса Г. Додж начал разрабатывать теорию выборочного контроля продукции. Уолтер А. Шухарт Гарольд Ф. Додж Поскольку на качество продукции влияет множество материальных факторов и ошибок работников, необходимо: 1) уметь управлять всеми влияющими факторами, 2) определять возможные варианты реализации качества, 3) научиться его прогнозировать и 4) оценивать потребности объектов разного качества. 50-е годы ХХ века В Европе и США появились национальные стандарты по качеству. Центральная роль в разработке нормативных документов в области качества принадлежит Международной организации по стандартизации (ISO). Штаб-квартира ISO находится в Женеве, Швейцария 90-е годы ХХ века Идеи теории вариаций*, статистического управления процессами (SPC) разрабатывались специалистами-математиками и стали неотъемлемыми инструментами менеджеров и работников служб качества. Большой толчок развитию принципов управления качеством дал японский ученый Г. Тагути. Генити Тагути *Вариация (от лат. variatio — изменение, перемена) в общем смысле называется разновидность чего-либо, небольшое изменение или отклонение. В математике: вариация — малое смещение независимой переменной или функционала. 90-е годы ХХ века Тагути предложил учитывать вариации свойств продукции на разных этапах ее разработки, что для менеджмента качества явилось революционной идеей. По Тагути нужно было установить те сочетания параметров изделий и процессов, которые приводили к минимуму вариации процессов. Эти процессы, которые стали называть были устойчивы процессов. к вариациям входных , параметров Используемые сегодня на предприятиях статистические методы можно разделить на категории: Методы высокого уровня сложности Методы специальные Методы общего назначения Используются разработчиками систем управления предприятием или процессами Используются при разработке операций технического контроля, планировании промышленных экспериментов, расчетах на точность и надежность В их разработку большой вклад внесли японские специалисты Методы кластерного анализа, адаптивные робастные статистики и др. «Семь простых инструментов качества», метод расслоения, графики, диаграммы Парето, диаграммы Исикавы, контрольные карты, контрольные листки, гистограммы Самые распространенные на данный момент статистические методы: 1) описательная статистика; 2) планирование экспериментов; 3) проверка гипотез; 4) регрессионный анализ; 5) корреляционный анализ; 6) выборочный контроль; 7) факторный анализ; 8) анализ временных рядов; 9) статистическое установление допуска; 10)анализ точности измерений; 11)статистический контроль процессов; 12)статистическое регулирование процессов; 13)анализ безотказности; 14)анализ причин несоответствий; 15)анализ возможностей процесса (гистограммы). Сферы использования статистических методов 1 А 2 3 4 5 + 6 7 + Б 8 9 + Г + + + + + + 11 + 12 + + + + + 13 14 + + 15 + + В 10 + + Д + Е + Ж + З + И + + + + + + + + + + + + + + + + + + К + Л + М + + + А – ответственность руководства, Б – анализ контракта, В – проектирование, Г –закупки, Д – идентификация продукции и прослеживаемость, + + Е- управление процессами, Ж – контроль и испытания, З – контрольное, измерительное и испытательное оборудование, И – действия с несоответствующей продукцией, + + + + + + К – регистрация данных, Л – внутренние проверки качества, М – подготовка кадров. Цифры соответствуют номеру метода (см. предыд. слайд) 1.2. История развития статистических методов качества Первое использование статистических методов (в виде выборки) имеет многовековую историю. Уже несколько столетий назад покупатели зерна проверяли свойства товара, прокалывая мешки с зерном, чтобы взять пробу. До середины XIX века ремесленник совмещал в себе функции и производителя и контролера. Кузнец Мануфактура Появилось разделение труда. Рабочие мануфактур, выполнявшие простые операции процесса, не могли отвечать за качество своего труда, тем более за качество готовой продукции. Введение должности контролера привело к необходимости нормирования функций контроля. Стремление к производству высококачественной продукции привело к гипертрофированному раздуванию на промышленных предприятиях контрольного аппарата. В первой четверти XX века начали применять статистические методы контроля качества труда. Первое применение научных методов статистического контроля было зафиксировано в 1924 году, когда Вальтер Э. Шухарт использовал для определения доли брака продукции контрольные карты. Шухарт с 1918 г. работал инженером фирмы “Western Electric” (c 1925 г. – “Bell Telephone Laboratories”) до своего выхода на пенсию в 1956 г. Вклад Шухарта: Переключил внимание с допускового подхода к управлению качеством на подход, направленный на обеспечение стабильности процессов и уменьшение их вариаций. Высказал идею непрерывного улучшения качества, предложив цикл непрерывного улучшения процессов (сейчас носит название «цикла Шухарта-Деминга»). Деминг развил это направление. Цикл используют как инструмент командной работы по улучшению качества. Одновременно с Шухартом в этой же фирме работал инженер Г.Ф. Додж. Вклад Доджа: Предложил теорию приемочного контроля. Основы этой теории были изложены в 1944 г. В работе “Sampling Inspection Tables – Single and Double Sampling”, написанную совместно с Х.Г. Ромингом Большой вклад в систему обеспечения качества контроля в середине XX века внесли британские и американские ученые Е. Нейман, Э. Пирсон*, Р. Фишер. Вклад Неймана, Пирсона, Фишера: Разработали теорию проверки статистических гипотез Ежи Нейман Рональд Фишер Эгон Пирсон Сегодня без знания теории ошибок первого и второго рода невозможна рациональная оценка выбранного метода статистического контроля. * Не путать с Карлом Пирсоном (хи-квадрат) Во время второй мировой войны нехватка ресурсов заставила искать новые методы контроля с возможно малым числом проверяемых изделий, особенно при разрушающем контроле. 40-е годы - американец А.Вальд. Вклад Вальда: Разработал теорию последовательного анализа и статистическую теорию принятия решений Абрахам Вальд Применение теории последовательного анализа было настолько эффективно (расходы на контроль при прежней вероятности ошибок снижаются до 60% по сравнению с традиционными методами), что в США она была объявлена секретным документом и опубликована только после войны. В начале 50-х годов большое влияние на становление статистических методов контроля, как философии качества, оказал Эдвард Деминг. Вклад Деминга: Проводил широкомасштабное обучение японских специалистов новым методам обеспечения качества, особое внимание обращая на статистические методы управления качеством Его деятельность была настолько успешной, что уже в 60-х годах американцам пришлось уступить японским фирмам значительную часть рынков сбыта, в том числе и в самих США. Эдвард Деминг Американское научное влияние на совершенствование систем обеспечения качества привело к созданию японской научной школы. Большой вклад в развитие статистических методов внесли Каору Исикава и Генети Тагути. Вклад Исикавы: Впервые предложил оригинальный графический метод анализа причинно-следственных связей Сегодня практически невозможно найти такую область деятельности по решению проблем качества, где бы не применялась диаграмма Исикавы. Каору Исикава Вклад Тагути: Развивал идеи математической статистики, относящиеся, в частности, к статистическим методам планирования эксперимента и контроля качества. Впервые соединил математической зависимостью экономические затраты и качество, введя понятие «функции потерь качества». Первым показал, что потери качества имеют место и в поле допуска - они являются с момента несовпадения номинального, заданного технической документацией, значения параметра и значения исследуемой величины. Сумел найти сравнительно простые аргументы и приемы, которые сделали робастное планирование эксперимента в области обеспечения качеств реальностью. Невнимание к методам Тагути – одна из причин серьезного отставания российских предприятий в области совершенствования качества процессов и продукции. Внесли свой научный вклад в развитие статистических методов и советские ученые: В.И. Романовский, Е.Е. Слуцкий, Н.В. Смирнов, Ю.В. Линник и др. Вклад Смирнова: Заложил основы теории непараметрических рядов Романовский Всеволод Иванович Вклад Слуцкого: Опубликовал работы по статистике связанных стационарных рядов Линник Юрий Владимирович Слуцкий Евгений Евгеньевич Особенно интенсивно в СССР разрабатывались статистические методы исследования и контроля качества в массовом производстве, методы планирования эксперимента В 50-70-х годах XX века на ряде предприятий оборонного комплекса (под влиянием японского опыта) активно проводились работы по внедрению систем управления качеством. Саратов • БИП Горький • КАНАРСПИ Ярославль • НООРМ Львов • КСУКП В этих системах статистические методы в области приемочного контроля и регулирования технологических процессов занимали важное место в предупреждении дефектов продукции. В последние годы можно отметить работы российского ученого в области качества В.А. Лапидуса. Вклад Лапидуса: Опубликовал ряд трудов по теории и практике управления качеством с учетом вариаций и неопределенности, в которых изложен «принцип распределения приоритетов», позволяющий оптимально выстроить отношения поставщика и потребителя с позиции обеспечения качества. Лапидус Вадим Аркадьевич Ему принадлежит новый подход к управлению качеством, названный «гибким методом статистического управления», который математически опирается на теорию нечетких множеств. 1.3. Применение компьютерных технологий в статистических методах Широкое внедрение компьютерной техники во все сферы деятельности организаций создает предпосылки для активного применения компьютерных технологий при использовании статистических методов в управлении качеством. ПЕРВОЕ Связано с использованием универсальных или специальных программных продуктов по статистическим методам при решении конкретных производственных задач • Excel ( широкие возможности для статистического анализа с использованием статистических функций, инструмента для построения линии тренда, встроенного пакета анализа данных) • SPSS • Statgraphics • Statistica (специальные модули, ориентированных на контроль и анализ качества: «Контрольные карты», «Анализ процессов», «Планирование эксперимента». ВТОРОЕ Состоит в создании компьютерной системы управления качеством на основе единого электронного описания продукции на всех этапах её жизненного цикла (CALSтехнологии) В состав системы входит база данных о применяемых статистических методах, включая системы сбора, регистрации, хранения и обработки данных о качестве. • Программы центра «Приоритет» (Нижний Новгород): • - Attestator – для анализа и аттестации технологических процессов и оборудования; • - Regulator – для оперативного регулирования технологических процессов; • - Plank – для разработки планов выборочного контроля в поточном производстве; • QStat – для статистического контроля и приемки партий продукции по альтернативному признаку; • - Quality Informator – программа структурного анализа информации о состоянии производства. Создание компьютерной системы управления качеством на основе CALS-технологий* активно используется при разработке и производстве сложной наукоемкой продукции. * В отечественной литературе иногда называют ИПИ- технологиями – Информационная Поддержка жизненного цикла Изделия Концепция CALS предполагает создание единого информационного пространства для всех организаций – участников жизненного цикла изделия, в рамках которого вся информация об изделии представлена в электронном виде на основе стандартов. Система качества имеет 2 направления Организационное и нормативно-методическое обеспечение Интегрированная информационная среда Это набор документов от политик в области качества до методических инструкций и карт контроля Это информационная система сбора, регистрации, хранения и обработки данных о качестве Для реализации используются функциональные модели процессов предприятия с точки зрения обеспечения качества. Такая модель представляет собой структурированное изображение функций производственной системы или среды, информации и объектов, связывающих эти функции. Все процессы ЖЦИ отображаются посредством интегрированных объектов Функциональная модель Информационные объекты описывают структуру изделия, его состав и все входящие компоненты: детали, узлы, агрегаты, материалы Дает формализованное описание процесса Является инструментом проведения анализа систем качества и её улучшения Каждый информационный объект обладает набором характеристик, описывающих свойства реального объекта При проведении входного контроля комплектующих персонал проверяет объекты в соответствии с разработанной технологией контроля Информация об этой технологии содержится в интегрированной информационной среде На рабочих местах контролеров карты входного контроля заполняются непосредственно на экранах терминалов Данные, содержащиеся в карте, могут использоваться, в частности, для статистического анализа качества поступающих на производство комплектующих и оценки поставщиков Статистический анализ результатов оперативного контроля позволяет выявить причины и тенденции возникновения брака и принимать меры по его предотвращению п р и м е р Наиболее актуально задачей для современных предприятий является обеспечение надежного управления всем объемом разнородной информации, которая создается, хранится и используется в различных информационных системах, существующих на предприятии и связанных с информационной поддержкой продукции в течение ее жизненного цикла. С точки зрения пользователя информационных систем, эта задача сводится к получению для дальнейшей обработки необходимой информации в нужное время в нужном виде. Спасибо за внимание