Публикации

Руководствами FMEA, SPC, руководствами FMEA, SPC,MSA [1—3] и инструментами APQP, PPAP на российских предприятиях уже никого не удивишь. Иностранные автосборочные предприятиятребовали от СМК своих поставщиков работы в соответствии с требованиями технической спецификации ISO/TS 16949, а с 2016 г. — по стандарту IATF 16949. Однако применение стандартизированных методов не всегда приводит к успеху. К примеру, предприятие честно и в меру своего понимания применяет весь этот набор, но дефекты на стороне потребителя или внутрипроизводства все равно появляются. В чем же дело?

 Скачать статью целиком

НЕУМЕНИЕ ДУМАТЬ

Сами по себе стандартыи методы не являются «палочкой-выручалочкой», если у специалистов не хватаетчисто инженерных знаний. Основа успеха для любого сложного изделия, равно как и для бездефектной работы технологического процесса, —хорошее физическое понимание причинно-следственных связей при проектировании, факторов, влияющих на оборудование, воздействий результатов предыдущих операций на последующие.

При анализе работы сложного технического объекта, например узла автомобиля, должны рассматриваться все связи элементов внутри него, а также его связи с внешней средой и потребителем (эксплуататором, сервисом, ремонтником).

Это необходимо при проектировании продукциив рамках DFMEA (Design Failure Mode and Effects Analysis — анализ видов и последствий потенциальных отказов конструкции), где рассматриваются потенциальные дефекты. Более того, нужно проанализировать воздействие этих факторов в пределах предполагаемого диапазона вариаций или изменчивости факторов (рис. 1).

Рис. 1. Факторы, действующие на изделие, и негативные последствия

Если члены DFMEAкоманды забывают о какихто связях между элементами или о воздействии внешней среды или не знают об их существовании, то в будущем следует ждать сюрпризов. С формальной точки зрения в DFMEA-протоколе будут рассмотрены причины, которые на практике не будут действовать, но реальные источники дефектов будут упущены. Проконтролировать это сложно, так как проверяющий должен иметь высокую инженерную компетентность. Здесь DFMEA будет практически неэффективен, хотя протокол есть, успешно описан и предъявлен потребителю в папке PPAP (Production Part Approval Process — процесс согласования производства части).

При анализе технологии производства в рамках PFMEA команда специалистов должна рассмотреть для каждой технологической операции воздействие влияющих факторов в ходе производства с учетом предполагаемого диапазона вариаций или изменчивости каждого фактора, что отражено на рис. 2.

Рис. 2. Факторы, действующие в технологической операции, и негативные последствия

Хорошему качеству отечественной продукции и беспроблемной работе технологических процессов мешает не только плохая подготовка специалистов в части владения методами SPC, MSA и FMEA, которые называются core tools, т. е. «основные инструменты». На первый план выступает незнание специалистами физических факторов, действующих в технологических операциях в производстве, а также факторов, которые воздействуют на данное изделие при эксплуатации и обслуживании.

СИМПТОМЫ НЕИСПРАВНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ

На заводе N изготовляли автомобильные двигатели в сборе, включая узел сцепления с гидравлическим приводом (рис. 3).

Рис. 3. Узел сцепления с гидравлическим приводом

На завод стали приходить жалобы в связи с появлением дефекта «сцепление ведет», т. е. при полном выжиме педали сцепления автомобиль продолжает «тащить». Этот дефект нарушает требования безопасности. Он встречался и ранее в выпускаемых заводом N узлах сцепления. В связи с этим была проведена большая работа по переделке конструкции для более надежного выключения сцепления. Дефект исчез, но спустя некоторое время рекламации из эксплуатации появились вновь.

Данный дефект встречался один раз на 500—1000 автомобилей и устранялся на сервисной станции путем замены одной из деталей сцепления — ведомого диска. Это говорило о том, что система выжима сцепления работает нормально. Значит, проблема связана со свойствами ведомого диска. Дефектные ведомые диски возвращались на завод N, где они подвергались контролю по геометрическим параметрам.

На заводе N был открыт проект 8D по определению причин дефекта и их устранению. Команда специалистов построила диаграмму Исикавы и выделила на ней две наиболее вероятные причины дефекта: повышенная толщина ведомых дисков и повышенное осевое биение дисков. Данные параметры завод контролирует на каждом изготавливаемом диске. При проведении контроля какой-то из дисков могли пропустить, и тогда данный дефект мог появиться в процессе эксплуатации. Команде были предоставлены 52 дефектных диска, которые в результате рекламаций были возвращены на завод N. Все диски оказались полностью соответствующими по толщине и биению, хотя некоторые из них были немного изношены, что и должно происходить при эксплуатации.

Команда решила провести статистическое исследование двух параметров (толщина и осевое биение) для этих 52 дисков.

По результатам измерения толщины 52 дефектных дисков была построена гистограмма, а также кривая плотности нормального распределения. Толщина каждого диска замерялась при температуре 20 градусов в 12 местах диска, с его поворотом по оси через каждые 30 градусов (12 положений).

За толщину диска принималось максимальное из 12 измеренных его значений.

На рис. 4 показаны выборочные значения биения семи дисков и оценочное распределение Рэлея по ним. Значения биений отдельных дисков изображены галочками, а плотность распределения в виде кривой.

Рис. 4. Распределение Рэлея для описания поведения осевого биения дисков

Стало ясно, что вариации толщины дисков не могут быть причиной дефекта, так как величина отжима нажимного диска — 5 мм, она во много раз превышает полученную при исследовании величину вариаций толщины дисков (стандартное отклонение — 0,1406 мм).

Аналогичное исследование было проведено для второго параметра — величины биения плоскостей фрикционных накладок диска в осевом направлении. Для этого диск зажимался в двух вращающихся центрах. За величину биения накладки с одной стороны диска принималась разность между максимальным и минимальным показаниями индикатора при повороте диска в центрах на 360 градусов. Из-за высокой трудоемкости эти исследования были проведены выборочно на семи случайно отобранных дефектных дисках.

Для оценки биения было использовано распределение Рэлея [4], при котором даже удвоенное значение суммарного биения дает величину 2,8953 мм, что ощутимо меньше величины отведения нажимного диска — 5 мм. Команда пришла к выводу, что осевое биение дисков также не должно приводить к дефекту «сцепление ведет».

Причина проблемы на основе простой проверки дефектных дисков и элементарных статистических выводов не определена. Необходимо рассмотреть другие предположения о причинах дефекта.

Лидер команды консультантов завода N имел большой опыт работы с различными техническими объектами. Он предположил, что в силу нагрева дисков, который происходит при работе сцепления из-за трения, параметры толщины диска и биения диска могут сильно возрасти. Было решено провести эксперимент по нагреву и измерению тех же семи дисков по параметрам «толщина» и «осевое биение».

Диски нагревали до температуры 200 градусов. Средняя толщина дисков возросла несущественно (от 10,201 до 10,582 мм). А вот параметр разброса дисков по толщине при нагреве возрос ощутимо (от 0,157 до 0,197 мм). Но и это не страшно, так как величина «шесть сигм» для случая нагрева остается намного меньше расстояния, на которое отводится нажимной диск, — 5 мм. Значит, изменение толщины ведомых дисков при нагреве не может приводить к дефекту.

Далее команда 8D аналогично провела измерение величины осевого биения дисков в нагретом состоянии. Это исследование также весьма трудоемко, поэтому его решили провести выборочно на тех же семи дисках, на которых измерялась толщина дисков в нагретом состоянии.

Даже на глаз было заметно сильное повышение величины биения накладок диска при нагреве до 200 градусов. Здесь подействовал эффект различия коэффициентов температурного расширения стали и фрикционных накладок, которые склепаны между собой. При имеющейся конфигурации стальной пластины диска и приклепанных фрикционных накладок диск при нагревании «коробит». Аналогичная картина наблюдалась на всех семи дефектных дисках.

Для количественной оценки величины биения также было использовано распределение Рэлея по отобранным семи выборочным дискам.

ОТВЕТ НАЙДЕН

Прогноз поведения биения для всех дисков при температуре 200 градусов соответствует оцененному значению, равному 0,9757. Биение нижних накладок при нагреве показало аналогичную картину со значением 1,0732. Однако биения верхней и нижней накладок происходят независимо и могут складываться, т. е. их сумма равняется 2,0489 (рис. 5). Это очень большая величина в сравнении с величиной отведения нажимного диска. При таком значении, по прогнозу, более 5% ведомых дисков будут «коробиться» настолько, что будут задевать за маховик или нажимной диск. Значит, более 5% дефектности будет обеспечено за счет этого фактора.

Рис. 5. Осевое биение накладок ведомого диска сцепления при нормальной температуре и нагреве

Все возвращенные на завод диски, участвовавшие в эксперименте, были однозначно дефектными. Почему же они не показали такую величину деформации, которая вызывала бы данный дефект?

Дело в том, что результаты эксперимента могли не в полной мере отражать условия эксплуатации. Диски нагревались до 200 градусов, но могли значительно остыть к моменту проведения измерений. К тому же нагрев ведомого диска в эксплуатации при сильных нагрузках и высокой температуре окружающего воздуха может достигать и более высоких температур.

Таким образом, физическая причина дефекта — это «коробление» ведомого диска сцепления при его нагревании в тяжелых условиях эксплуатации.

Почему же дефект не проявлялся раньше, ведь автомобили с данным типом сцепления выпускались больше трех лет? Для ответа на этот вопрос были прослежены номера двигателей, по которым пришли рекламации. Исследователи попытались понять, были ли особенности производства дисков для этих двигателей.

На всех дефектных ведомых дисках сцепления были фрикционные накладки из одной партии поставки MMM. Материалы для накладок и сами накладки поступали с завода M на завод N, где производились сцепления и двигатели в сборе, далее они поставлялись на завод F, который собирал готовый автомобиль. Изготовление двигателей с дефектными дисками сцепления и поставка их на сборочный завод F осуществлялись в январе 2006 г., тогда же автомобили поступили в продажу. А рекламации появились только в мае. Это связано с тем, что в холодное время дефектные диски не нагревались до критически высокой температуры.

Что же касается материала, примененного для изготовления этих накладок, то конкретно в этой партии он имел отличие по составу — один из компонентов был другим по сравнению с аналогичным компонентом в остальных партиях поставок. В январе 2006 г. завод M дал разрешение своему внутреннему поставщику на такое отклонение для одной партии поставок материала. При этом заводу — потребителю накладок N отправлено уведомление. В ответ на него завод N потребовал результаты испытаний нового материала на параметры, требования к которым были отмечены в конструкторской документации:

• стойкость к истиранию;
• коэффициент трения;
• горючесть.

Данные показатели оказались даже лучше, чем у традиционного материала, поэтому накладки из нестандартного материала были запущены в производство на заводе N для изготовления ведомых дисков. Никому тогда не пришла мысль о возможном короблении дисков при нагреве.

Это тот случай, когда специалисты не знают о сильнодействующем факторе.

Команда 8D продолжила исследования. Для подтверждения гипотезы о короблении ведомых дисков с накладками из нестандартного материала завод N попросил своего поставщика (завод M) изготовить несколько фрикционных накладок из того же материала, который был применен для партии накладок МММ. По запросу из нестандартного материала было специально изготовлено шесть накладок, из которых на заводе N сделано три ведомых диска для проведения испытаний.

Эти диски при испытаниях на нагрев до 200 градусов показали схожие результаты деформации — критичные для эксплуатации. Стандартные диски не показали значительного увеличения биения при нагреве.

Можно сказать, что причина возникновения дефекта — невнимательность технических служб завода N к известному и документально зафиксированному факту изменения материала в одной партии поставленных накладок.

На будущее было решено проводить испытания на нагрев для всех новых или модернизируемых ведомых дисков сцепления; при проектировании ведомых дисков применять конструкции дисков, устойчивые к нагреву и не дающие эффекта «коробления» при нагреве, зарубежные прототипы которых на тот момент уже были.

Кроме того, необходимо усилить внимание исполнителей и руководства к процедурам DFMEA и PFMEA, в том числе проводить их пересмотр при изменении конструкции узлов и деталей, материалов или изменениях в технологии.

ЗОЛОТОЙ ФОНД

Техническим специалистам, участвующим в разработке сложных устройств и технологических процессов, а также для выявления причин дефектов необходимо:

• владеть техническими знаниями, понимать физические процессы, происходящие внутри изделия или процесса, а также как объект взаимодействует с внешним миром;
• иметь способность количественно оценивать степень влияния любого изменяющегося фактора на результат функционирования объекта;
• уметь выделить из сотен потенциально воздействующих факторов один или несколько, которые приводят к проблемам;
• владеть статистическими методами для оценки степени влияния изменяющегося фактора на объект.

Эти практические знания могут быть получены на основе многочисленных экспериментов и анализа проводимых измерений и обсуждений в кругу специалистов. Такие эксперименты и анализ целесообразно вести в рамках работ по DFMEA и PFMEA. Важно, чтобы эти работы не заканчивались написанием соответствующего протокола. Нужно обязательно рассматривать результаты спустя несколько месяцев после завершения работ по FMEA (рис. 6).

Рис. 6. Обратная связь при применении FMEA

Помимо разработки безупречной продукции и безупречного процесса производства обратная связь из производства и эксплуатации позволяет приобрести и сохранить важные знания. Это золотой фонд любого предприятия.

А руководители предприятий и подразделений должны понимать ценность таких знаний для организации и всячески мотивировать специалистов к их приобретению.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Статистическое управление процессами. SPC. Ссылочное руководство / Пер. с англ. 2-го издания от июля 2005 г. — Н. Новгород: ООО СМЦ «Приоритет», 2012. — 424 с. (двуязычное).

2. Анализ измерительных систем. MSA. Ссылочное руководство / Пер. с англ. 4-го издания от июня 2010 г. — Н. Новгород: ООО СМЦ «Приоритет», 2012. — 452 с. (двуязычное).

3. Анализ видов и последствий потенциальных отказов. FMEA. Ссылочное руководство / Пер. с англ. 4-го издания от июня 2008 г. — Н. Новгород: ООО СМЦ «Приоритет», 2012. — 282 с. (двуязычное).

4. Орешин А.В. Опыт применения 8D на предприятиях автомобильной промышленности // Методы менеджмента качества. — 2006. — № 3.