«Простые» методы Планирования Эксперимента при поиске особых причин изменчивости процессов

Кудряшов А.В.
Консультант консалтингового центра "Системный Консалтинг"
Ведущий авторских семинаров по спец. методам ТУ-16949.
Начальник БМК Дирекции по развитию ЗАО ВАЗИНТЕРСЕРВИС», член Поволжского клуба качества, редактор ежегодного сборника «Город Качества».

 

Где находятся наши процессы и что такое планирование эксперимента?
В настоящее время (в том числе и с внедрением ТУ-16949) технологам приходится решать множество задач. Одна из них – улучшение процессов. Соответствие процессов определённым требованиям по воспроизводимости и их  постоянного улучшения требует не только ТУ-16949, потребители, произ¬водство, но и сама жизнь с её постоянным движением вперёд и ростом кон¬ку¬ренции. Конечно, с нашими процессами не так всё плохо, но, тем не менее, они ещё далеки от совершенства и не всегда соответствуют требова¬ниям потребителей. Особенно это касается тех предприятий, где не занимались изучением и улучшением процессов, обновлением парка оборудования и внедрением новых технологий, где живут только одним днём (без дол¬го¬срочных целей). Но одних новых технологий и оборудования недостаточно. Чтобы улучшить процессы до требований потребителя, необходимо провести исследование процессов, поиск, устранение особых причин или уменьшить влияние обычных причин изменчивости. Для решения этой задачи необходимо выявление количественных зависимостей между параметрами процесса и параметром (или параметрами) продукции. Приступая к улуч¬шению своих процессов, многие даже не подозревают о том, что существует целая наука Планирование Эксперимента (ПЭ), которая и рассматривает, все эти вопросы в аспекте получения результатов с проведением минималь¬ного количества замеров. При этом значительно  экономятся время и ресурсы предприятия (в сотни и тысячи раз).  
Планирование эксперимента – это раздел математической  статистики, изучающий рациональную организацию измерений, подверженных слу¬чайным ошибкам. 
Умение статистически обработать данные, выдвинуть гипотезу, про¬играть в уме несколько вариантов её проверки и выбрать оптимальный вари¬ант, умение статистически проверить правильность гипотезы и при необхо¬димости вовремя изменить ход работ составляют суть планирования экспе¬ри¬мента и имеют большое значение во всех сферах человеческой деятель¬ности. При этом не всегда требуется применение сложных методов. Первой предпосылкой научного ПЭ было развитие статистической физики, химии и астрономии. Большое значение для развития ПЭ сыграло развитие связи, тран¬спорта, авиации, космонавтики, оборонной промышленности и появ¬ление ЭВМ. ПЭ широко применяется с использованием ЭВМ с начала 60-х гг. при разработке систем ПВО, планировании взаимных обменов ядерными ударами и освоении космического пространства. В конце 60-х гг. в общей науке о ПЭ стало выделяться ПЭ в промышленности.  В автомобильной промышленности Японии ПЭ очень активно применяется с конца 60-х годов прошлого века, а в а/м промышленности США – с середины 80-х годов.
 Начало теории ПЭ, окончательно сложившейся в 60-х годах прошлого века, положил английский физик Р. Фишер, который доказал, что рациональное ПЭ даёт значительный  выигрыш в точности оценок и экономии ресурсов. Он применил дисперсионный анализ для обработки результатов агрономи¬ческих опытов по выявлению условий, при которых испытываемый сорт с/х культуры даёт максимальный урожай. В 1935 г. вышла монография  Фишера «Планирование эксперимента», которая дала название новому направлению исследований. Что интересно, метод дисперсионного анализа, как и планы на латинских квадратах (о которых чуть далее) пришли в область ПЭ из агро¬технических исследований. Главное при ПЭ – это на основании вашего опыта, интуиции и знания процесса – выдвинуть гипотезу об его изменчивости, мат嬬матически её проверить и принять соответствующие действия, если требуется.
Математические методы ПЭ – это всего лишь инструменты, с по¬мощью которых можно проверить правильность своей гипотезы. Ни один  мате¬матический метод ПЭ не сможет заменить главного – умения думать! Не смотря на успехи советской и российской науки в области Планирования Эксперимента  и его успешного применения в российской фундаментальной науке и в наукоёмкой промышленности, в первую очередь оборонной, до¬статочного применения в автомобильной промышленности ПЭ не получило, но всё  меняется. Внедрение  ТУ-16949 с его статистическими спец. методами, желание не потерять национальное автомобилестроение как отрасль промышленности, постоянно усиливающиеся требования по качеству  со стороны основных потребителей а/к – вот главные факторы, благодаря кото¬рым ПЭ становится востребованным у поставщиков автосборочных заводов и не только у них.   

Планирование экперимента даёт  ответы на три главных вопроса:
1. Как нужно организовать эксперимент, чтобы наилучшим спо¬со¬бом решить задачу при минимальном количестве замеров, времени и средств, получив при этом необходимую точность результатов?
2. Каким способом следует обработать результаты, чтобы получить максимальное количество информации об объекте (процессе, ма¬териале и т.д.)?
3. Какие обоснованные выводы можно сделать об исследуемом объекте по результатам эксперимента?

Возможность применения ПЭ не только к процессам изготовления, а также и к экономическим, технико-экономическим показателям и вопросам, связанным с затратами на качество, позволяет применять ПЭ не только техно¬логам, но и экономистам, специалистам  по качеству и бизнес-планированию.  Все мы любим комедию Гайдая «Бриллиантовая рука». Но не многие знают, что в первоначальной версии фильма домоуправ, которую играла Н. Мордю¬кова, сообщала жене главного героя, что она не удивится, если выяснится, что Семён Семёныч тайно посещает синагогу.  Худсовет сделал замечание: «Надо вырезать, ведь вы только ставите проблему, но не решаете её!». То  же са¬мое можно сказать и о спец. методах ТУ-16949 (SPC, MSA, а иногда и FMEA), которые выявляют наличие проблемы. Например, если FMEA не позволяет решить проблему, то ТУ-16949 требует в обязательном порядке провести Планирование Эксперимента.  Ведь не зря русский народ подметил: «Легче вопрошать, чем отвечать». Получили вы ПЧР 120 или  Ср 0,47, или изменчивость измерительной системы 60% от поля допуска, а дальше что?  Рассмотреть все возможные факторы по порядку, или применить метод на¬уч¬ного тыка? Обычно так и делают, иногда это помогает.  SPC  рекомендует – применять принцип расслоения. А что делать, если даже в обычном процессе несколько сотен факторов? Создавать бригаду или творческую группу по расслоению? Хорошо, если процесс один, ключевых характеристик пять, а предприятие называется «Шараш-Монтаж». А ведь на некоторых предприя¬тиях количество спец. характеристик измеряется тысячами, а изделий – сот¬нями. Эх, как бы знать, где иголка в этом стоге! Решить проблему поможет Планирование Эксперимента. ПЭ – это луч света для поиска особых причин процессов в океане изменчивости. А будет это еле заметный фонарик или мощный луч маяка, это уж от вас зависит. ПЭ выявляет факторы повышенной изменчивости процессов, проще говоря, позволяет определить причины след¬ствий. Не знаю, что знал Аристотель о ПЭ, но именно он говорил: «Высшей истинностью обладает то, что является причиной следствий, в свою очередь истинных».
Применение ПЭ позволяет быстро с привлечением минимального количества ресурсов, времени и минимальным количеством замеров выявить основные факторы изменчивости (истинные причины следствий) и улучшить  процессы до требований потребителя (Ср, Срк, ррm), а также улучшить хоро¬шие процессы (повысив конкурентоспособность продукции), отыскав опти¬мальные параметры процесса или состав компонентов при производстве материалов.    
В любой книге по ПЭ в промышленности или по планированию эксперимента в технологических исследованиях подробно рассмотрены основные этапы и методы ПЭ, которые практически не меняются с конца 60-х годов прошлого века. Существуют мощные пакеты программ по ПЭ, доступные практически каждому технологу. Тем не менее, не пытаясь изло¬жить весь курс ПЭ, теории принятия решений и математической статистики,  предлагаем рассмотреть те вопросы, которые могут быть полезны  специа¬листам по качеству и технологам при внедрении статистических спец. методов ТУ-16949  (SPC, MSA, FMEA). Те методы, которые мы рассмотрим, особенно полезны на нашем сегодняшнем этапе, когда требуется довести процессы до требований потребителя. В ПЭ нет готовых к употреблению  рецептов и методик для всех процессов. Каждое предприятие и процесс имеют свою спе¬цифику. В каждом конкретном случае вы имеете свои цели. Каждый последующий шаг при ПЭ и количество этапов зависит от результатов предыдущих опытов. Поэтому, не смотря на грандиозное обилие литературы по ПЭ, вы можете просмотреть несколько книг или программ для ПК и не найти подходящую методику в готовом виде для вашего конкретного про¬цесса. В этом случае необходимо изобретать что-то своё или комбинировать имеющиеся методы. Но как говорил маршал Конев, посетив спустя много лет после войны Группу Советских Войск в Германии и увидев сложную военную технику (печатается с изм.): «Одним наскоком тут не обойдёшься!» А что делать, если простые методы, включая FMEA, бывают не всегда эф¬фективны, особенно при наличии большого количества факторов измен¬чивости. Можно привести десятки примеров успешного применения ПЭ как при поиске особых причин, так и  при поиске оптимума. В качестве примера успешного применения ПЭ приведу два предприятия, которые уже несколько лет успешно работают, в том числе и на экспорт (хотя в своё время были на грани банкротства). Сталеплавильный завод, где, применяя ПЭ (оптимальный состав смесей) практически без затрат (затраты были на обу¬чение ПЭ) значительно улучшили качество стали и в 10 раз сократили коли¬чество замеров. Завод РТИ, где, выявив главный фактор, влияющий на каче¬ство резины (концентрация одного из компонентов), после незначитель¬ной (копеечной) доработки оборудования от брака пришли к немецким нормам качества. Разница только в том, что на сталеплавильном заводе к этой проб¬леме подошли со всей серьёзностью по всей номенклатуре, а на заводе РТИ случайно, благодаря личной инициативе специалиста по качеству в одном конкретном процессе. С помощью ПЭ удаётся гораздо быстрее вы¬явить ис¬точники повышенной изменчивости, а также найти выход из, казалось бы, совсем тупиковых ситуаций. К таким можно отнести  непригодность про¬цессов из-за ошибок в КД, ТП и МВИ. В своей работе, применяя несложные методы для поиска особых причин (семь простых и семь новых), совместно с процедурой SPC удавалось быстро обнаруживать особые причины, кото¬рые до этого довольно долго были «головной болью» разных предприятий. Вы спросите: «Есть ли альтернатива ПЭ?» В начале ХХ века  учёные-статистики очень много спорили, что лучше: «Изучить всю генеральную сово¬купность  или достаточно изучить определённую выбор¬ку?» Сейчас уже не спорят. Теория вероятности изучает проблемы, связан¬ные с генераль¬ной совокупностью (математика в чистом виде). Математиче¬ская статистика изучает вопросы, связанные с выборками (применительно к решению прак¬тических задач). Теперь другая проблема: как с минимальным количеством замеров выявить главные причины изменчивости. При внед¬рении ТУ-16949 возникает много вопросов не только к процессам, но и к измерительным сис¬те¬мам, и это не секрет. Если раньше на многих  граж¬данских предприятиях этими вопросами никто не занимался, то не удиви¬тельно, что наши некоторые процессы находятся  именно там, где они и на¬ходятся. Хотя и в гражданской промышленности были попытки внедрения стат. методов и методов ПЭ. Это носило волнообразный характер, начиная с 30-х годов. Несмотря на зна¬чительные успехи отдельных пред¬приятий, массового внедрения не полу¬чилось. Хотите вы или нет, но сейчас придётся вытягивать процессы до требований потребителя. Применять ПЭ или не применять – решать вам, только помните народную мудрость: «Глуп да ленив, одно дважды делает». Сейчас многие проходят процедуру РРАР, но не все знают, что «временное одобрение» при наличии отклонений даётся на  короткий промежуток времени. За это время вам необходимо выявить и устранить источники повышенной изменчивости процессов. Без ПЭ на решение этой проблемы может уйти несколько недель или месяцев, в то вре¬мя как применяя ПЭ, проблему обычно удаётся решить за считанные часы или дни. Демокрит говорил: «Лучше сначала думать, прежде чем действовать, чем думать после». Руководителям  предприятий хочется сказать (применительно к процессам, не соответствующим требованиям потреби¬телей по Ср,Срк): «Сколько не трамбуй мусорное ведро, мусор всё равно выносить придётся!»

Справки и регистрация участия по тел.:

• г. Санкт-Петербург: (812) 454-50-32, (812) 454-52-34, (812) 640-75-07 
  

 
Скачать заявку Вы можете по этой ссылке: Заявка на участие в семинаре.doc

Заявки просьба высылать на адрес эл. почты: info@s-konsalt.ru или факс. (812) 454-52-34.