APPLICATION OF THE QFD METHOD FOR STANDARDIZATION OF METAL-CUTTING TOOL PARAMETERS

Full Text

ВВЕДЕНИЕ В условиях конкурентной борьбы именно качество обеспечивает жизнеспособность продукции. В понятие качества включают качество всех процессов, начиная от целей, которые ставит перед собой руководство (качество цели), и заканчивая качеством исполнения. Учитывая всеобъемлющий характер вопросов управления качеством, можно предположить, что происходит формирование принципиально новой философии управления производством, в основе которой лежит критерий качества [2]. Проблема исследования состоит в том, что в настоящее время проектирование зачастую осуществляется на основе отраслевых или внутренних стандартов, ГОСТов, но не всегда содержание этих документов полностью соответствует тому, что желает потребитель. Это касается многих отраслей производства, в том числе и машиностроения. Часто возникает ситуация, когда один результат производства востребован, а другой нет, в результате чего проект является невостребованным и затратным. Поэтому перед началом создания нового проекта необходимо собрать требования потребителя - что он хочет, какие характеристики предпочитает и считает необходимыми. При анализе токарного металлорежущего инструмента, представленного на рынке, встал вопрос: а все ли требования потребителя учитываются производителем? Или инструмент создается, опираясь только на ГОСТы? Для реализации этого подхода на этапе проектирования продукции существует инструмент управления качеством QFD (Quality Function Deployment) или Дом качества. Анализ публикаций по теме применения QFD показал, что самыми распространенными сферами использования инструмента являются различные отрасли машиностроение. Например, в статье [1] описан процесс проектирования и разработки вертикального авиационного кресла с применением инструмента QFD. Авторы определили требования потребителей к вертикальной конструкции кресла для стоячей кабины самолета и связали их с техническими характеристиками устройства. Лаптев Н. И. с соавторами [3] в статье «Развитие методологии QFD на примере производства удлинённых кумулятивных зарядов» демонстрируют, как за счёт использования методологии решаются задачи постоянного отслеживания уровня спроса, определения связи между требованиями потребителя и характеристиками удлинённых кумулятивных зарядов (УКЗ), анализа уровня качества продукции конкурентов, определения направления развития УКЗ, основываясь на анализе требований потребителя и/или позиций организации на рынке. Фирсов А.С. в своей статье [4] использует инструмент QFD для нахождения оптимальных значений инженерных характеристик, чтобы задать значения для последующего автоматизированного составления технического задания на разрабатываемый металлорежущий станок ещё на ранних стадиях его проектирования. Также методология QFD используется и в других сферах, например общественного питания [5, 11], медицине [7], для решения острых социальных проблем [10], банковской сфере [6], образовании [8]. Информации об использовании методологии QFD применительно к металлорежущим инструментам обнаружено не было. Таким образом, использование методологии QFD поможет производителю при разработке или проектировании продукции, организации и проектировании услуг или определения уровня конкурентоспособности уже существующих продуктов и услуг. Это позволяет оценить требования потребителя и верно определить характеристики продукции или услуг, способные их удовлетворить. Методология помогает сокращать «барьеры» меду потребителем и производителем, позволив первому услышать желание второго. В современном мире это необходимо для того, чтобы создать процесс или услугу, пользующуюся высоким спросом на рынке. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ В развернутом виде методология QFD имеет четыре (фазы) процесса проведения. В данной работе мы рассматривали только первую фазу, включающую в себя идентификацию целей по качеству, проектирование и развитие изделия. Стоит учитывать тот аспект, что методология универсальна для различных видов продукции и услуг, но, несмотря на это, она требует адаптации под каждый вид продукции [9]. Начальным этапом построения дома качества является сбор характеристик, которые потребитель считает важными в продукте. Для определения характеристик потребителя необходимо провести опрос экспертов, профессионалов в области эксплуатации токарных режущих инструментов. Опрос проводился по требованиям к инструменту для чистовой и черновой обработки. В первую очередь был организован опрос экспертов в виде открытого анкетирования, о том какими характеристиками должен обладать идеальный для них токарный резец по видам обработки. В результате получили список из 24 характеристик инструмента для черновой и чистовой обработки. На основе полученных данных была создана анкета с целью получения информации о характеристиках инструмента и ранжирования их по важности. Она содержит закрытые вопросы, и ее фрагмент представлен на рис.1. После этого был проведен опрос экспертов данной области, а полученные результаты сведены в таблицы 1,2. В таблице цветом указан ранг характеристики, на основании опроса потребителей, в зависимости от количества ответов «Да» среди всех полученных результатов. Ранжирование по цвету определяет важность характеристики: Также для каждой характеристики был рассчитан коэффициент весомости по формуле: К= д/Д, где Д- общее количество ответов «Да» по всем характеристикам; д- количество ответов «Да» характеристики, для которой рассчитывается коэффициент. В результате анкетирования было определено, что все характеристики, представленные в закрытом анкетировании важны для потребителя, так как единогласного «Нет» не было ни у одной позиции. Определили ранг и значение весомости каждой характеристики, как для чистовой, так и для черновой обработки. ПОСТРОЕНИЕ ДОМА КАЧЕСТВА На первом этапе с помощью матричной диаграммы необходимо перевести желания потребителя в технические характеристики изделия. Конечным результатом первой фазы является определение важнейших характеристик продукции, соответствующих ожиданиям потребителя и обеспечивающих его конкурентоспособность на рынке. Так как с помощью анкетирования уже определились требования потребителя, далее необходимо определить технические характеристики инструмента, используя международные стандарты и ГОСТы, на которые опираются разработчики при создании продукта. В общей сложности было проанализировано 30 стандартов, но основным источником характеристик режущего инструмента является ГОСТ Р 54133-2010/ISO/TS 13399-2:2005. В нём наиболее полно перечислены характеристики токарного режущего инструмента. В результате был составлен список из 62 пунктов, всех определенных технических характеристик, который в результате объединения и укрупнения некоторых пунктов сократился до 23 характеристик. После определения технических характеристик и желаний потребителя был проведен этап определения связи между ними. В матрице связь обозначается: □ - сильная связь; Ο - средняя связь; ∆ - слабая связь; если связь отсутствует - обозначение не ставится. В результате были построены матрицы взаимосвязи потребительских и технических характеристик для чистового и чернового токарного режущего инструмента (рис. 2,3). Следующий этап - это построение «крыши» Дома Качества. Этот этап очень важен, так как на нём создаётся корреляционная матрица для выявления положительных или отрицательных связей между техническими характеристиками. Так как технические характеристики и для чернового, и для чистового токарного режущего инструмента были определены общие, значит и «Крыша» дома будет одинаковой. Связь между характеристиками может быть положительной, когда при улучшении одного параметра, улучшается второй. И отрицательной, когда при улучшении одного параметра второй ухудшается. Для обозначения положительной связи был принят знак «+», отрицательной «-», при отсутствии связи знак не ставится. Знак ставится на пересечении двух характеристик. Полученная матрица представлена на рисунке 4. Далее необходимо определить направления улучшений для каждой характеристики в виде стрелки, направленной вверх, если улучшение положительное и вниз, если отрицательное. Результаты оценки представлены на рис. 5,6, для черновой и чистой обработки соответственно. Оценивание проводилось по системе в наличии много - хорошо (стрелка вверх), в наличии много - плохо (стрелка вниз). Некоторые характеристики имеют максимальный и минимальный предел, например, радиус закругления вершины может быть максимальный, но не должен доводить до полного округления инструмента. Характеристики с незаполненными полями слишком обширны в понятии, что создаёт проблему для их оценивания. Следующим этапом является построение «Веранды» Дома качества. «Веранда» представляет собой потребительский бенчмаркинг или анализ конкурентов, представленный в виде матрицы. Он проводится с целью определения - насколько существующие на рынке конкуренты ориентированы на удовлетворение желаний потребителя. Были отобраны 7 наиболее распространенных компаний (как зарубежных, так и отечественных) в области производства токарного режущего инструмента: • ZCC (ZHUZHOU CEMENTED CARBIDE CUTTING TOOLS) - Китай; • ISCAR - Израиль; • Sandvic- Швеция; • Mitsubishi Carbide - Япония; • Tungaloy - Япония; • Walter - Германия; • КЗТС ( Кировоградский Завод Твёрдых Сплавов) - Россия. Далее была построена матрица весомости потребительских характеристик у представленных на рынке компаний в области токарного режущего инструмента. Для анализа чернового токарного режущего инструмента были выбраны твердосплавные пластины CNMG, чистового CCMT. Каждой компании присвоили определенное графическое обозначение, для упрощения работы и более наглядного представления матрицы. Графическое обозначение, используемое в матрице, представлено в таблице 3, каждый знак ставится в ячейке характеристики соответствия, к которой он относится. Было определено 5 видов соответствия: 1 - очень слабое соответствие; 2 - слабое соответствие; 3 - среднее соответствие; 4 - сильное соответствие; 5 - очень сильное соответствие. Все обозначения одной компании были последовательно соединены одной кривой, чтобы более наглядно показать сильные и слабые стороны конкурентов относительно требуемых потребителем характеристик. Каждая компания имеет свой цвет линии (рис. 7,8). Далее идёт этап создания «Подвала» Дома качества. Он включает в себя два пункта: определение технических коэффициентов и технический бенчмаркинг. На основе представленных выше данных был сделан расчёт весомости технических характеристик режущего инструмента. У каждой характеристики вычисляется количество связей, каждая связь имеет свой вес: □ - 9, Ο - 6, ∆ - 3. Величина связи, умножается на соответствующий коэффициент весомости потребительских характеристик, и вычисляется общая сумма по всем связям технической характеристики (суммарная оценка). В результате были получены коэффициенты весомости технических характеристик токарного инструмента и определена приоритетность в процентном отношении. Следующий пункт построения «подвала» - это технический бенчмаркинг. При его проведении сравнивался исключительно функционал и технические характеристики своего и конкурирующих продуктов. Так как список технических параметров был сильно сокращён для удобства построения Дома качества, поэтому не все характеристики могут быть переведены в измеряемые. Оценка проводилась качественно по системе соответствует/несоответствует. При проведении потребительского анализа для каждой компании использовались графические обозначения, представленные в таблице 2. Полученные данные для чернового токарного режущего инструмента представлены на рисунке 11, для чистового - на рисунке 12. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Таким образом, все этапы построения «Дома качества» были проведены, результаты были скомпонованы в общую матрицу для токарного режущего инструмента для черновой и чистовой обработки (рис.13, 14). В результате построения Дома качества определен «голос потребителя» с учетом весомости каждого требования. Были проанализированы 30 международных и национальных стандартов и определены 23 технических характеристик токарных режущих инструментов. При определении взаимосвязи между техническими характеристиками выявлено, что таким параметрам, как «Ширина резания», «Максимальная глубина резания», «Размеры пластины», свойственно положительное направление улучшения, но всё же их наличие имеет большее значение при черновой обработке, чем при чистовой. Матрица весомости потребительских характеристик у представленных на рынке компаний, производящих металлорежущий инструмент показывает (рис. 7), что требование с минимальным соответствием является: «Инструмент обеспечивает фаску 45°», «Использование двухсторонней пластины» и «Индикация износа». Также стоит отметить что, пункты «Инструмент обеспечивает фаску 45°» и «Создание уступов инструментов» для чернового резца друг друга исключающие характеристики. Инструмент может воспроизводить обе, но это уже относится к возможностям оборудования. В случае чистового режущего инструмента матрица показала, что самыми слабыми характеристиками являются «Индикация износа» и «Антикоррозионное покрытие инструмента». Производитель не применяет антикоррозионное покрытие, считая, что при регулярном использовании смазочно-охлаждающей жидкости, при обработке не даёт инструменту подвергаться коррозии. В следствие эта операция является лишними затратами организации. В итоге, в обоих случаях данные демонстрируют, что у конкурентов есть характеристики, на которых они не акцентируют внимание. Но при этом потребитель считает их важными при выборе токарного режущего инструмента. В результате проведенного бенчмаркинга можно сделать что почти все технические характеристики как для черновой, так и для чистовой обработки, максимально исполнены конкурентами, не считая характеристики «Покрытие». ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе рассмотрено использование методологии QFD для токарного металлорежущего инструмента черновой и чистовой обработки. Был разработан Дом качества первой фазы «Планирования продукции». В процессе работы осуществлялось построение Дома качества по токарному режущему инструменту для черновой и чистовой обработки. Выполнялись последовательно этапы сбора потребительских характеристик, технических характеристик, определения взаимосвязей между ними, а также создания корреляционной матрицы для определения положительной/отрицательной взаимосвязи между техническими характеристиками, потребительский и технический бенчмаркинг. В результате были выявлены основные технические характеристики на которые стоит ставить в приоритет производителю: • Радиус закругления вершины • Период стойкости • Виброустойчивость • Геометрия режущей кромки • Форма режущей кромки Производителям стоит организовать исследования по созданию инструмента с характеристиками индикация износа, крепление пластины без дополнительных инструментов, а также пересмотреть возможность антикоррозионного покрытия. Рис. 1. Фрагмент анкеты опроса потребителей токарных резцов Таблица 1. Итог ранжирования характеристик инструмента для черновой обработки Таблица 2. Итог ранжирования характеристик инструмента для чистовой обработки Рис. 2. Матрица определения взаимосвязи потребительских и технических характеристик чернового токарного режущего инструмента Рис. 3. Матрица определения взаимосвязи потребительских и технических характеристик чистового токарного режущего инструмента Рис. 4. Корреляционная матрица технических характеристик токарного режущего инструмента Рис. 5. Направления улучшения технических характеристик чернового токарного режущего инструмента Рис. 6. Направления улучшения технических характеристик чистового токарного режущего инструмента Таблица 3. Графическое обозначение компаний производителей токарных режущих инструментов Рис. 7. «Веранда» Дома качества для чернового токарного режущего инструмента Рис. 8. «Веранда» Дома качества для чистового токарного режущего инструмента Рис. 9. Коэффициенты весомости технических характеристик чернового токарного режущего инструмента Рис. 10. Коэффициенты весомости технических характеристик чистового токарного режущего инструмента Рис. 11. Бенчмаркинг технических характеристик токарного режущего инструмента для черновой обработки Рис. 12. Бенчмаркинг технических характеристик токарного режущего инструмента для чистовой обработки Рис. 13. Дом качества токарного режущего инструмента для черновой обработки Рис. 14. Дом качества токарного режущего инструмента для чистовой обработки

About the authors

Maria Sergeevna Ostapenko

Tyumen Industrial University

Email: ms_ostapenko@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Machine Tools and Tools

References

Supplementary files