В 1960 г. японский ученый Тагути высказал мысль, что качество не может рассматриваться просто как мера соответствия требованиям про- ектной/конструкторской документации и недостаточно соблюдения качества в терминах границ допусков. Необходимо постоянно стремиться к уменьшению разброса даже внутри границ, установленных проектом.

Например, процессы в японских технологиях часто бывают отработаны до такой степени, что измеряемые характеристики качества занимают только половину, треть или даже одну пятую от интервала допуска.

Рассмотрим выгоды такого подхода. Во-первых, это улучшение репутации в глазах потребителя, что естественным образом создает тенденцию расширения спроса. Работа, проводимая таким образом, приводит к получению знаний, что позволяет улучшить другие процессы и операции.

Во-вторых, упрощение введения модификаций, улучшений, так как больше времени высвобождается для исследований и разработок и уменьшается количество времени, необходимого для запуска их результатов в дело, поскольку для этого гораздо более развиты технические возможности. В результате процессы протекают гладко. Даже если процесс выходит из статистически управляемого состояния и проблему нельзя решить быстро и просто, производство может осуществляться нормально, так как выход процесса, с большим запасом находящегося в границах допуска, не даст «выброса», близкого к границам допуска.

В-третъых, минимальными оказываются затраты на обслуживание продукта, полученного потребителем, т.е. минимизируются переделки, наладки и расходы по гарантийному обслуживанию.

Заметим, что допуски были не нужны во времена, предшествовавшие массовому производству, когда детали индивидуально обрабатывались так, чтобы они соответствовали друг другу. Но массовое производство исключило эту возможность. Почти единственным решением в данной ситуации было установление допуска от номинала, крайние значения которого задают границы нормы. Единицы продукции, параметры которых находятся внутри интервала, т.е. между границами допуска (в поле допуска), принимаются как приемлемые, а те, что не попадают в поле допуска, отбраковываются.

Рассмотрим некоторые проблемы, которые вызываются введением допусков, на достаточно простом примере производства валов и цилиндрических отверстий, к которым должны хорошо подходить эти валы - не слишком туго и не слишком свободно. Если их сочленение выполнено с более плотной посадкой, в процессе работы машины возникнет избыточное трение. Для его преодоления потребуется большая мощность или расход топлива. При этом возможно возникновение локального перегрева, который может привести к деформациям и плохой работе. Если посадка слишком свободная, то возможна утечка смазки, что может вызвать повреждения в других местах. Замена смазки может оказаться дорогостоящей процедурой как из-за стоимости самого смазывающего состава, так и из-за необходимости остановки машины для проведения техобслуживания. Слабая посадка может также привести к вибрациям, вызывающим шум, пульсирующие нагрузки, которые, весьма вероятно, приведут к уменьшению срока службы из-за отказов, вызванных напряжениями. В общем случае такие потери будут со временем увеличиваться, причем они будут возникать даже в том случае, если обе детали находятся внутри любым образом определенных границ допусков.

Очевидно, необходим качественно другой подход, который не требует искусственного определения годного и негодного, хорошего и плохого, дефектного и бездефектного, соответствующего и несоответствующего. Такой подход предполагает, что существует наилучшее (номинальное) значение и что любое отклонение от него вызывает потери или сложности, как в рассмотренных выше примерах.

Графически функция потерь Тагуги обычно представляется в форме, подобной показанной на рис. 5.6. Значение показателя качества откладывается на горизонтальной оси, а вертикальная ось показывает потери, или вред, или значимость, относящиеся к значениям показателей качества. Эти потери принимаются равными нулю, когда характеристика качества достигает номинального значения.

Рис.

Математически функция Тагути записывается в следующем виде:

где х - измеряемое значение показателя качества; х 0 - его номинальное значение; L(x ) - значение функции потерь Тагути в точке х; с - коэффициент масштаба (подбираемый в соответствии с используемой денежной единицей при измерении потерь).

Это наиболее естественная и простая математическая функция, пригодная для представления основных особенностей функции потерь Тагути. Так, эта формула предполагает одинаковый уровень потерь при отклонениях от номинала в обе стороны. Вместе с тем данная модель, очевидно, не подходит для больших отклонений от номинального значения. Однако если технологические процессы не столь плохи, чтобы требовалось рассматривать такие большие отклонения, параболический вид функции вполне подходит.

Преимущества функции потерь Тагути по сравнению с использованием системы допусков состоят в следующем. Во-первых, функция потерь Тагуги постоянно поддерживает в нашем сознании необходимость постоянных улучшений. Во-вторых, даже очень грубая оценка функции потерь дает полезную информацию для ранжирования приоритетов в программе улучшений. Последовательность приоритетов должна быть обоснована: наиболее актуальные задачи должны решаться в первую очередь, а другие, хотя и необходимые, могут немного подождать. Есть большой смысл в том, чтобы рассчитывать функцию потерь Тагути для выделенных процессов, с тем чтобы сконцентрироваться на тех из них, которые имеют наиболее крутую функцию потерь в диапазоне их обычных рабочих условий. В-третьих, использование функции потерь дает основу для количественных оценок значимости мероприятий по улучшению качества.

Контрольные вопросы

• 1. Дайте классификацию затрат на обеспечение качества.
• 2. Каков диапазон «цены» качества?
• 3. Как изменяется структура затрат на качество в результате внедрения системы TQM?
• 4. В чем состоят основные преимущества внедрения систем менеджмента качества?
• 5. Какова роль руководства предприятия во внедрении систем менеджмента качества?
• 6. Проанализируйте, какие элементы затрат на качество увеличиваются в результате внедрения TQM.
• 7. Опишите применимость функции потерь Тагути.
• 8. Каковы преимущества функции потерь Тагути по сравнению с использованием системы допусков?

Классификация затрат на качество.

Затраты на качество.

Качество Ожидаемый уровень

Недоданное качество

Достигнутый уровень

Подход Джурана-Фейгенбаума:

1. Затраты на предупредительные мероприятия (затраты на предотвращение возможных затрат)
2. Затраты на контроль (затраты на определœение и подтверждение уровня качества)
3. Внутренние потери (затраты, понесенные организацией до продажи продукта в том случае, когда запланированный уровень качества не достигнут, ᴛ.ᴇ. отловлен брак)
4. Внешние потери (затраты, понесенные после продажи потребителю, запланированный уровень качества не достигнут)

Подход Кросби:

1. Затраты на соответствие (ᴛ.ᴇ. на то, чтобы всœе сделать правильно с первого раза)
2. Затраты на несоответствие (ᴛ.ᴇ. на то, что не сделано правильно с первого раза)

Затраты на соответствие:

Предупредительные мероприятия

1. Затраты на управление качеством (создание СМК, сертификация)

2. Планирование качества другими подразделœениями

3. Контрольно измерительное оборудование

4. Обеспечение качества поставок. Поиск поставщиков, входной контроль, поддержание связей

5. Аудит системы качества

6. Улучшение качества

7. Обучение

8. Неучтенные затраты, связанные с обеспечением качества

Затраты на контроль

1. Проверки и испытания (прежде всœего, оплата труда испытательного персонала)

2. Контроль поставляемых материалов (испытания, работа инспекторов в лабораториях)

3. Расходные материалы

4. Процессный контроль. Оплата труда контролеров на линии

5. Прием продукции заказчиком (приемно-сдаточные испытания)

6. Приемка запасных частей и сырья

7. Аудит готового продукта Контроль произведенной продукции. Внешний аудит

Затраты на несоответствие

Внутренние потери

1. Отходы.

2. Переделки и ремонт. Восстановление

3. Анализ потерь. Затраты на выявление причин.

4. Взаимные уступки (допуск к применению материалов, не соответствующих техническим требованиям)

5. Снижение сорта. Затраты на снижение цены из-за низкого качества

6. Отходы и переделки, возникающие по винœе поставщиков

Внешние потери

1. Продукция, не принятая потребителœем (выявление причин и ремонт или замена)

2. Гарантийные обязательства.

3. Отзыв и модернизация продукции.

4. Жалобы (и предложения). Затраты, связанные с удовлетворением потребностей потребителя

5.4. Снижение общих затрат.

Затраты на

предупреждение

Затраты на

Затраты на

контроль

Много Нет дефектов

Равновесие не стабильно во времени. Несмотря на то, что начиная с какого-то момента качество начинает стоить всœе дороже, крайне важно стремиться к совершенству, т.к. уже завтра определœенные параметры качества будут вчерашним днем.

Затраты в машиностроении (Британия):

Контроль – 25% Затраты на соответствие

Предупредительные мероприятия – 5% 30%

Брак - 70% Затраты на несоответствие 70%

Затраты на качество (всœего) – 10%

Внешние и внутренние потери - 50%

Контроль – 25%

Предупредительные мероприятия – 25%

Изменили затраты на качество

Новые затраты на качество – 6%

Новая структура затрат - ?

6% от 10% - это 60 %, тогда

Внешние и внутренние потери - 30%

Контроль – 15%

Предупредительные мероприятия – 15%

Номинальное значение Значение

L(x) = C(x-x 0) 2

x – измеряемое значение, к примеру, диаметр

x 0 - номинальное

C – коэффициент масштаба

1) Постоянное стремление к улучшению.

2) Даже очень грубая оценка функции потерь позволяет расставить приоритеты мероприятий.

3) Дает основу для количественной оценки значимости мероприятий, направленных на повышение качества.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ

МЕТОДОМ ТАГУТИ

Известный японский статистик Гэнити Тагути, лауреат самых престижных наград в области качества (премия им. Деминга присуждалась ему 4 раза), изучал вопросы совершенствования промышленных процессов и продукции. Он развил идеи математической статистики, относящиеся, в частности, к статистическим методам планирования эксперимента и контроля качества.

Гэнити Тагути в свое время разработал собственную систему, сочетающую инженерные и статистические методы, нацеленную на быстрое повышение экономических показателей компании и качества продукции путем оптимизации конструкции изделий и процессов их изготовления. Эта методология, включающая и общую философию, и набор практических инструментов управления качеством, получила название "Методы Тагути".

Тагути не согласен с общепризнанным определением качества: "нахождение параметров изделий в установленных пределах". Такое определение позволяет считать, что два изделия мало отличаются друг от друга, если параметры одного находятся вблизи границы допуска, а параметры другого - немного выходят за эти границы. Тем не менее первое из них считается "хорошим", а второе - "плохим". В отличие от традиционного подхода, методы Тагути нацелены на обеспечение минимальных отклонений параметров изделий от заданных, при которых не происходит роста затрат, обусловленных качеством. Тагути предлагает оценивать качество величиной ущерба, наносимого обществу, с момента поставки продукции - чем меньше этот ущерб, тем выше качество. Основу его концепции обеспечения качества составляет теория потерь или ущерба от ненадлежащего качества.

Рис. 1 Допусковое мышление

Тагути доказал, что стоимость отклонения от целевого значения (номинала) возрастает по квадратичному закону по мере удаления от цели и предусматривает наличие потерь за пределами допуска (рис. 1).

Тагути предложил характеризовать производимые изделия устойчивостью технических характеристик и объединил стоимостные и качественные показатели в так называемую функцию потерь, по которой качественными считаются только такие изделия, показатели качества которых полностью совпадают с их номинальными значениями, а всякое отклонение от номинала сопряжено с той или иной потерей качества продукции. Функция одновременно учитывает потери, как со стороны потребителя, так и со стороны производителя.

Функция потерь имеет следующий вид:

, (1)

где

L - потери для общества (величина, учитывающая потери потребителя и производителя от бракованной продукции);

K - постоянная потерь, определяемая с учетом расходов производителя изделий; y -значение измеряемой функциональной характеристики;

m -номинальное значение соответствующей функциональной характеристики;

(y - m ) - отклонение от номинала.

Практическое применение функции потерь заключается в том, что она позволяет определить эффективность любого мероприятия, направленного на увеличение качества (рис. 2).

Рис. 2 Мышление через функцию потерь

Функция потерь качества является параболой с вершиной (потери равны нулю) в точке наилучшего значения (номинала), при удалении от номинала потери возрастают и на границе поля достигают своего максимального значения - потери от замены изделия.

Если производится продукция, соответствующая целевым значениям, это приводит к снижению затрат на качество, уменьшению возможных затрат, связанных с приемочными испытаниями, а также к снижению вероятности того, что в будущем компания утратит свою репутацию.

Важный аспект методологии Тагути состоит в том, что он не предполагает управлять каждым фактором, учитываемым в технологическом процессе или при изготовлении продукта. Идея состоит в том, чтобы влиять только на те факторы, которые способны привести к снижению затрат.

Вы узнаете:

• что такое робастное проектирование параметров;
• чем характеризуются потери качества и как их оценивают количественно;
• каким образом использование элементов нечеткой логики повышает эффективность применения методов Тагути для проектирования продукции, характеризующейся многочисленными откликами.

Методы оптимизации проектирования продукции и производства были разработаны Гэнити Тагути — родоначальником технического обеспечения качества, успешно применившим эффективные прикладные статистические методы для повышения стабильности технологических процессов и увеличения их производственных возможностей.

Он предложил проактивный подход к проектированию продукции и процессов, основанный на измерениях, анализе, прогнозировании и профилактике и направленный на встраивание качества в продукцию и процессы, а не на их контроль. В методах Тагути значительный акцент делается на удовлетворенность потребителя.

Г. Тагути осознавал важность выпуска продукции, соответствующей заданным параметрам, и подчеркивал, что излишняя вариация показателей деятельности является корневой причиной низкого качества и контрпродуктивна для общества в целом.

В дальнейшем он пришел к выводу, что вариация, или отклонение от целевого значения, обернется неизбежными потерями в виде раннего износа продукции, проблемами при ее обслуживании и взаимодействии с другими изделиями, а также заставит создавать запасы «на всякий случай» и т. п. Ее игнорирование станет причиной неудовлетворенности потребителя и потери репутации компании. Иными словами, Тагути подчеркнул значимость уменьшения вариабельности процесса относительно целевых показателей и приведения его средних значений к заданным. Это возможно, только если сделать процесс нечувствительным к различным источникам шума. Данная процедура называется робастным проектированием параметров.

Вместо того чтобы уменьшить вариабельность отдельных составляющих, устанавливая жесткие границы допустимых отклонений от нормы, Тагути рассматривал вопрос тщательного отбора параметров проектирования, или факторов, результатом которого становится более надежная конструкция, способная противостоять вариациям, вызванным нежелательными причинами. Чтобы этого достичь, он предложил результативный метод определения параметров проектирования, сочетания которых могут уменьшить вариацию характеристик продукции. Таким образом, метод планирования эксперимента, предложенный Тагути, является эффективным подходом к оптимизации проектных решений с целью повышения качества, улучшения деятельности и сокращения затрат.

ЭВОЛЮЦИЯ

Концепция качества эволюционировала с течением времени. Сегодня качество, в работу над которым вовлечены все сотрудники организации, стало философским понятием, охватывающим различные аспекты. Качество — больше не результат простого контроля, это концепция общего менеджмента компании.

Следовательно, программы улучшения качества стали частью процесса стратегического планирования многих успешных компаний.

В прошлом инспекционный контроль был единственным способом обеспечения соответствия требованиям, однако рост производительности в ходе индустриальной революции показал, что необходимо обновить механизм контроля качества.

В 1911 г. концепция качества получила новое развитие благодаря Ф. Тейлору, который представил несколько важных концепций, таких как функциональная специализация, анализ времени протекания процесса и перемещений, которые совершает работник в ходе его выполнения, инспекционный контроль качества и др. . Ф. Тейлор делал акцент на повышении производительности, его идеи ознаменовали начало эволюции в управлении качеством.

В 20-х гг. прошлого столетия д-р У. Шухарт определил, что контроль качества должен быть встроен в процесс и иметь профилактическую функцию, а не быть результатом только приемочного контроля. Он применил теорию статистики к менеджменту качества, разработал первую контрольную карту и продемонстрировал, что устранение вариации процесса ведет к улучшению качества конечного продукта.

Чтобы устранить вариацию, прежде всего следует выявить ее источник, для чего необходимо изучить эффекты различных контролируемых факторов. Как правило, эффект конкретного фактора исследовался посредством изменения фактора во времени. Эта практика привела к фундаментальному прорыву, совершенному в 1920 г., когда английский специалист по статистике сэр Р.А. Фишер предложил при планировании эксперимента изменять все факторы (входные переменные) одновременно, чтобы можно было наблюдать соответствующие изменения на выходе, т. е. факторы отклика.

Предполагается, что все входные переменные взаимодействуют друг с другом . Таким образом, в эксперименте исследуются все возможные единовременные взаимодействия между входными переменными. Полученные данные затем анализируются для принятия обоснованных и адекватных решений. Метод также называется полным факторным экспериментом и включает проведение различных тестов. С целью уменьшения объема работ стал использоваться дробный факторный эксперимент, при котором реализуется только отобранная часть комбинаций условий, необходимых для проведения полного факторного эксперимента, однако экономия (два-четыре фактора) получалась несущественной. С изобретением в Англии в 1940 г. ортогональной матрицы, с помощью которой проверялась минимальная совокупность всех возможных комбинаций, объем вычислений значительно уменьшился.

Наконец в 50-х гг. Г. Тагути успешно применил план эксперимента, предложенный сэром Фишером, и ортогональные матрицы для эффективной разработки продукта, объединив преимущества обоих методов. Кроме того, он высказал идею учитывать в ходе эксперимента влияние факторов шума на продукцию или процесс, тем самым достигая их робастности .

КОНЦЕПЦИЯ РОБАСТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Считается, что продукция качественная, если потребитель ею удовлетворен. Тагути никогда не оценивал качество продукции только с точки зрения стоимости производства, числа дефект ных единиц, попадания ее характеристик в заданные пределы. Свои суждения он строил, исходя из наблюдаемых отклонений отклика продукции от целевых значений.

Данный отклик называется характеристикой качества. Если имеет место отказ продукции до конца срока службы или ее характеристики со временем ухудшаются, то речь идет о значительных потерях качества .

Потери качества — это затраты на переработку, затраты по гарантийному обязательству, временнЫе и финансовые затраты потребителя на ремонт, жалобы потребителей, их неудовлетворенность и, как следствие, — потеря рыночной доли и репутации компании. Для количественной оценки этих потерь используется функция потерь качества, зависящая от среднего квадратичного отклонения ó и отклонения характеристики продукции от целевого значения (μ - μ 0):

Q = K "[(μ - μ 0) 2 + σ 2 ]. (1)

Тагути утверждает, что если устранить отклонения характеристик продукции от их средних значений, то потери качества сократятся. Сокращение вариации достигается посредством регулирования среднего значения относительно целевого с помощью поправочного коэффициента:

Q п " = h = 10 Log 10 [μ 2 /ó 2 ], (2)

Выражение (μ/ó) 2 — показатель отношения «сигнал/шум», где μ — желаемое целевое значение, ó2 — вариация, т. е. шум. Показатель отношения «сигнал/шум» зависит от характеристик качества, которые необходимо оптимизировать в данном эксперименте .

Основные типы этого показателя следующие (рисунок):

. чем меньше, тем лучше (smaller the better — STB). Этот тип соответствует нежелательным характеристикам (дефектам), значение которых в идеале равно нулю.

n = -10 Log 10 [среднее значение суммы квадратов разности измеренного и оптимального значений];

. чем больше, тем лучше (larger the better —

LTB). Этот тип соответствует желательным характеристикам, чьи значения должны быть как можно больше.

n = -10 Log 10 [среднее значение суммы квад ратов обратной величины измеренных данных];

. оптимально заданное значение (nominal

the better — NTB). Соответствует характеристикам, для которых наиболее предпочтительно определенное значение.

n = -10 Log 10 [квадрат среднего/величина отклонения].

Тип STB (в противоположность типу LTB)

выбирается, когда необходимо, чтобы значения данных были как можно меньше предельного значения, а тип NTB — когда требуется, чтобы значения данных были как можно ближе к целевым. Данный тип наиболее предпочтителен, и для него характеристики качества должны определяться соответствующим образом .

Параметры, влияющие на характеристики качества, называются факторами. Они могут быть трех типов: сигнал, напрямую влияющий на заданное значение отклика продукта μ; шум, который сложно или дорого контролировать и который вызывает вариацию ó отклика; контролируемые факторы — выбор их оптимальных значений позволяет уменьшить чувствительность отклика продукции ко всем факторам шума (схема 1) .

Проекты, реализуемые в рамках робастного проектирования, в которых сигнал остается постоянным, называются статическими проектами, а проекты, в которых пользователь может варьировать сигнал, — динамическими.

Проектирование продукции или процесса происходит в три этапа.

Концептуальное проектирование . Подбор технического решения (для продукции) или технологии (для процесса) и изучение начальных условий.

Проектирование параметров . Определение оптимальных уровней контролируемых факторов для увеличения робастности и последующего улучшения показателей работы. Включает следующие этапы.

1. Выбор параметров для проведения эксперимента. Проводится анализ системы с целью отбора подходящих характеристик качества.

Они должны представлять собой непрерывную и неизменную функцию, быть легкоизмеримы и являться прямым индикатором передачи энергии в системе. Целевая функция (отношение «сигнал/шум») выбирается исходя из типа характеристики качества. Определяются контролируемые факторы, их уровни и факторы шума. Робастность продукции достигается путем выбора (в ходе испытаний) условий, которые сглаживают действие различных факторов шума. Соотношение «сигнал/шум» должно быть определено таким образом, чтобы оно включало не только средний уровень отклика, но и наблюдаемую на этом уровне вариацию вследствие действия факторов шума. Один и тот же эксперимент может быть повторен несколько раз для получения различных откликов, соответствующих преднамеренно созданной вариации в факторах шума. При этом учитываются старение и внешние шумы .

2. Выбор ортогональной матрицы для проведения эксперимента. Ортогональные матрицы позволяют производителю подбирать значения параметров при минимальном числе экспериментов. В столбцах ортогональной матрицы представлены изучаемые факторы, а в рядах — уникальное сочетание уровней фактора данного эксперимента . Если матрица ортогональна, то для любой пары столбцов все комбинации уровней фактора появляются одинаковое число раз, т. е. все факторы одинаково представлены во всех экспериментах. Для выбора подходящей ортогональной матрицы потребуется общее число степеней свободы.

Степень свободы — это совокупность значений параметра процесса, которые допускается варьировать для получения его заданного среднего значения.

В ортогональной матрице, необходимой для эксперимента, число рядов должно, как минимум, соответствовать сумме чисел степеней свободы всех факторов и общего среднего.

После выбора ортогональной матрицы проводятся эксперименты, для каждого из них вычисляется и записывается соотношение «сигнал/шум».

3. Анализ наблюдений, полученных в ходе эксперимента.

В ходе анализа средних (ANOM) для всех экспериментов определяется общее среднее значение m . Это сбалансированный показатель, поскольку все уровни каждого из факторов одинаково представлены в общей совокупности экспериментов. Для каждого влияющего фактора отдельно вычисляется эффект m i каждого его уровня. Эффект уровня фактора — это отклонение m i от общего среднего значения m . Уровень фактора, оказывающий больший положительный эффект на среднее, признается оптимальным . Таким образом, анализ средних используется для получения оптимальной комбинации всех воздействующих факторов.

Ортогональная структура эксперимента позволяет применять аддитивную модель для расчета отклика для любой отдельной комбинации факторов. Согласно аддитивной модели, совокупный эффект всех уровней фактора может быть получен путем суммирования отклонений, вызванных отдельными уровнями фактора, и общего среднего.

Дисперсионный анализ (ANOVA) — это совокупность экспериментов, схожих с разложением сигнала в ряд Фурье. Анализ Фурье позволяет определить соответствующую значимость различных гармоник, которые образует сигнал. При этом сигнал представляется как сумма различных независимых ортогональных гармоник. Согласно ANOVA общая дисперсия показателя отношения «сигнал/шум» является суммой дисперсий каждого фактора и дисперсии ошибки. ANOVA используется для расчета значимости каждого фактора. Для поддержания качества продукции наиболее значимые факторы должны строго контролироваться.

4. Верификационный эксперимент. После выбора оптимальной комбинации различных факторов проводится верификационный эксперимент для сравнения расчетных и полученных в результате наблюдения откликов. Если они согласованы, то оптимальные значения принимаются, в противном случае аддитивная модель признается несостоятельной и должна быть изучена общая зависимость между факторами;

5. Дальнейшая оптимизация с помощью метода итераций. В экспериментах, проводимых по методам Тагути, используются дискретные уровни факторов, что исключает возможность получить больше значений показателя отношения «сигнал/шум» на каком-либо промежуточном уровне между предварительно выбранными уровнями . Чтобы компенсировать это, далее выполняется эксперимент с выбором новых уровней относительно оптимального уровня, определенного ранее. Если начальный диапазон значений уровней фактора максимально широк, то такие итерации могут существенно улучшить показатель отношения «сигнал/шум».

Проектирование допустимых отклонений . Данный этап служит для уменьшения уязвимости продукции к действию факторов, наиболее влияющих на нее, посредством применения улучшенных материалов и включения дополнительных элементов для контроля этих факторов .

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТАГУТИ

Благодаря своей простоте и робастности методы Тагути нашли применение в широком диапазоне различных областей, некоторые из которых представлены на схеме 2.

Производство . Методы Тагути хорошо зарекомендовали себя при робастном проектировании некоторых производственных процессов, один из которых — точечная контактная

сварка . Этот эффективный способ соединения металлических листов используется в автомобильной отрасли, при изготовлении бытовых электроприборов и др. В основе метода — воздействие электрическим током с целью локального повышения температуры, приводящего к плавлению металлических листов и соединению их краев.

Данные процесса робастного проектирования

Качество сварного соединения определяется его прочностью на разрыв и зависит от диаметра сварки. Метод робастного проектирования Тагути может быть применен к процессу точечной контактной сварки для улучшения качества сварки посредством выбора оптимальных значений контролируемых факторов. Данные процесса робастного проектирования могут быть представлены, как показано в таблице .

Таким образом, оптимизация процесса по методу Тагути позволила улучшить показатель отношения «сигнал/шум» на 4,16 дБ, т. е. примерно в два раза увеличить предел прочности благодаря использованию оптимизированных значений факторов. Для определения факторов, за которыми необходимо тщательно наблюдать, можно провести дисперсионный анализ .

Применение методов Тагути совместно с методами нечеткой логики (Fuzzy Logic) для проектирования продукции с множеством характеристик. В реальных условиях при проектировании продукции требуется оптимизация многих характеристик качества. Сочетание уровней контролируемого фактора, оптимальное для одной характеристики, необязательно будет таковым для других. Компромиссный выбор между несколькими оптимальными уровнями фактора, сделанный на основе инженерной оценки, может ухудшить некоторые характеристики качества. Метод Тагути эффективен только при оптимизации единичной рабочей характеристики. Поэтому после составления матрицы эксперимента для каждого эксперимента целесообразно преобразовать многочисленные итоговые значения отношения «сигнал/шум» в многооткликовый рабочий показатель (МРП). Эффективно выполнить такое преобразование поможет использование элементов нечеткой логики. Полученный показатель далее может быть рассмотрен как единичная рабочая характеристика, которую требуется оптимизировать . Аппарат нечеткой логики включает базу знаний (совокупность экспертных правил преобразования), необходимых для определения оптимального весового коэффициента различных рабочих характеристик в процессе их комбинирования.

Для каждой характеристики качества с помощью функций принадлежности определяются нечеткие множества: «малое», «среднее» и «большое». Значения отношения «сигнал/шум», полученные в ходе каждого эксперимента и соответствующие различным характеристикам качества, преобразуются через аппарат нечеткой логики в единый показатель (схема 3).

Схема 3. Преобразование множественных показателей «сигнал/шум» (с/ш) в единый МРП с помощью аппарата нечеткой логики

На первом этапе в ходе процедуры фаззификации определяется соответствие измеренных значений показателей отношения «сигнал/шум» значениям функции принадлежности нечетким множествам. Если значение показателя отношения «сигнал/шум», соответствующего характеристике, меньше по сравнению с наблюдаемым диапазоном его значений, то данный показатель получает большее значение принадлежности нечеткому множеству «малое» и меньшие значения в нечетких множествах «среднее» и «большое». Далее в рамках процедуры нечеткого логического вывода выполняются различные операции нечеткой логики.

С помощью базы правил значения функции принадлежности преобразуются в выходные нечеткие множества, в которых показатели МРП распределены по очень малым, малым, средним, большим и очень большим значениям. На заключительном этапе в процессе дефазификации значения принадлежности показателей МРП нечетким множествам преобразуются для каждого эксперимента в единое четкое значение, которое и необходимо оптимизировать .

Следует отметить, что ортогональная матрица, где МРП представлен как единственная характеристика, которую следует оптимизировать, может быть использована для проведения анализа средних и дисперсионного анализа.

Оптимальная комбинация уровней контролируемого фактора рассчитывается для максимального значения МРП.

Таким образом, при помощи элементов нечеткой логики можно расширить возможности применения методов Тагути и повысить их эффективность для проектирования продукции, характеризующейся многочисленными откликами.

Применение в телекоммуникациях . Радиосеть обеспечивается базовыми станциями, распределенными по небольшим географическим районам, называемым сотами. Планирование радиосети — настройка параметров этих станций, например регулировка угла антенны. При ограниченном диапазоне повторного использования частоты сложно настроить параметры всех сот, имеющих неодинаковые рельеф местности, площадь, неравномерную зону покрытия, а также найти для каждой базовой станции оптимальные значения параметров, которые улучшат заданные показатели работы.

Стандартными методами оптимизации при планировании радиосети являются алгоритм отжига и генетический алгоритм, основанные на локальном поиске. Однако для этих методов требуется эвристическое определение начальных значений параметров, которые зависят от смежной структуры текущих решений. Найти оптимальные значения без этой операции можно с помощью методов Тагути, в которых применяется ортогональная матрица, что значительно сокращает число экспериментов, экономит время и уменьшает затраты. Они могут быть использованы для оптимизации следующих типичных радиопараметров сети LTE 1:

1) мощность;

2) угол наклона передающей антенны;

3) ориентация передающей антенны по азимуту.

Поскольку методы Тагути дают возможность комбинировать любые типы параметров, они подходят для совокупной оптимизации различных параметров радиосети, например параметра управления уровнем мощности и ориентации антенны по азимуту. В ходе экспериментов было показано, что по сравнению с указанными выше алгоритмами, имеющими одинаковую сложность реализации и получаемую функцию оптимизации, методы Тагути позволяют достичь несколько лучшего решения постав ленной задачи .

Динамические системы. Системы, в которых требуется, чтобы отклик подчинялся уровням сигнального фактора по заранее уста нов ленному закону, называются динамическими. Управляющие системы, в которых выходная величина может скачкообразно переходить из одного состояния в другое (например, включено-выключено), называются релейными регуляторами. Примером может служить микро схема контроля температуры, как правило, состоящая из датчика, цепи управления и нагревательного элемента. Температурная характеристика датчика играет решающую роль в определении отклика нагревательного элемента, непостоянство температуры которого усложняет работу динамической системы. Метод Тагути может быть использован для решения задач такого типа. Для этого вычисляются уровни общего фактора шума, далее каждый уровень сигнального фактора испытывается на каждом из уровней общего фактора шума.

Проводится регрессионный анализ, и для начальных параметров контролируемых факторов рассчитывается показатель отношения «сигнал/шум». Подобная процедура повторяется для всех комбинаций контролируемых факторов в ортогональной матрице, и выбирается наилучшая из них, результатом чего становится значительное улучшение показателя отношения «сигнал/шум».

Искусственная нейронная сеть . Искусственная нейронная сеть (ИНС) — система обработки информации, состоящая из большого числа сильно взаимозависимых элементов, называемых нейронами, работающих синхронно для выполнения определенных задач. Нейроны имеют весовой коэффициент, показывающий степень влияния, которую каждый из нейронов оказывает на принятие решения. Метод Тагути может быть применен для обучения ИНС выполнению определенных задач, например распознаванию символов. Для этого весовые коэффициенты ИНС образуют элементы ортогональной матрицы.

Далее с помощью метода Тагути и анализа ошибок находится оптимальное сочетание весовых коэффициентов сети. Каждому нейрону предварительно присваивается определенный символ, и нейрон учат распознавать этот символ с минимальной ошибкой. Процесс распознавания инициируется, и на основании записанных результатов делается вывод о соответствии выбранной совокупности весовых коэффициентов заданным условиям.

Метод Тагути позволяет за гораздо меньшее время достигать требуемого результата по сравнению с другими алгоритмами, в частности решать общие задачи распознавания символов до 10 раз быстрее алгоритма обратного распространения. Кроме того, он предоставляет пользователям эффективные средства для анализа внутренних операций сети с помощью статистики и расчета взаимодействий различных элементов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В статье был представлен подробный обзор методов Тагути с точки зрения их эволюции, философии, этапов реализации и возможностей межотраслевого применения. В этих эффективных методах интегрированы статистические инструменты управления качеством и приоритет отдается проектированию качества при создании продукции в противовес исследованию несоответствующей продукции на последующих стадиях. Они предполагают количественное решение задачи определения параметров проектирования с целью оптимизации качества и сокращения затрат. Их использование не ограничивается конкретной областью, например сферами производства или услуг. По сравнению с другими методами, интуитивными и более трудоемкими, методы Тагути — мощный инструмент, охватывающий большое число областей применения.

Кружки качества

Наряду с существованием общефирменной системы управления качеством практически во всех крупных японских фирмах широко применяются так называемые кружки качества продукции, которые действуют на уровне низовых производственных звеньев и ориентированы на решение широкого круга вопросов, связанных с повышением эффективности производства на уровне рабочих мест, участков и цехов. В эти кружки обычно объединяются 8-10 человек, работающих на одном участке.
Идея создания в рамках фирмы кружков качества или групп нулевых дефектов была импортирована из США в конце 50-х годов. Однако в Японии эта идея получила качественно новое наполнение и привела к созданию специфического и, как показывает практика, весьма эффективного механизма повышения отдачи каждого работника. Такое повышение отдачи достигается во многом за счет использования тщательно продуманной системы мотивации, а также морального, психологического и материального стимулирования работников к постоянному повышению производительности и качества труда.

Можно выделить несколько общих моментов в организации и функционировании кружков качества в японских фирмах.

Кружки качества в компаниях создаются в рамках тщательно разработанных программ, осуществляемых под непосредственным руководством высшего управленческого звена компании.
Кружки качества функционируют с использованием развитой системы мотивации обычно в рамках организационно-экономических структур матричного типа.
К работе кружков в обязательном порядке привлекаются представители различных уровней управления компаний и обеспечивается координация действий всех уровней и подразделений по горизонтали.

Специальные программы, ориентируют деятельность кружков качества на решение широкого круга проблем. Сюда входят сокращение брака, усовершенствование техники, технологии, оснастки, рационализация маршрутов движения деталей и загрузки оборудования на своем участке, снижение всех видов издержек производства, повышение квалификации персонала. Рабочим предоставляется возможность пользоваться для проверки своих идей необходимым оборудованием и материалами, разрешается проводить заседания кружков в рабочее время. Компании, как правило, оплачивают организацию соревнований между кружками, участие в отраслевых и региональных конференциях, обучение рабочих в рамках различных программ повышения квалификации и т. п. Усилиями всей группы и при участии руководства данного производственного подразделения представляется набор проблем, которые необходимо решить за конкретный временной отрезок (квартал, год); после этого проблемы ранжируются в плане первоочередности решения. После выделения первоочередной проблемы ее коллективно анализируют в целях выявления степени влияния имеющихся трудностей на качество работы и производительность труда. На этом этапе для поиска наилучшего решения устраиваются коллективные обсуждения путей ее решения. Результатом такого коллективного анализа обычно является выработка общего пути решения проблемы, который принимается всеми членами группы как результат совместного творчества и целенаправленно проводится в жизнь, т. е. внедряется в производство. Важная роль в подготовке и проведении таких обсуждений отводится руководителю кружка качества, которые проходят подготовку на специальных семинарах, где их обучают основам психологии, умению организовывать обсуждение, а также специальным дисциплинам, необходимым для выявления и анализа производственных проблем.
Помимо чисто экономического эффекта, в процессе работы кружков повышается квалификация персонала, стимулируется творческая активность работников, улучшается морально-психологический климат в коллективе, т. е. создается необходимый образовательный и квалификационный фундамент для творческой деятельности..

Концепция функции потерь Тагути

Гэнити Тагути (50-е годы ХХ в) в свое время разработал собственную систему, сочетающую инженерные и статистические методы, нацеленную на быстрое повышение экономических показателей компании и качества продукции путем оптимизации конструкции изделий и процессов их изготовления. Они характеризуются тем, что забота о качестве начинается на ранних этапах его формирования - при проектировании изделий и технологических процессов.

Применяются при проектировании продукции и в процессе ее производства

Цель- Обеспечение качества концепции (идеи), качества конструирования и качества производства.

План действий

1. Изучение состояния дел с качеством и эффективностью продукции.

2. Определение базовой концепции работоспособной модели объекта или схемы производственного процесса (системное проектирование). Устанавливаются исходные значения параметров продукции или процесса.

3. Определение уровней управляемых факторов, которые минимизируют чувствительность ко всем факторам помех (параметрическое проектирование).

4. На этом этапе допуски полагаются столь широкими, что производственные затраты оказываются малыми.

5. Расчет допустимых отклонений вблизи номинальных значений, достаточных для уменьшения отклонений продукции (проектирование допусков).

Результат- Выпуск конкурентоспособной продукции.

Достоинства- Обеспечение конкурентных преимуществ за счет одновременного улучшения качества и снижения себестоимости продукции.

Недостатки- Широкое применение методов Тагути в управлении процессами на базе вероятностно-статистических методов не всегда корректно в условиях высокой динамики требований к объектам оценивания и отсутствия аналогов.

Г. Тагути предложил разделять переменные, влияющие на рабочие характеристики продукции и процесса, на две группы так, чтобы в одной из них оказались факторы, ответственные за основной отклик (номинал), а во второй - ответственные за разброс. Для выявления этих групп Г. Тагути вводит новый обобщенный отклик - «отношение сигнал/шум».

Задача заключается в том, чтобы уменьшить чувствительность продукции и процессов к неконтролируемым факторам, или шумам.

Концепция Тагути включает принцип робастного (устойчивого) проектирования и функцию потерь качества. Функция потерь по Тагути различает изделия внутри допуска в зависимости от их близости к номиналу (целевому значению). Технологической основой робастного проектирования служит планирование эксперимента.

Основные методы, разработанные или адаптированные Г. Тагути

1. Планирование экспериментов.

2. Управление процессами посредством отслеживания расходов с помощью функции потерь качества.

3. Развитие и реализация робастного управления процессами.

4. Целенаправленная оптимизация продукции и процессов до производства (контроль до запуска процесса).

5. Применение обобщенной философии качества Тагути для обеспечения оптимального качества продукции, услуг, процессов и систем.