Проектирование: с FMEA или без?

Марк РОЗНО

Понять, чтобы предвидеть,

предвидеть, чтобы овладеть.

Люсьен Леви-Брюль

История учит... но не нас?

 

 

 

 

     До середины XIX в. в клиниках Европы свирепствовала "родильная горячка". В лучшие месяцы 3-5%, а в худшие до 30% женщин умирало после родов от этой болезни, причины которой были неизвестны [1]. В 1846 г. молодой венский врач Игнац Земмельвейс начал исследования, а в 1847 г. предложил простой метод: врачи и акушеры перед приемом родов должны были мыть руки раствором хлорной извести. Заметим, это было еще до открытия Луи Пастера и каких-либо представлений о микробиологии, поэтому в медицинской практике руки мыли после операций. После введения метода Земмельвейса в двух клиниках Вены за несколько месяцев смертность снизилась до 0,19%, т.е. в десятки раз. Земмельвейс, 13 лет активно пропагандируя свой метод, написал книгу, отправил личные письма многим знаменитостям. Но его метод, несмотря на простоту и доказанную на практике эффективность, активно отвергали. Результат - сотни тысяч загубленных человеческих жизней.

     В 1856-1863 гг. Грегор Мендель провел большую серию опытов по гибридизации гороха и статистически обработал результаты. В 1865 г. они были доложены в Брюннском обществе естествоиспытателей, а затем опубликованы - с ними познакомились все ведущие ботаники. Так были открыты и обоснованы экспериментально законы наследственности. Однако в практике селекции растений и животных эти законы почему- то не применялись. Только в 1900 г. после экспериментов Де Фриза в Голландии, Корренса в Германиии и Чермака в Австрии об этих законах вспомнили, признали их, и они стали основным инструментом селекции новых видов [2]. Результат - в течение 35 лет работы всех селекционеров мира были малоэффективными, усилия во многом тратились впустую. (Заметим в скобках, что в России период растраты этих человеческих ресурсов продлился еще несколько десятилетий.)

     В 1916 г. Альберт Энштейн выступил в роли авиационного конструктора и предложил новый профиль крыла самолета, который потом назвали "кошачьей спиной" [3]. Знаменитый физик предложил эту конструкцию, не познакомившись с хорошо известными в то время работами Н.Е. Жуковского (1906 г. - на русском и 1910 г. - на немецком языках), а также с уже применявшимися конструкциями и результатами экспериментов. Однако авторитет ученого был столь велик, что соответствующий самолет был построен. Испытания показали отвратительный результат, а летчики-испытатели были рады, что остались в живых.

     Что общего в этих исторических примерах, список которых можно продолжить? Их объединяет одно: к соответствующему моменту времени люди уже имели знания, убедительные экспериментальные доводы относительно правильного, рационального решения, развития. Но эти знания и опыт были проигнорированы, и в результате - значительные потери времени, ресурсов и даже человеческих жизней.

     Но если приведенные примеры относятся все же к стадии внедрения научных предложений в практику, где еще как-то можно оправдать промахи и потери, то что же следует сказать о стадиях проектирования серийных изделий и технологий? Ведь здесь просто проводится "сборка новых построек" из достаточно хорошо известных "кубиков". Поэтому степень предсказуемости свойств "новой постройки" может быть весьма высокой, если, конечно, предсказание будут осуществлять специалисты с многосторонними практическими знаниями. И только если мы сознательно идем на применение нового "кубика" с недостаточно известными свойствами, необходимо либо провести соответствующие эксперименты, либо пригласить специалистов со стороны, хорошо знающих эти свойства.

     Почти в любом популярном техническом журнале 10-15-летней давности ("За рулем", "Радио", "Юный техник" и др.) мы могли найти массу полезных советов, как улучшить то или иное отечественное техническое изделие: магнитолу, узел автомобиля, стиральную машину и т.д. И если такие относительно простые доработки, переделки были доступны умельцам в быту, то почему же их не могли осуществить на заводах при проектировании и изготовлении?

     А сколько недоработок, недоступных для переделки даже для "умельцев", почти в любом изделии отечественного производства! Сколько нервов, времени и средств уходило у нас на постоянные ремонты того или иного отказавшего изделия!

     Сейчас в журналах советов по улучшению технических изделий почти не печатают. Значит ли это, что изделия стали безукоризненными? Вовсе нет. Просто настало другое время, и пользователь стал другим. Сегодня у покупателя широкий выбор: из множества аналогичных изделий он покупает то, которое удобнее и надежнее в эксплуатации и имеет приемлемую цену.

     Как достичь высокого качества изделий? Как наиболее эффективно использовать профессиональный потенциал российских инженеров? Как перенести их знания и практический опыт в область качества продукции?

     Что мешает нам это сделать?

 

 

Где истоки неприятностей?

 

     Известно соотношение 1:10:100, активно пропагандируемое Талгатом Сейфи, бывшим главным инженером Горьковского авиационного завода, автором системы КАНАРСПИ (качество, надежность, ресурс с первых изделий). Оно означает: одного и того же полезного эффекта от изделия можно достичь, затрачивая 100 р. на этапе его эксплуатации (обслуживание, профилактика, ремонт и т.п.) или 10 р. - на этапе производства (более качественная комплектация, сборка и т.д.), или рубль - на этапе его проектирования (лучшее продумывание конструкции и технологии изготовления изделия). Аналогичные пропорции встречаются у западных специалистов [4].

     В соответствии с этим соотношением корни любых будущих неприятностей для потребителя или для самого производства гораздо легче "подрубить" на стадии проектирования. Иначе говоря, именно при проектировании с минимальными затратами можно достичь требуемого качества будущей серийной продукции. Поэтому сегодня любое предприятие, заинтересованное в успехе на рынке, задается вопросом, как организовать работы по проектированию, чтобы:

     изделия с самого начала выпуска получались удачными со всех точек зрения (удобства пользования, обслуживания, безотказности, технологичности и т.д.);

     технология изготовления данной конструкции изделия или узла также с самого начала была удачной (без сбоев и неприятных последствий для качества продукции и без потерь для предприятия);

     стоимость продукции была минимально возможной при заданном уровне качества?

     Ответ, что нужны хорошие конструкторы и технологи, неверен. Конечно, без них не обойтись, это - необходимое условие, но недостаточное. Современная техника весьма многогранна, и охватить все стороны ее устройства, особенностей производства и эксплуатации двум-трем специалистам невозможно, даже если свести рассмотрение только к одному узлу, например, коробке передач автомобиля. Опыт преуспевающих предприятий мира показывает, что успешно решить проблемы разработки и постановки продукции на производство можно только силами группы разнородных специалистов - межфункциональной FMEA-команды, которая работает по специальной методике [5, 6]. По оценке журнала "Quality Progress", сегодня не менее 80% разработок технических изделий и технологий их производства проводится с применением FMEA-методологии.

 

Что предлагает FMEA-методология?

 

     Сущность методологии FMEA (Failure Mode and Effects Analysis - анализ видов и последствий отказов) шире, чем отражено в названии.

     FMEA-методология имеет три "точки опоры" [6].

     1. Принцип. Работа межфункциональной командой специалистов, которые рассматривают предложенную "эскизную" конструкцию или технологию с разных позиций и доводят ее до необходимого уровня совершенства.

     2. Условие. Команда должна состоять из разнородных специалистов, имеющих достаточный практический опыт работы с подобными объектами.

     3. Методика. Члены команды предсказывают потенциально возможные "неприятности" (дефекты, отказы) в данной конструкции или технологии, их причины и последствия. Далее производится количественная оценка "неприятностей" по трем критериям: S - значимости по последствиям, O - частоте вероятного появления и D - возможности обнаружения при изготовлении продукции. Если обобщенная оценка данного дефекта (отказа) в соответствии с этими критериями оказывается выше определенной границы, то рассматриваемую конструкцию (технологию) FMEA-команда дорабатывает.

     Заметим, эта методика достаточно просто усваивается специалистами и дает прекрасные результаты: конструкция и технология сразу получаются "доведенными". Недаром современная зарубежная техника поражает опытных технических специалистов тем, что она сделана не "другими руками", а "другими мозгами".

     Вероятно, не последнюю роль в этом играет не очень привычный для нас взгляд на последствия потенциальных "неприятностей" в конструкции или технологии. Этот взгляд отражен, в частности, в шкале оценок S. Эта шкала резко нелинейна и "подтягивает" значимость привычно "второстепенных" для нас последствий к последствиям катастрофическим. Так, катастрофические последствия, связанные с безопасностью или экологией, в шкале оценок значимости оцениваются максимально - в 10 баллов, а последствия, при которых "потребитель испытывает некоторое неудовлетворение", - 5 баллов, т.е. всего в 2 раза ниже! Это заставляет уже при проектировании обращать серьезное внимание на те стороны изделий и технологий, которые по традиции считали второстепенными.

     Для российских предприятий FMEA-методология хороша еще и тем, что она не требует материальных затрат, что почти всегда является проблемой.

     Чтобы ускорить внедрение этой явно необходимой методологии на российских предприятиях, ТК 125 силами специалистов АО "НИЦ КД", СМЦ "Приоритет", ОАО "АвтоВАЗ", ОАО "ГАЗ", ПО РИА разработал проект государственного стандарта "Анализ видов и последствий потенциальных дефектов". Откликов от предприятий и редакционных обсуждений при разработке проекта было необычайно много, что говорит об интересе специалистов к этой методологии.

     Но прежде всего следует сказать несколько слов о терминологии.

     С введением в России стандартов ИСО серии 9000, наряду с известным термином "дефект", появился термин "несоответствие", причем трактовка термина "дефект" изменилась. Как показывает опыт, в связи с недостаточной ясностью определений обоих терминов, особенно в новой версии стандартов ИСО серии 9000, заводские специалисты часто не могут четко разделить эти понятия.

     Термином "дефект" описывают негативное для эксплуатации явление, выходящее за пределы установленного или явно предполагаемого нормального поведения изделия у потребителя. Термином "несоответствие" обозначают формальное отклонение технических характеристик от установленных в документации. Несоответствие не всегда приводит к дефекту, как и отсутствие несоответствий не гарантирует отсутствия дефектов. Например, вал и втулка могут иметь явные отклонения по диаметру за пределы допусков (в одну и ту же сторону), но для собранного неремонтируемого узла его работоспособность будет нормальной, т.е. дефекта не будет. В другом случае, если что-то недостаточно продумано, не учтено в документации, несоответствий может и не быть, а дефект в эксплуатации наступает.

     Кроме этих двух терминов полезно ввести еще понятие "недостаток", обозначающее какие-то неудобства, потери при производстве или потреблении продукции. Например, сборка узла может быть весьма неудобной, трудной, хотя так и предусмотрено конструкторской и технологической документацией, т.е. несоответствий нет. В другом случае может быть затруднен доступ к узлу при его обслуживании, но дефектом это не является. Полезно также всегда иметь в виду недостаток, который называется "но это дорого". Может быть можно найти более дешевое решение без появления других существенных "неприятностей"?

     Качество продукции по Генити Тагути [7] определяется теми общественными потерями (затратами), которые несет с собой данный продукт. С этой точки зрения, все три рассмотренных понятия являются "минусами", т.е. негативными явлениями, увеличивающими общественные потери. При доработке проекта конструкции изделия (узла, детали) или технологии его изготовления FMEA-команда рассматривает эти "минусы" и старается избавиться от них. На схеме 1 изображен "треугольник минусов", над которым должна работать FMEA-команда.

     Заметим, что в упомянутом проекте стандарта на FMEA-методологию нужен был один термин, обобщающий понятия "дефект", "недостаток" и "несоответствие". Выбор пал на термин "дефект", сопровождаемый соответствующим примечанием, обобщающим это понятие в пределах данного стандарта.

     Суть работы FMEA-команды состоит в анализе и доработке предложенной эскизной конструкции или технологии. Этот процесс основан на составлении списка потенциальных дефектов рассматриваемых конструкций (для этапа FMEA-конструкции) или технологии (для этапа FMEA-технологии). В последнем случае рассматриваются дефекты не конструкции (изделия), а технологии (пропуск операции, неправильное ее выполнение и т.п.). Здесь как раз и необходим накопленный членами FMEA-команды опыт в работе с аналогичными конструкциями и технологиями. Многосторонний опыт необходим также для того, чтобы по возможности учесть все "минусы" (см. схему 1). Отсюда следует и необходимый состав участников FMEA-команды с возможным приглашением специалистов со стороны, если имеются пробелы в опыте своих специалистов.

 

 

 

 

     Далее команда рассматривает последствия и причины для каждого из потенциальных дефектов. Алгоритм работы FMEA-команды в проекте стандарта приведен на схеме 2.

 

 

 

 

     Следующим важным этапом работы FMEA-команды является оценка каждого дефекта/ причины по упомянутым трем критериям значимости: по последствиям (балл S); частоте появления данного дефекта по данной причине (балл О); частоте (возможности) обнаружения данного дефекта или его причины на предприятии-изготовителе (балл D).

 

 

 

Соотношение затрат и выгод от

применения FMEA-методологии

 

     В методическом документе [5] и проекте стандарта приведены рекомендуемые 10- балльные шкалы оценок для указанных трех критериев. Однако для конкретного вида продукции и производства эти шкалы желательно конкретизировать в СТП в более привычных терминах. Обобщенной оценкой, указывающей на степень опасности данного дефекта/причины для предприятия-изготовителя, является приоритетное число риска (ПЧР), равное произведению трех упомянутых балльных оценок (ПЧР = SOD, которое может принимать значения от 1 до 1000).

     Если полученное ПЧР больше критической границы ПЧРгр, то данная конструкция и (или) технология должны быть доработаны. При доработке можно снизить частоту появления (балл О) и повысить частоту обнаружения (т.е. снизить балл D) для данного дефекта/причины, но иногда удается снизить и значимость (балл S). Для доработанной конструкции (технологии) снова составляют перечень потенциальных дефектов (если они изменились) и оценивают их по тем же трем критериям. И так до тех пор, пока все ПЧР не станут ниже ПЧРгр. Эту критическую границу устанавливают на уровне 100-125, но при повышенных требованиях к качеству ее можно снизить до 50 и даже 30.

     В результате применения FMEA-методологии можно получить конструкцию и технологию без значимых "минусов", причем сразу, а не после запуска в производство. Имеются и другие положительные эффекты [6], среди которых наиболее значимым является взаимное обогащение знаниями и опытом членов FMEA-команды. Опыт зарубежных предприятий показывает, что ощутимые результаты появляются через 12-18 месяцев после начала освоения методологии, и далее обеспечивается устойчивый положительный эффект. На рисунке приведено типовое соотношение затрат и выгод от применения FMEA-методологии. Добавим, что здесь учтены затраты на обучение и дополнительное время работы высококвалифицированных специалистов в FMEA- командах. В России эти затраты существенно ниже, поэтому эффект должен быть еще большим.

     В настоящее время многие отечественные предприятия уже начали осваивать эту методологию. Этапы освоения достаточно хорошо отработаны и изложены в [6]. Особо отметим необходимость знакомства с методологией высшего руководства (два-три часа занятий), чтобы обеспечить их понимание и поддержку, иначе последующие действия благополучно "уйдут в песок". Необходимо также начальное обучение круга разнородных специалистов предприятия с практическими занятиями (не менее трех-четырех дней). Консультанту-тренеру по FMEA-методологии рекомендуется в течение нескольких месяцев следить за ее освоением заводскими специалистами, участвовать в учебно- практической работе FMEA-команд.

 

Некоторые результаты обучения

 

     Интересен опыт проведения курсов обучения специалистов на различных предприятиях с практическими занятиями (три-пять дней). Безусловно, более эффективно обучение непосредственно на предприятии, когда практические занятия проводятся на конкретных конструкциях и технологиях. На сегодняшний день автор обучил более 400 человек на 23 предприятиях. Обучение проходят опытные специалисты со стажем практической работы, как правило, не менее 10 лет.

     В конце курса обучаемые отвечают на вопросы анкеты, касающиеся степени новизны, практической полезности, степени необходимости данной методологии, проблем с ее внедрением и т.д. Приведем некоторые результаты анализа анкет.

     Степень новизны данной методологии для большинства специалистов, несмотря на значительный стаж и опыт, оказывается весьма высокой. В среднем по 10-балльной шкале она равна 7,26; на отдельных предприятиях - в пределах от 6,5 до 9,4.

     Степень практической полезности (по той же шкале) оценена специалистами еще выше: общая средняя оценка равна 8,62; на отдельных предприятиях - в пределах от 7,6 до 9,5.

     В какой мере необходим собственный практический опыт работы с техническими объектами (проектирование, ремонт, обслуживание и т.п.) для преподавателя- консультанта по этой методологии?

     Вот как распределились ответы: опыт необходим - 57,3; опыт весьма желателен - 27,2; опыт полезен - 12,7; опыт не нужен - 2,8%.

     В какой мере FMEA-технологии (FMEA-конструкции) необходимы вашему предприятию?

     Вот как распределились ответы: необходимы - 42,7 (44,1); очень желательны - 30,1 (28,6); полезны - 26,7 (26,8); не нужны - 0,5 (0,5)%.

     В какой мере FMEA-технологии (FMEA-конструкции) необходимы вашим поставщикам?

     Ответы распределились следующим образом: необходимы - 40,4 (38,2); очень желательны - 43,7 (41,2); полез-ны - 15,9 (20,6); не нужны - 0 (0)%.

     Что необходимо для скорейшего внедрения FMEA-методологии на вашем предприятии?

     Ответы давались в произвольной форме, далее близкие по смыслу ответы были объединены в общие группы (техника "диаграмм сродства"): обучить специалистов и руководителей - 23,2%; выпустить документацию по FMEA (СТП, методики и т.п.) - 17,9%; обратить внимание руководства на FMEA - 14,3%; узаконить FMEA-метод, сделать его обязательным - 12,5%; изменить менеджмент в части проектирования - 9,3%; ввести стимулирование работы в командах - 6,2%; создать творческие команды специалистов - 5,0%; прочее - 10,7%.

     Что будет мешать практическому внедрению FMEA-методологии на вашем предприятии?

     Ответы распределились следующим образом (техника их обработки та же): недостатки менеджмента - 33,9%; недостаточное финансирование проектирования - 14,3%; недостаточно специалистов высокого уровня - 10,7%; удлинение сроков проектирования - 10,3%; незаинтересованность, в том числе материальная - 9,4%; защита "чести мундира", боязнь вскрыть ведомственные недостатки - 8,1%; стереотипы старых методов проектирования, непривычность нового подхода - 7,2%; прочее - 6,1%.

 

Вывод

 

     Подавляющее большинство специалистов предприятий, прошедших обучение и пробную работу по FMEA-методологии, считают ее весьма полезной и даже необходимой для своих предприятий, а также для предприятий-поставщиков. 12,5% специалистов считают, что эта методология должна стать обязательной, необходимо запретить проектирование без ее применения.

     Более половины проблем внедрения методологии специалисты связывают с высшим и средним уровнями управления: непонимание высшим руководством, защита "чести мундира" руководителями подразделений и т.п. Проблемой является также необходимость обучения методологии достаточно большого числа специалистов.

     Если FMEA-методология в течение 10-20 лет показывает в развитых странах мира свою высокую эффективность и если наши специалисты также ощущают ее необходимость, то может быть эти проблемы следует поскорее решить?

     Очевидно, нам пора понять, что "умывать руки", а заодно и ронять репутацию после "родов" наших конструкций и технологий - это преступление.

     Слово за вами, руководители!

 

 

Список использованной литературы

1. Салямон Л.С. О некоторых факторах, определяющих восприятие нового слова в науке. Научное открытие и его восприятие. - М.: Наука, 1971. - С. 95-114.

2. Пилипенко Н.В. Соотношение необходимости и случайности в научном творчестве. - Там же. - С. 73-78.

3. Френкель В.Я., Явелов Б.Е. Эйнштейн: изобретения и эксперимент. - М.: Наука, 1990. - С. 124-134.

4. Gunter Kersten. Vaihinqen, ENZ. Fehlermoglichkeits-und-enfinbanalyse (FMEA). Handhuch Qualitats- Managmement 3. Auflaqe, h. 469-490.

5. Анализ видов и последствий потенциальных отказов. FMEA: Справочное руководство. Крайслер корпорэйшн, Форд Мотор компани, Дженерал Моторс корпорэйшн: Пер. с англ. - Н. Новгород: АО "НИЦ КД", СМЦ "Приоритет", 1997. - 67 с.

6. Розно М.И. Как научиться смотреть вперед? Внедрение FMEA-методологии // Методы менеджмента качества. - 2000. - № 6.

 

 

Марк Ионович РОЗНО - кандидат технических наук, главный специалист СМЦ "Приоритет"