книги из ГПНТБ / Головинский В.В. Статистические методы регулирования и контроля качества. Расчет оптимальных вариантов

заводы с преобладанием механической обработки при выпуске массовой продукции. Вероятно, многие из рассмотренных в книге вопросов представляют интерес для иных отраслей промышлен­ ности.

В вопросах технологии за основу приняты представления, выработанные советской школой ([12, 23, 1, 28] и др.) о техноло­ гической системе станок—приспособление—инструмент—деталь

спараметром системы жесткость. Но в книге выделены настраи­ ваемые элементы системы (станок—приспособление—инструмент)

спараметром износ и элементы — проводники воздействия внеш­ него фактора, чаще всего соответствующие в обычной схеме эле­ менту деталь. Предполагается, что управление системой, связан­

ное с обеспечением качества продукции, осуществляется только в процессе таких наладок (подналадок), которые меняют распреде­ ление признака качества (они именуются в книге настройками). Между настройками система работает автономно, подчиняясь детерминированным законам механики, с одной стороны, и ста­ тистическим закономерностям (перманентностям), с другой. Особое внимание уделено физической природе и статистическим проявле­ ниям ненормальностей технологической системы (гл. 2, 10).

Экономический аспект проблемы обеспечения нормального качества играет в книге главную роль, так как с ним связан кри­ терий оптимальности проектируемых статистических методов. Автор придерживается мнения, что на уровне решения производ­ ственных задач нет и не может быть вообще, а среди экономиче­ ских критериев в частности, критерия эффективности, пригод­ ного для всех эпох и для всех социальных формаций. В настоя­ щее время в нашей стране экономическим критерием эффектив­ ности производственных решений является то изменение в произ­ водительности общественного труда, которое эти решения могут внести. Несмотря на абстрактность привлеченных понятий, прак­ тические расчеты, связанные с ними, достаточно просты. Попытка теоретического обоснования этого вывода сделана автором [8].

Организационные вопросы связаны с выбором математико­ статистических методов в двух отношениях. Во-первых, речь идет о возможности совмещения контрольных функций и соб­ ственно производственных функций в той части, в какой они со­ стоят из выборочных проверок технологической системы и про­ дукции. Речь, таким образом, идет об одной из плодотворных идей У. Шьюхарта, которая, к сожалению, чаще оставалась не­ использованной возможностью, чем источником заметной эконо­ мии. В данной книге в этой связи предложены способы оценки реальной экономии, получаемой при совмещенном контроле, и рассмотрена конкретная проблема взаимодействия операторов и контролеров для его осуществления. В этом состоит второй орга­ низационно-производственный вопрос, затронутый в книге.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что задачи, кото­ рым посвящена книга, не относятся к числу простых и на уровне

10

отвлеченного исследования, и на уровне практического при­ менения. Поэтому возникает существенный вопрос — стоит ли ими заниматься в смысле возможной пользы, которую отсюда можно извлечь. Здесь прежде всего надо отвергнуть две диа­ метрально противоположные и по-своему ошибочные точки зрения.

Во-первых, оптимизация статистических методов обеспечения нормального качества продукции в условиях освоенного массо­ вого производства вовсе не сводится лишь к совершенствованию процедур составления выборок и способов обработки данных. Возможная экономия, связанная с ней, вовсе не ограничивается уменьшением трудоемкости выборочных проверок. Суть дела за­ ключается в повышении вероятности выгодных решений, причем выгоды и потери, возникающие в этой связи, могут в сотни раз превосходить всю стоимость выборочных проверок как таковых. Ведь оптимизируются не только способы проверки, но и реша­ ющие правила, от которых зависят действия на основании резуль­ татов проверки, иногда связанные с крупными затратами или экономией.

Вторая точка зрения сводится к тому, что применение опти­ мальных научно обоснованных методов выбора решений на осно­ вании статистических выборочных проверок, означает коренную реорганизацию функции обеспечения качества в масштабе цехов и заводов с уменьшением затрат и потерь в несколько раз. Надо сказать, что все известные пока что случаи применения научно обоснованных методов в области прикладной экономики и орга­ низации производства, включая разнообразные способы опти­ мального программирования, при несомненной и существенной их эффективности, не вносили переворот в структуру и средний уровень затрат, на которые они влияли. Объясняется это тем, что и без них решаются те же вопросы способом пробы и ошибки или на основе интуитивных статистических осреднений и обоб­ щений.

Вмассовом производстве, с накоплением длительного опыта,

внеслишком сложных технологических условиях практические

решения иногда не так уж сильно отличаются от оптимальных научно обоснованных. Это относится и к оптимизации статисти­ ческих методов обеспечения качества. Далеко не всегда стоит ею заниматься, причем можно довольно определенно сказать, когда именно стоит и когда не стоит. Этот вопрос, в известной мере, освещен в гл. 11.

То обстоятельство, что описанные в книге способы выбора статистических методов опираются на оценку эффективности последних, позволяет хотя бы приблизительно сказать — какого порядка экономия в данном случае возможна. Приведенные в книге числовые примеры, соответствующие практическим усло­ виям, показывают, что в типичных случаях уместное и правильное проектирование комплекса математико-статистических методов в сочетании с соответствующим перераспределением обязанностей

11

производственного и контрольного персонала может привести к повышению производительности труда на десятки процентов при выполнении функций, обеспечивающих нормальное качество продукции, а эти функции составляют более, чем половину обя­ занностей наладчиков, операторов и контролеров в массовом производстве.

Книга представляет собой практическое руководство, но это не значит, что она состоит из рецептов или безапелляционных инструкций, в которых сказано, как делать и не сказано почему. Хотя в книге не содержится ни краткого, ни справочного изло­ жения основ теории вероятностей и использованных теорем, читатель имеет возможность проследить всю цепь обоснования каждой предложенной рекомендации и формулы от аксиоматики до алгоритма благодаря ссылкам на такие главы и страницы кур­ сов теории вероятностей, которые не вызовут затруднений у ин­ женера, усвоившего основные понятия и теоремы.

Замечания и пожелания по содержанию книги просьба на­ правлять в издательство «Машиностроение» по адресу: Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., д. 3.

12

Г л а в а 1

ВВЕДЕНИЕ

1.1.ЭФФЕКТИВНОСТЬ «СТАТКОНТРОЛЯ»

ВПЕРИОД МАССОВОГО ВНЕДРЕНИЯ

ИПРИЧИНЫ ЕГО СВЕРТЫВАНИЯ

Втечение последних 3—5 лет терминология в области приме­ нения статистических методов на производстве в известной мере изменилась. Поэтому прежде всего условимся о названиях. В пре­ дисловии и всюду в дальнейшем, кроме данной главы, статисти­ ческим регулированием технологических процессов (сокращенно статистическим регулированием) в соответствии с ГОСТ име­ нуется метод наблюдения с помощью контрольной карты за со­ стоянием технологического процесса с целью выявления опреде­ лимых причин его нестабильности. Но в этой главе речь пойдет

отех исторически сложившихся приложениях математической статистики, точное соответствие которых понятию статистиче­

ское регулирование вызывает довольно обоснованные сомнения и которые получили в свое время общепринятое наименование статистический контроль качества (сокращенно статконтроль). Это название вызывает много ассоциаций, связывающих метод

ввиду не методологическую схему, а реальную практику периода массового внедрения.

Влитературе, как отечественной, так и зарубежной, трудно найти высказывание, в котором статистическое регулирование, или статконтроль, подвергались бы сомнениям с научной и прак­ тической точек зрения. И это понятно, так как в огромном разно­ образии современной технологии всегда можно указать ситуации,

вкоторых этот метод (даже любой технологически и статистически грамотный его вариант) может найти полезное применение. Сомне­ ние возникло, и возникло уже давно, в возможности такого мас­ сового применения статистического регулирования, которое за­ метно повлияло бы на экономические показатели работы цехов и заводов. По этому вопросу известны разные мнения. Вот мнение автора недавно переведенной на русский язык очень квалифици­ рованной книги по статистическим методам регулирования и контроля Хэнсена (Hansen) [27]:

13

«Едва ли ие самым общеизвестным из числа методов статисти­ ческого регулирования качества по варьирующему признаку яв­ ляется контрольная карта средних и размахов. Но даже, имея в виду, что этот метод является очень эффективным средством статистического регулирования качества, надо признать, что ему уделено чрезмерно много внимания как в специальной литературе, так и в программах учебных заведений и курсов повышения квали­ фикации. Чрезмерное увлечение этим методом привело к тому, что его применяли в многочисленных ситуациях, в которых он экономически не оправдался.

Контрольная карта средних и размахов является способом, который следует применять лишь в отношении очень малого про­ цента признаков качества» Ч

А вот противоположное мнение Н. Э. Димина в связи с его лич­ ными впечатлениями от массового применения статистического регулирования в Японии в 1967 г. [36] 21.

«Положение на рынке для многих японских товаров было за­ воевано, по свидетельству самих фабрикантов, в большей мере благодаря пониманию и использованию статистического регули­ рования качества в широком смысле слова. Приписать чудо бы­ строго развития японской промышленности полностью статисти­ ческим методам нельзя, но они сыграли здесь большую роль. Задачей статьи является на примере Японии внушить читателю мысль, что энергичное внедрение статистических методов в других частях света, в том числе в США, оказало бы хорошее воздействие (было бы неплохим толчком)».

Конечно, Хэнсен и Димин говорят не совсем об одном и том же, но различие их позиций в целом очевидно. Впрочем, вопрос о вы­ годности или невыгодности массового применения статистиче­ ского регулирования качества поставлен у нас в стране логикой событий. В частности до сих пор нет общего и обоснованного мне­ ния о причинах свертывания статконтроля после, казалось бы, «триумфального» распространения его по всей стране в 1947— 1953 гг. Впрочем, это было не только у нас. Здесь полезно напом­ нить четыре периода истории статистического регулирования, отличавшиеся, во-первых, ареной главных событий и, во-вторых, более или менее существенными изменениями в методах.

Первый период продолжался с конца двадцатых годов (заверше­ ние разработки метода и публикация) до второй мировой войны. Ареной событий являются США, где в лаборатории телефонной аппаратуры «Белл» У. Шыохарт применительно к промышлен­

1 Перевод несколько отличается от опубликованного, в котором формули­

в промышленности», с 1968 г. именуется «Прогресс в области качества» с соответ­ ствующей переакцентировкой направления журнала, что тоже характерно.

14

ности средств проволочной связи создал вариант, ставший класси­ ческим. К тому, что сказано в предисловии об экономическом принципе этого варианта, добавим несколько частностей, характе­ ризующих его процедурно-вычислительные особенности и условия внедрения. Для выявления определимых причин по Шьюхарту сначала с помощью достаточно большой серии выборок находят

уровень X и среднее квадратическое отклонение ах признака качества х, а потом на основании периодических малых выборок вычисляют выборочные оценки х и s, полагая, что определимая причина налицо, если разности х — X или s — c ,a v, где с2 — коэффициент коррекции, нельзя объяснить только ошибкой малой

Как уже отмечено, такой метод был если не лучшим, то во вся­ ком случае выгодным в производственных условиях, послуживших Шыохарту экспериментальной базой. Однако в других отраслях промышленности очень редко встречаются операции, на которых полезно каждый раз узнавать исходный уровень настройки станка с практической достоверностью и выгодно останавливать станок при любом доказанном выборочной проверкой изменении этого уровня независимо от того, угрожает ли это изменение выполне­ нию допуска.

С другой стороны, непосредственные выгоды в виде предот­ вращения брака, возникающие при любых периодических про­ верках, в том числе и в связи со статистическим регулированием, не могли особенно заинтересовать американских промышлен­ ников того времени, располагавших хорошо обученным, устой­ чивым контингентом рабочих. Поэтому не удивительно, что в те­ чение первого периода своей истории статистическое регулирова­ ние было диковинкой даже в США.

Второй период истории внедрения статистического регулиро­ вания протекал в Англии и начался в период мобилизации про­ мышленности в связи со второй мировой войной. Он постепенно закончился к концу сороковых годов по мере возвращения страны к нормальным условиям. Характеризуется этот период бурным массовым внедрением статистического регулирования, ставшим, как писали очевидцы, «якорем спасения в обстановке, когда хлы­ нувшая на заводы масса необученных рабочих завалила цеха грудами брака». И тут произошло очень любопытное и крайне важное событие, имевшее далеко идущие методические и прак­ тические последствия. Дело в том, что в условиях военного вре­ мени было бы не только убыточно, но попросту преступно останав­ ливать станок только потому, что появилась определимая (не­ случайная) причина, если не доказано, что при этом возникает брак. В результате, при внедрении американского статистиче­ ского регулирования возникла довольно сложная ситуация, и

15

тогда-то были придуманы модифицированные границы регулиро­ вания па диаграмме средних (описаны впервые Рисиком [45]).

Как уже упоминалось в предисловии, диаграмма средних из инструмента выявления определимых причин превратилась в ин­ струмент проверки правильности текущего уровня настройки станка. В основу планов проверки был положен принцип «никаких лишних настроек», что в терминах выборочного контроля соответ­ ствует снижению риска ложного сигнала о неправильной на­ стройке до уровня пренебрежимой вероятности. Вот почему при английской схеме положение границы на диаграмме средних определяется относительно границ поля допуска, а не детермини­ рованного уровня настройки, как при американском варианте.

Каждая граница удалена от границы поля допуска па Зо\.----'—г ,

V п

исходя из следующих соображений. Приближение уровня на­ стройки X к границе поля допуска хб на расстояние, меньшее За*, недопустимо, так как связано с вероятностью брака. Но за­

браковать уровень настройки на основании его выборочной оценки х можно лишь при практической уверенности, что недо­ пустимое приближение х к х6 объясняется ие только ошибкой оценки х. Поэтому граница для х смещена сравнительно с грани­ цей допускаемых настроек в сторону границы поля допуска на практически максимальную ошибку выборочной! средней арнфме-

Vп

Спереходом к условиям мирного времени в Англии отказались

от статистического регулирования как массового способа предот­ вращения брака [7, с. 32, 33], но поныне остаются два открытых вопроса. Является ли английская схема действительно разумной заменой американской? Почему массовое применение этой схемы оказалось невыгодным в мирное время? Аналогичные вопросы возникли в связи с третьим периодом истории статистического ре­ гулирования.

Ареной событий третьего периода является Европейский конти­ нент. Начался третий период непосредственно после войны и кон­ чился к середине пятидесятых годов, причем следует отметить некоторые различия в ходе событий в СССР, с одной стороны, и в других странах континента, с другой. Что касается последних, внедрение статконтроля в них представляет довольно пеструю картину и характеризуется повторением английских и советских образцов. В СССР массовое внедрение статконтроля наблюдалось начиная с 1947—1948 гг. Тогда же в этой области была развернута интенсивная исследовательская работа с участием многих науч­ ных учреждений [30].

Надо заметить, что обстановка в промышленности СССР

конца сороковых годов в некоторых отношениях напоминала ту, которая наблюдалась в Англии во время войны, Быстрый рост

16

промышленного производства с одновременным переходом на продукцию мирного времени, вовлечение большого числа неопыт­ ных или отвыкших от производственных условий рабочих привели к большим потерям из-за брака в ходе производства. Статконтроль и здесь оказался, бесспорно, полезным, но на этот раз большое и быстро возрастающее внимание привлек вопрос его стоимости. В этой связи возникло несколько попыток упростить статистиче­ скую обработку контрольных данных, заменив вычисление сред­ ней арифметической теми или иными группировками выборочных значений признака качества. В результате появилось много так называемых методов или рецептов статконтроля, имевших в основе один и тот же (английский) принцип, но отличавшихся способом группировки. Четыре метода статконтроля, а именно: метод медианы, калибров распределения, крайних значений, индиви­ дуальных значений, почти полностью вытеснили метод средней арифметической сначала в СССР, а позже — едва ли не во всей Европе. В пятидесятых годах массовое применение статконтроля в СССР почти сошло на нет, не считая отдельных заводов.

После третьего периода остались три открытых вопроса: почему статконтроль был свернут?; существует ли значимое раз­ личие между английским способом со средней арифметической и вновь разработанными методами статконтроля?; какой из этих методов лучше и когда?

В четвертом периоде эпицентр статистического регулирова­ ния сместился еще дальше на восток — в Японию. Начался этот этап сравнительно недавно — 6—7 лет назад и явно связан с япон­ ским промышленные «чудом» — с молниеносным развертыванием нескольких отраслей промышленности, в том числе особенно ну­ ждающихся в применении статистических методов, например радиоэлектронной промышленности. Японское статистическое ре­ гулирование отличается от европейского и особенно от американ­ ского большей технологичностью и тем, что входит в комплекс разнообразных схем применения математической статистики в тех­ нологии. Четвертый этап еще не кончился.

ВСССР в радиоэлектронной промышленности в настоящее время быстро и успешно внедряется комплекс технологических приложений математической статистики.

Впериод интенсивного развития промышленного производства

внашей стране, учитывая успешные попытки применения стати­ стических методов в электронной промышленности и японский опыт, пришло время заняться восстановлением массового стат­ контроля. Поэтому вопрос о его эффективности в прошлом и вопрос о причинах его свертывания приобретает злободневный интерес.

О причинах отказа от массового применения статконтроля в на­

шей стране чаще всего можно услышать одно из двух мнений:

1. Статконтроль вообще мало эффективен и, в лучшем случае, имеет смысл обычного профилактического контроля с той раз­ ницей, что обходится гораздо дороже,

2 В. В. Голоринский

2. Массовый статконтроль не привился потому, что до хозяй ственной реформы заводы уделяли мало внимания качеству про­ дукции.

Оба эти суждения несостоятельны и неправильны по существу. Первое из них будет рассмотрено ниже, а по поводу второго надо напомнить следующее обстоятельство. Статконтроль редко при­ менялся взамен сплошного контроля в отношении операций, определявших качество готовой продукции, и был' в основном средством снижения потерь, возникающих из-за межоперацион­ ного брака. Поэтому качество готовой продукции здесь не играло решающей роли. Вдобавок в Англии массовое статистическое регулирование качества было свернуто именно тогда, когда возоб­ новилась конкуренция фирм на внутреннем и, особенно, на внеш­ нем рынке, следовательно, вопрос качества продукции приобрел большую остроту. Причины свертывания статконтроля, как видно из приведенного ниже, непосредственно связаны с особенностями его эффективности.

Для того, чтобы понять истинные причины свертывания стат­ контроля, необходимо назвать слагаемые его эффективности в пе­ риод массового применения. Если говорить о главном, таких слагаемых было семь.

1. Статконтроль компенсировал тот опасный в отношении брака изъян в квалификации неопытного рабочего, который состоял в неумении достаточно точно и во время проверить уровень на­ стройки технологической системы (математическое ожидание при­ знака качества). Необходимые, в сущности ремесленные навыки интуитивной оценки уровня настройки на основании неопределен­ ного числа измерений шкальным и тем более предельным инстру­ ментом формируются медленно. Они нередко искажаются тради­ ционными предрассудками, вроде желательности настройки по номиналу или прижимаясь к якобы, безопасной границе поля допуска и пр. Поэтому возможность в какой-то мере переадресо­ вать этот тонкий навык едва обученной девушке-контролеру, действующей безошибочно на основании простой инструкции с помощью контрольной карты, была кладом в условиях быстрого расширения 'или перестройки производства с привлечением не­ опытного персонала.

2. Статконтроль является средством прямого и косвенного понуждения к выполнению необходимых настроек. В частности, отказ рабочего от настройки при требовании контролера ее вы­ полнить является нарушением не только технологической, но и элементарной производственной дисциплины. Пользуясь же кон­ трольной картой, можно было безошибочно ответить на вопрос — виноват ли в браке рабочий, небрежно настроивший станок, или слишком большое случайное рассеяние признака качества. Эта возможность существенно содействовала технологической дисци­ плине, особенно в условиях сдельной оплаты,

18 •

Статкоитроль восполнял й какой-то мере дефицит текущих проверок настройки, возникавший из-за недостаточной квалифи­ кации или из-за небрежности рабочего. Иначе говоря, ОТК брал на себя в какой-то доле эти проверки, однако с затратой времени, гораздо большей, чем потребовалось бы рабочему.

3. Контрольная карта приучала рабочих к статистическому мышлению и ускоряла формирование навыков интуитивной оценки уровня настройки.

4. Контрольная карта обеспечивала рабочему информацию об уровне настройки, что особенно важно на операциях с неиз­ бежным постепенным смещением уровня настройки.

5.Статкоитроль обеспечивал то, что называют профилактикой брака. Здесь имеется в виду своевременное обнаружение грубых ошибок вследствие неправильного прочтения чертежа, забывчи­ вости (например, выполнение детали из иного, чем задано, ме­ талла), невнимательности (ошибка на 0,5 мм при измерениях ми­ крометром) и пр.

6.Достигалось облегчение приемочного контроля в различных формах, начиная с замены сплошного приемочного контроля приемкой по контрольной карте (очень редко) и кончая ослабле­

7.На контрольных картах накапливались важнейшие данные

осостоянии оборудования.

Но статкоитроль обходился дорого. При хорошей его поста­ новке в механических цехах один контролер мог обслуживать не более 12 станков, в то время как на одного рабочего (считая на­ ладчиков и операторов) приходилось около трех станков. Таким образом, затраты на статкоитроль составляли (конечно, с боль­ шими колебаниями в обе стороны) около 20—25% к заработной плате производственного персонала. Экономия рабочего времени производственных рабочих сравнительно с затратами его контро­ лером была невелика, так как периодические проверки контролера сопряжены с большими затратами времени на передвижение, подготовку инструмента, на составление выборки и пр.

Самое главное заключалось в том, что выполняемые контроле­ ром через одинаковые промежутки времени проверки были не­ своевременны в технологическом отношении (более подробно этот вопрос будет рассмотрен позже). С другой стороны, контрольные проверки уровня настройки рабочий выполняет, как правило, в промежутки, когда он свободен от обслуживания автоматов или, наконец, в промежутки отдыха на операциях с ручной подачей или с перекрытием машинным временем и т. д. Что касается эко­ номии времени на приемочном контроле, то, как уже говорилось, речь идет в большинстве случаев об ослаблении выборочных про­ верок и, конечно, об уменьшении числа случаев сплошной про­ верки приемочных партий, забракованных при выборочном кон-