Оценивание качества продукции: Лекция

Л и т е р а т у р а 1 ГОСТ Р ИСО 9000 - 2001. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. 2 ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. 3 Азгальдов Г.Г. Практическая квалиметрия в системе качества: ошибки и заблуждения. //Методы менеджмента качества, 2001, № 3. 4 Купряков Е.М. Стандартизация и качество промышленной продукции. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1991. 5 Тульчин Л.Г. Оценка качества электроизмерительных приборов / А.М. Хаскин, В.Д. Шаповалов – Л.: Энергоатомиздат, 1982. 6 Шлыков Г.П. Надежность. Оценивание вероятностей отказов: Лекция.– Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2004. – 25 с. (В помощь студенту, серия "Качество", вып. 1). 7 Качество продукции. Принципы и методы обеспечения: Учебное пособие / В.П. Каршаков, Ю.В. Перекусихин, Б.П. Сибринин, Г.П. Шлыков; под ред. Г.П. Шлыкова. – Пенза: изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1996. 8 Осадчий Е.П. Квалиметрия. Оценка достигнутого эффекта и затрат: Учеб. пособие / В.И. Карпов – Пенза: изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1996. 9 Р50-601-24-92 Рекомендации. Выбор номенклатуры показателей безопасности продукции, подлежащей сертификации. 10 Азгальдов Г.Г. О квалиметрии / Э.П. Райхман – М.: Издво стандартов, 1972. 11 Шлыков Г.П. Измерение. От действительности к абстракции через шкалы: Лекция.– Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2004. – 25 с. (В помощь студенту, серия " Метрология", вып. 5). 12 Шлыков Г.П. Философия качества Э.Деминга: Лекция.– Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2004. – 25 с. (В помощь студенту, серия "Качество", Вып. 2).

32

Министерство образования и науки Российской Федерации Пензенский государственный университет Факультет автоматики и информационной техники Кафедра метрологии и систем качества

Б.П. Сибринин

ОЦЕНИВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ Лекция

Рекомендовано к использованию в учебном процессе решением кафедры "Метрология и системы качества" от 02.11.2004 г., протокол № 5

2004

УДК 658.62 Сибринин Б.П. Оценивание качества продукции: Лекция. – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2004. – 32 с. (В помощь студенту, серия "Качество", вып. 4). Излагаются основные понятия в области оценивания качества; классификация, области применения и методы определения значений показателей качества; методы оценивания уровня качества продукции. Материал лекции предназначен для студентов, обучающихся по образовательной программе направления 200500 "Метрология, стандартизация и сертификация", а также других направлений (специальностей), в учебных планах которых предусмотрена дисциплина "Управление качеством" или аналогичная ей.

Рецензент: С.Б. Кутыркин, канд. техн. наук, директор АНО «Пензенский центр испытаний и сертификации»

© Б.П. Сибринин, 2004

Издательский комплекс кафедры МСК ПГУ Компьютерная верстка: Б.П. Сибринин Технический редактор Н.Ю. Белоглазова Внутрикафедральное издание Заказ № 13 от 05.11.2004 г. Тираж 15 экз.

http://.stup.ac.ru 2

тель качества в комплексном методе недостаточно полно учитывает существенные свойства продукции и не позволяет получить выводы относительно некоторых групп свойств. Метод основан на одновременном применении единичных и комплексных (групповых) показателей качества. При смешанном методе оценки уровня качества продукции необходимо: часть единичных показателей объединить в группы и для каждой группы определить соответствующий комплексный (групповой) показатель; отдельные (как правило, важные) показатели не объединять в группы, а принять их при дальнейшем анализе как единичные; оценить уровень качества продукции дифференциальным методом.

З а к л ю ч е н и е Рассмотренная система показателей качества ориентирована на применение в основном к продукции приборостроения и машиностроения производственного назначения. Потребителя же товаров бытового назначения при оценивании качества интересуют в основном эстетика, функциональные возможности, безопасность (иногда – экологичность, возможность безопасной утилизации) и надежность (долговечность) – за определенную цену. И ему совершенно нет дела до технологичности и трудоемкости изготовления, доли стандартизованных или унифицированных компонентов в изделии и его патентной чистоты. Тем не менее, разработка и применение квалиметрически обоснованных методик оценивания качества необходимо изготовителю на ранних этапах жизненного цикла продукции (маркетинг, разработка продукции и технологии). Количественное оценивание качества помогает создавать конкурентоспособную продукцию и, тем самым, запускает цепную реакцию Деминга [12] – за счет повышения качества можно снижать цену, расширять рынок сбыта… Полученная при этом прибыль с лихвой покроет затраты на разработку подобных методик. 31

считается ниже базового, если хотя бы один из относительных показателей меньше единицы. Когда часть значений относительных показателей больше или равна единице, а часть меньше единицы, следует применять комплексный или смешанный метод оценки уровня качества продукции. Комплексный метод основан на применении обобщенного показателя качества, представляющего собой функцию от единичных показателей. Обобщенный показатель может быть выражен: определяющим показателем, отражающим основное назначение продукции (например, погрешность СИ); интегральным показателем; комплексным показателем (например, средним взвешенным). Обратим внимание на особенность учета свойств надежности при комплексном оценивании качества. Часто надежность учитывается в ряду других показателей, совокупность которых составляет качество. Но согласно теории квалиметрии, такой подход принципиально неправильный [3] – надежность не нужна сама по себе. Это не цель, а средство обеспечения проявления тех свойств, ради которых продукция (или услуга) и создавалась, т. е. свойств функциональности и эстетичности! Поэтому надежность должна учитываться в виде коэффициента сохранения эффективности, характеризующего ту долю эталонного (т. е. самого лучшего в мире для объектов, аналогичных оцениваемому) времени существования объекта, в течение которого объект находится в состоянии готовности к немедленному использованию (не находится в ремонте, на техобслуживании, в состоянии отказа или морального износа). И этот коэффициент (изменяющийся от 0 до 1) должен умножаться на относительный комплексный показатель (уровень качества), который учитывает все свойства функциональности и эстетичности. Например, в (6) коэффициент надежности умножен на комплексный показатель, характеризующий техническую эффективность. Смешанный метод оценки уровня качества продукции применяют в случаях, когда совокупность единичных показателей качества является достаточно обширной и анализ значений каждого показателя дифференциальным методом не позволяет получить обобщающих выводов; когда определяющий показа30

Введение Все, что производит человек за определенный промежуток времени (а также с чем он сталкивается в процессах товарообмена или потребления) выражается совокупностью четырех общих категорий продукции [1]: • перерабатываемые материалы (например, топливо); • технические средства (например, автомобиль, двигатель); • программные средства (например, компьютерные программы, инструкции по эксплуатации, методики испытаний); • услуги (например, перевозки, гарантийное обслуживание, консультирование потребителя). Каждую из этих категорий наиболее полно характеризуют три фундаментальные величины: • количество (в принятых единицах измерения); • затраты на производство, распределение и потребление (использование, эксплуатацию) единицы этого количества; • качество единицы количества. Первая из этих величин – количество является основой расчетов в комплексе технических наук. Человечество научилось измерять количество еще 4-5 тысячелетий назад. Вторую величину – затраты – систематически изучают и учитывают в комплексе экономических наук уже 3 тысячелетия. Что же касается качества, то до сравнительно недавнего времени его практически не использовали ни в технических, ни в экономических, ни в управленческих расчетах. Связано это с тем, что отсутствовали теория и прикладные методики достоверного количественного выражения (оценивания) качества продукции. Необходимость такого оценивания возникает при: • выборе лучшего решения из двух или большего числа вариантов (проекта продукции, технологического оборудования, организации технологического процесса, типа организационной структуры, кандидата на вакантное место и др.); • управлении качеством (проектирования, производственного процесса, продукции, персонала и т. д.); • решении технико-экономических задач, в которых нужно учитывать не только количественные, но и качественные 3

факторы (например, функциональные, социальные, экологические, эргономические, эстетические и др.), не выражаемые в денежных единицах измерения. Область науки, предметом которой являются количественные методы оценки качества продукции, называется квалиметрией (от латинского «квали» – какой, какого качества и древнегреческого «метрео» – измерять) [2 – 5]. Однако методы теоретической квалиметрии можно использовать и более широко – при оценивании качества объектов любой природы (труда отдельных работников и их коллективов, технологических и управленческих процессов, образования, культуры, жизни …). На сегодняшний день в квалиметрии разработано несколько подходов к количественной оценке качества. Наиболее употребительный из них описывается далее применительно к продукции машиностроения и приборостроения. Он характеризуется наименьшей трудоемкостью и, одновременно, наименьшей относительной точностью и достоверностью оценок.

4

1) выбирается несколько объектов, аналогов по отношению к оцениваемому объекту; из них определяется лучший по качеству; значения показателей отдельных свойств этого лучшего объекта принимаются в качестве базовых значений. 2) для объектов-аналогов, выбранных по алгоритму 1, определяются лучшие для всей совокупности этих аналогов значения показателей каждого свойства; эти значения и принимаются как базовые. В квалиметрии доказано [3], что использование обоих алгоритмов может привести к крупным ошибкам в итоговых результатах (хотя вероятность такой ошибки при использовании первого алгоритма больше, чем при использовании второго). Правильный принцип назначения базовых значений показателей качества может быть только такой: значения должны выбираться как лучшие в мире (на момент оценивания качества) значения показателя соответствующего свойства. Четвертый этап. Для оценки уровня качества однородной продукции применяют дифференциальный, комплексный и смешанный методы. Дифференциальный метод основывается на сравнении единичных показателей качества. При этом определяют, достигнут ли уровень базового образца в целом, по каким показателям и какие показатели наиболее отличаются от базовых. При дифференциальном методе рассчитывают относительные показатели качества продукции qi по формуле (11) или по формулам: qi=Pi/Piб; (12) qi=Piб /Pi. (13) Из формул (12), (13) выбирают ту, при которой увеличению относительного показателя Pi отвечает улучшение качества продукции. В результате оценки уровня качества продукции дифференциальным методом принимают следующие решения: уровень качества оцениваемой продукции выше или равен уровню базового образца, если все значения относительных показателей больше или равны единице; уровень качества ниже уровня базового образца, если все значения относительных показателей меньше единицы. Уровень качества оцениваемой продукции, для которой существенно важно значение каждого показателя, 29

тизированных или унифицированных частей, показатели надёжности – число отказов изделий при испытаниях и др. Таблица 1 Группы показателей

Группы продукции 1 класс 2 класс 1 2 3 4 5 + + + + +

1 Показатели назначения 2 Показатели надёжности безотказность ─ ─ ─ + + долговечность ─ ─ ─ + + ремонтопригодность ─ (+) (+) ─ + (или восстанавливаемость) сохраняемость + + + + + 3 Эргономические показатели ─ (+) + + + 4 Эстетические показатели (+) (+) + + + 5 Показатели технологичности + + + + + 6 Показатели транспортабельности + + + + + 7 Показатели стандартизации и уни─ ─ (+) + + фикации 8 Экологические показатели (+) (+) (+) (+) (+) 9 Показатели безопасности (+) (+) (+) (+) (+) Примечание – знак (+) означает ограниченную применяемость.

Расчетный метод использует теоретические и (или) эмпирические (моделирование) зависимости показателей качества продукции от ее параметров (при проектировании – до того, пока нет еще самого объекта и, естественно, невозможны экспериментальные исследования). Органолептический метод основан на анализе информации, получаемой с помощью органов чувств человека: зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса. Точность и достоверность оценок зависит от квалификации и опыта оценивающего. В зависимости от того, кто проводит оценивание качества, различают: экспертный метод – на основе решений, принимаемых специалистами-экспертами; социологический метод – на основе сбора мнений фактических или возможных потребителей продукции. Третий этап. Базовые значения показателей чаще всего принимаются с помощью одного из двух алгоритмов: 28

1 Понятие качества продукции и показателя качества «Надо измерять все измеримое и делать измеримым то, что пока еще не поддается измерению» Галилео Галилей В науке термин «качество» существует уже около 2500 лет – со времен Аристотеля. В зависимости от трактовки этого понятия впоследствии и решался вопрос о необходимости и возможности его количественного выражения (оценивания). Трактовка первая: качество – это существенная определенность объекта (т. е. предмета, явления или процесса), в силу которой он является данным, а не другим объектом. То есть качество это та самая определенность, которая отличает, например, человека от лошади или от стола. Эта трактовка была основной в течение многих столетий, однако сегодня ей интересуются почти одни только профессиональные философы. Говорить о количественном выражении, оценивании качества в такой его трактовке практически бессмысленно (за исключением, может быть, таких специфических областей исследований, как биологическая систематика или компьютерное распознавание образов). Трактовка вторая: качество – это один из существенных признаков, свойств, особенностей, характеризующих данный объект. Или, как говорил Аристотель «. . . например, теплота и холодность, белизна и чернота, тяжесть и легкость, и равно другие подобные определения . . . ». Качество в этом смысле уже довольно давно и успешно выражается количественно с помощью аппарата таких общих наук, как физика или химия, или таких частных наук, относящихся к изучению каких-то отдельных свойств объектов, как, например, гравиметрия (измерение силы тяжести), дозиметрия (измерение интенсивности радиоактивных излучений), калориметрия (измерение количества теплоты) и т. д. В современной научно-технической литературе вторая трактовка практически вышла из употребления – вместо термина «качество» в этом смысле применяют термин «свойство», что в 5

70-х годах ХХ века и было подкреплено ГОСТом на терминологию в области качества продукции [2]. Трактовка третья: качество – это совокупность свойств объекта, проявляющихся в процессе его использования (функционирования, применения, потребления, эксплуатации) по назначению. Иначе говоря, качество – это такая характеристика объекта, что если ее определить количественно, то окажется возможным, с одновременным учетом всех свойств объекта в количественной форме, определить, насколько хорош этот объект в использовании (функционировании, применении, потреблении, эксплуатации). Или, по Галилею, сделать измеримым то, что пока еще не поддается измерению – качество. Данная (третья) трактовка в наше время стала преобладающей, что применительно к продукции закреплено стандартом [2]: качество продукции – это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Под продукцией здесь понимается материализованный результат процесса трудовой деятельности, обладающий полезными свойствами и предназначенный для использования потребителями в целях удовлетворения их потребностей (т.е. перерабатываемые материалы и технические средства по классификации ИСО 9000:2000). Указанное определение не противоречит данному в стандарте ИСО 9000:2000 более общему определению: качество – степень соответствия присущих1 характеристик требованиям2. Свойством продукции называется ее объективная особенность, проявляющаяся при создании, эксплуатации или потреблении продукции. Например, измерительный прибор проявляет при эксплуатации свойства, которые определяют его пригодность для решения измерительных задач: метрологические, эксплуатационные, надежность, удобство восприятия информации. 1

Т ер ми н «присущий» в отличие от термина «присвоенный» означает имеющийся в чём-то (ИСО 9000:2000). 2 Требование – потребность или ожидание, которое установлено, обычно предполагается или является обязательным (ИСО 9000:2000). 6

2) ремонтируемые изделия, например технологическое оборудование, автоматические линии и автоматизированные комплексы, сельскохозяйственные, транспортные машины, измерительные приборы, средства автоматизации и систем управления, радиоэлектронные и электронные устройства, кино- и фотоаппаратура, медицинские, бытовые приборы и аппараты, пушно-меховые, швейные и трикотажные изделия и др. Разделение продукции на классы и группы необходимо для выбора номенклатуры единичных показателей определенной группы изделий, установления области их применения, обоснования выбора конкретного изделия или нескольких изделий в качестве базовых образцов. Процедура оценивания уровня качества включает следующие этапы: 1) выбор номенклатуры показателей качества; 2) определение значений показателей; 3) выбор базовых значений показателей; 4) выбор метода оценивания уровня качества; 5) определение уровня качества. Первый этап. Номенклатура групп показателей качества может быть выбрана из таблицы 1 в зависимости от того, к какому из двух классов и к какой из пяти групп относится продукция. Для выбора конкретных единичных показателей качества в группах необходимо провести их классификацию применительно к конкретному виду продукции (смотри примечание 3 на с. 7). Второй этап. Для определения значений показателей качества используют следующие методы: • измерительный; • регистрационный; • расчётный; • органолептический. Измерительный метод реализуется с помощью средств измерений (масса, размеры, скорость автомобиля, мощность, значение сопротивления и др.). Регистрационный метод основан на наблюдении и подсчёте числа событий, структурных единиц или затрат. Например, так определяются показатели унификации – количество стандар27

Сказанное не решает проблему выбора вида средней взвешенной зависимости. Кроме очевидного достоинства – простоты использования, средние взвешенные имеют недостатки: 1) являются достаточно грубыми моделями, т.к. предполагают отсутствие корреляции между отдельными показателями; 2) субъективизм, допускаемый как при выборе математических моделей, так и при определении номенклатуры единичных показателей и их коэффициентов весомости. Кроме того, следует иметь в виду, что если хотя бы один единичный показатель качества оценен по шкале порядка [11], то комплексный показатель любого вида также оценивается по этой шкале.

4 Процедура и методы оценивания уровня качества Вся промышленная продукция для оценки уровня ее качества разделена на два класса: 1) расходуемая при использовании; 2) расходующая свой ресурс. Первый класс составляют три группы продукции: 1) сырье и различные виды природного топлива, например все полезные ископаемые, жидкое, твердое и газообразное топливо, естественные строительные материалы, драгоценные минералы и др.; 2) материалы и продукты, например искусственное топливо, смазочные масла и смазки; различные химические продукты; материалы для текстильной и легкой промышленности; стройматериалы; лесоматериалы; электро- и радиотехнические материалы; кино- и фотоматериалы; медицинские препараты и пищевые продукты (кроме входящих в группу 3); 3) расходуемые изделия, например кондитерские изделия, аптекарские и парфюмерно-косметические товары в промышленной упаковке, банки консервов, жидкое топливо в бочках, баллоны с газами, проволока, кабели в катушках и в бобинах и т. п. Во второй класс входят две группы продукции: 1) неремонтируемые изделия, например электровакуумные и полупроводниковые приборы, резисторы, конденсаторы, болты, гайки, подшипники, шестерни и т. п.; 26

Кроме того, прибор обладает и другими свойствами, проявляющимися на этапе разработки, изготовления, выбора и заказа или приобретения: новизна технических решений, прогрессивность элементной базы и технологии, затраты труда и материалов, цена и т.д. Все свойства продукции можно разделить на простые и сложные. К числу простых свойств можно отнести грузоподъемность и скорость автомобиля, мощность двигателя, усилие пресса и т. п. Примером сложного свойства является надежность. Сложные свойства продукции можно разложить на более простые. Так, надежность включает в себя такие свойства (также сложные), как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость. Каждое из этих свойств может быть представлено совокупностью более простых, например, из числа установленных ГОСТ 27.003-90. Таким образом, проводя декомпозицию сложных свойств до все более простых, получим «дерево свойств»3, отражающее иерархическую многоуровневую функциональную структуру (модель) качества. Качество продукции определяют три фактора: • качество проекта; • качество материалов (сырья, полуфабрикатов, комплектующих изделий) • качество работы (соблюдение норм проекта и технологии, т. е. недопущение несоответствий). В подавляющем большинстве случаев наиболее значимым фактором (до 70%) является качество проекта, поэтому неправомерно сводить качество продукции только к качеству работы. На каждом из этапов жизненного цикла продукции ее качество изменяется, приобретает новые свойства. На этапах создания качество продукции наследует качество труда конструкторов и технологов, качество материалов, производственных процессов. На послепроизводственных этапах на качество продукции влияют условия хранения, транспортировки, монтажа и ввода в эксплуатацию. На этапе эксплуатации качество продукции меняется вследствие физического и морального износа. Поэтому свойства, характеризующие качество, должны применяться в 3 Правила построения деревьев свойств см., например, в журнале «Стандарты и качество», № 11 за 1996 г. 7

конкретной ситуации – проектирования, производства или эксплуатации. Качественная или количественная характеристика любых свойств или состояний продукции называется признаком продукции. К качественным признакам относятся форма изделий, комфортабельность, вместимость, удобство управления, наличие на поверхности детали защитного или декоративного покрытия, профиль проката, способ настройки или регулировки устройства. Альтернативные признаки могут иметь только два взаимоисключающих варианта – наличие или отсутствие защитного покрытия на детали, дефекта в изделии, отказа при испытании и т.п. Количественный признак продукции является ее параметром. Параметр продукции количественно характеризует любые ее свойства или со стояния, следовательно, параметр продукции может быть показателем ее качества. Показатель качества продукции – это количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, входящих ее качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации или потребления. Многие показатели качества продукции являются функциями ее параметров. Например, показатель долговечности сверла зависит от ширины направляющей ленточки – геометрического параметра и от механических характеристик материала сверла – структурных параметров. Однако во многих случаях установить наличие и вид такой зависимости достаточно трудно. Взаимосвязь понятий «признак», «параметр» и «показатель качества» показана на рисунке 1. Итак, подчеркнем следующие особенности понятия «качество продукции»: 1) не все свойства продукции входят в понятие «качество», а только те, которые связаны с возможностью удовлетворения общественных, так и личных потребностей; 2) удовлетворение потребностей происходит в точном соответствии с назначением данного вида продукции; 3) потребности либо устанавливаются обществом путем принятия законов, технических регламентов (обязательные тре8

• чувствительность к изменениям единичных показателей (значение Q должно реагировать на изменение любого единичного показателя Pi, особенно на выход за допускаемые пределы); • сравниваемость (независимость результатов оценки от выбора значений нормирующих показателей Pi б). Репрезентативность показателей (7) – (10) обеспечивается высокой квалификацией экспертов, формирующих номенклатуру единичных показателей. Монотонность зависимостей (7) – (10) очевидна. Свойством сравниваемости обладает только средневзвешенная геометрическая зависимость. По чувствительности зависимости (7) – (10) различаются существенно. Чувствительность среднего арифметического показателя является величиной постоянной. Поэтому изменение (в том числе, выход за допускаемые пределы) даже самого значимого единичного показателя при большом их числе не оказывает большого влияния на значение комплексного показателя. Для устранения этого недостатка в формулу (7) вводят «коэффициент вето»: n

n

n

i =1

i =1

i =1

Q = φ ⋅ ∑ g i ⋅ qi = ∏ φ i ⋅ ∑ g i ⋅ q i ,

где

φ=

(12)

1, если φ i ≥ 0;

– коэффициент вето; 0, если существует φ i < 0; φ i = Pi пр - Pi, если уменьшение Pi соответствует улучшению качества продукции и φ i = Pi - Pi пр, если наоборот. Коэффициент вето обращает значение комплексного показателя Q в нуль, если хотя бы один из единичных показателей выходит за допускаемые пределы. Средний геометрический показатель (8) имеет очень высокую чувствительность, в частности, обращается в нуль при равенстве нулю хотя бы одной относительной оценки qi. Если это происходит из-за отсутствия у объекта полезных, но необязательных свойств, полагают соответствующие оценки qi = 1. Средний гармонический показатель (10) по чувствительности занимает промежуточное положение между средним арифметическим (7) и средним геометрическим (8). Его рекомендуется применять при небольшом разбросе значений относительных единичных показателей [10]. 25

предельных и номинальных значений, эквивалентных соотношений и др.[5, 10]. Относительные показатели качества qi определяют, как правило, по формуле Pi − Pi пр qi = , (11) Pi б − Pi пр где Pi б и Pi пр – соответственно базовое (эталонное) и предельно допустимое (браковочное) значения абсолютного показателя. Формула (11) описывает линейную зависимость между qi и Pi. В действительности, зависимость между этими величинами обычно бывает нелинейной [10], и ее линейная форма принимается из соображений большей простоты расчета. В практических методиках оценивания качества нередко допускают различные отступления от приведенной выше формулы (что, естественно, имеет своим следствием увеличение погрешности в расчетах), чаще всего такие как: 1) не учитывают такие компоненты формулы, как базовое Pi б и Pi пр и предельно допустимое Pi пр значения; 2) для свойств одного и того же объекта используют два совершенно разных вида зависимости: линейную при Pi < Pi б (qi=Pi/Piб) и нелинейную (гиперболическую) при Pi > Pi б (qi=Piб /Pi). Как правило, удается разбить всю совокупность единичных показателей на две группы, для одной из которых улучшению качества продукции соответствует увеличение Pi (например, многие показатели технического эффекта), а для другой – уменьшение Pi (показатели ресурсосберегающие, экологичности и др.). Тем не менее, ясно, что использование двух разных типов зависимостей не имеет серьезного обоснования. Какую же из средневзвешенных зависимостей выбрать? Однозначного ответа на этот вопрос не существует. В [5] приводятся общие требования к комплексным показателям любого вида: • репрезентативность (показатель должен включать основные характеристики продукции, по которым оценивается ее качество); • монотонность (улучшение любого единичного показателя должно вызывать соответствующее увеличение значения Q); 24

бования) или стандартов (добровольно исполняемые требования), либо должны быть выявлены изготовителем или разработчиком и документированы; 4) понятие «качество» характеризует достигаемые при потреблении продукции результаты (положительные и отрицательные), но не затраты на ее производство и потребление. 5) качество продукции динамично, оно формируется на стадиях ее разработки, обеспечивается в производстве, поддерживается в эксплуатации; 6) качество продукции наследует качество проекта, материалов, техпроцессов, труда исполнителей и качество процессов эксплуатации; 7) модель качества имеет сложную иерархическую структуру, от вида которой зависят результаты количественного оценивания. Признак продукции Количественный признак (параметр продукции)

Качественный признак

альтернативный

Геометрический параметр

Структурный параметр

многовариантный Другие параметры Показатель качества продукции

Рисунок 1

2 Классификация показателей качества Показатели качества принято классифицировать [4, 5]: • по однородности характеризуемых свойств; • по числу характеризуемых свойств; • по этапам выявления характеризуемых свойств; • по форме представления. 9

Классификация показателей качества по однородности характеризуемых ими свойств представлена на рисунке 2 (раскрыты не все подгруппы показателей). Показатели качества продукции в и д ы Ресурсосберегающие

Функциональные

Безопасности

Экологические

ы

электробезопасности механической безопасности термобезопасности пожаробезопасности химической безопасности …

…

Безопасности для человека

Экономичности

Транспортабельности

унификации

о д г р у п п

гигиенические антропометрические физиологические психофизиологические психологические

классификационные технической эффективности конструктивные состава и структуры

п

Стандартизации и

Технологичности

Надежности

Эстетические

Эргономические

Назначения

г р у п п ы

…

Рисунок 2 Функциональные показатели качества характеризует техническую возможность продукции обеспечивать необходимый полезный эффект и выражают прогрессивность конструкции. Функциональные показатели качества подразделяются на группы: • показатели назначения; • эргономические; 10

полученные, например, методом наименьших квадратов. Методы применяются при числе единичных показателей не более 7-10 [5]. Суть метода эвристической классификации в том, что некоторая совокупность объектов разбивается экспертами на несколько классов. Объектам одного класса присваивают равные значения комплексных показателей в баллах. Распространения данный метод не получил. При использовании экспертных методов определения коэффициентов весомости и значений единичных показателей качества предполагается, что вид математической модели комплексного показателя известен. Часто в качестве математической модели комплексного показателя качества продукции Q выбирают одну из зависимостей, построенных по принципу среднего взвешенного[5, 10]: n

Q = ∑ g i ⋅ qi ,

(7)

Q = ∏ qigi ,

(8)

i =1 n

i =1

Q=

n

n

∑g i =1

i

⋅ qi2 или Q = ∑ g i ⋅ qi2 ,

(9)

i =1

n

Q = 1 / ∑ ( g i / qi ) ,

(10)

i =1

где qi – значение i-го относительного показателя качества оцениваемой продукции; gi – коэффициент весомости i-го единичного показателя; n – число единичных показателей. Показатели вида (7) – (10) носят названия соответственно среднего арифметического, геометрического, квадратического, гармонического. Коэффициент весомости показателя качества продукции – это количественная безразмерная характеристика значимости данного показателя качества продукции среди других показателей. Формулы (7) – (10) записаны при условии

n

∑g i =1

i

= 1 (условие

нормировки). Коэффициенты весомости определяют экспертным методом, методами стоимостных регрессионных зависимостей, 23

возможность оценивания качества по шкале отношений [11], т. е. возможность указать, насколько и во сколько раз качество одного объекта отличается от качества другого; объективное определение весомости единичных показателей (в примере (5) мощность и время измерения имеют равную весомость, а весомость погрешности в два раза выше); Недостатком физических методов является ограниченное число учитываемых единичных показателей. Статистические методы определения зависимости между единичными показателями проще, но часто требуют наличия достаточно большой выборки объектов. В зависимости от применяемого математического аппарата статистические методы классифицируют на корреляционные, регрессионные, компонентные и факторные [5]. Эвристические методы по виду получаемой от экспертов информации делятся на следующие группы: • экспертно-статистические методы определения значений комплексных показателей качества для заданных наборов единичных показателей (прямые); • экспертно-статистические методы назначения наборов единичных показателей качества для заданных значений комплексных показателей (обратные); • экспертные методы определения коэффициентов весомости и относительных единичных показателей качества; • эвристической классификации объектов. Эвристические методы являются единственно возможными для оценки эстетических и многих эргономических показателей. Получаемые этими методами комплексные показатели качества реального физического смысла не имеют. В прямых и обратных экспертно-статистических методах математическая модель комплексного показателя качества определяется при статистической обработке полученных экспертами данных (наборов значений единичных либо комплексных показателей) в виде зависимостей K = f (P1, P2, …Pn, a1, a2, …am); K = f’(g1, g2, …gn, a1’, a2’, …am’); где Pi и gi – соответственно значения абсолютных и относительных единичных показателей; ai и ai’ – коэффициенты модели, 22

• эстетические; • надежности. Показатели назначения определяют основную функцию, для выполнения которой продукция предназначена, и обуславливают область ее применения. Показатели назначения подразделяются на подгруппы: классификационные – определяют принадлежность продукции к определенной классификационной группировке (мощность электродвигателя, ёмкость ковша экскаватора, пределы измерений вольтметра и т.д.); технической эффективности – характеризуют полезный эффект от эксплуатации или потребления продукции и прогрессивность заложенных технических решений (производительность станка, класс точности прибора, время переналадки технологического комплекса, калорийность продуктов питания и т.д.); конструктивные – характеризуют удобство монтажа и установки, взаимозаменяемость, возможность агрегатирования (габаритные размеры, тип интерфейса, вид стандартного конструктива и т.д.); состава и структуры – характеризуют содержание в продукции определенных химических элементов и структурных групп (процентное содержание веществ в продуктах питания, материалах, сырье и т.д.). Эргономические показатели характеризуют приспособленность продукции к использованию ее человеком в производственных и бытовых процессах, протекающих в системах человек – машина, человек – рабочее место, человек – окружающая среда. Рекомендуется устанавливать следующие эргономические показатели качества: гигиенические, характеризующие условия жизнедеятельности и работоспособности человека при его взаимодействии с продукцией (освещённость, температура, влажность, давление, запылённость, токсичность, уровни шума, вибрации и т.д.); антропометрические, характеризующие соответствие конструкции форме, размерам и массе человеческого тела и его частей (расположение и размеры органов управления и т.д.);

11

физиологические, характеризующие соответствие силовым, двигательным и другим возможностям человека (усилие на ручку, скорость движений, масса переносимых изделий и др.); психофизиологические, характеризующие соответствие особенностям функционирования органов чувств человека (пороги чувствительности слуха, зрения, тактильных ощущений, размеры, яркость, контрастность и цвет индикаторов и др.); психологические, характеризующие соответствие продукции возможностям восприятия и переработки информации человеком, закрепленным и вновь формируемым навыкам человека по использованию изделия (объём зрительной, слуховой информации и др.). Эстетические показатели характеризуют степень эмоционального воздействия продукции на человека, степень соответствия продукции эстетическим запросам определенных групп потребителей в конкретных условиях потребления. Они включают следующие подгруппы показателей: • информационная выразительность формы (оригинальность художественного замысла, соответствие стиля окружающей среде, образную и декоративную выразительность внешнего вида); • рациональность формы (масштабная согласованность формы целого и частей, соответствие формы назначению продукции, условиям ее изготовления и эксплуатации, применяемым материалам); • целостность композиции (гармоничное единство частей и целого, упорядоченность графических и выразительных элементов, согласованность с ансамблем других изделий); • совершенство производственного исполнения (чистота выполнения контуров и сопряжений, качество отделки и покрытий, четкость выполнения фирменных знаков и указателей, сопроводительной документации); • стабильность товарного вида (защищенность элементов формы и поверхностей, покрытий от повреждений, истирания, изменений внешнего вида и др.). Показатели надежности имеют большое значение при оценке качества машин, механизмов, приборов, оборудования. Они характеризуют свойства продукции сохранять во времени в 12

Примером реализации физического метода является предложенный в 1962 г. П. В. Новицким комплексный показатель качества электроизмерительных приборов – информационноэнергетический коэффициент полезного действия [5]: Wш η= ≤ 1, (5) ptδ 2 где Wш = πkeT – энергия тепловых шумов (π=3,14159, e=2,71828, k = 1,38⋅10-23 Дж/К – постоянная Больцмана, T – термодинамическая температура, К); δ – относительная погрешность прибора; p – потребляемая от источника измеряемой величины мощность; t – время измерения. Данный показатель имеет физический смысл – показывает, насколько энергетический порог чувствительности прибора ptδ 2 близок к своему теоретическому пределу – энергии тепловых шумов Wш (для идеального прибора η = 1). С учетом того, что для вольтметров p = IvUк, а для амперметров p = IкUа, можно увеличить число учитываемых в η единичных показателей. Значительно менее обоснован другой вариант физического метода, использующий анализ размерностей единичных и комплексного показателей. Любая функция K может быть записана как произведение параметров pi, возведенных в соответствующие степени gi: K = p1g1 ⋅ p2g 2 ⋅ ... ⋅ png n . Значения gi, определяющие весомость (значимость) соответствующих единичных показателей pi, находят, исходя из необходимости получения требуемой размерности комплексного показателя K. Например, полученный таким образом показатель качества транспортных средств [8] имеет вид: H Q K = Kн ⋅ A L , (6) V G где Kн – коэффициент надежности; Q – максимальная коммерческая нагрузка, L – длительность перевозки по запасу топлива, G, H, V – другие показатели технического эффекта. Достоинствами физических методов являются: объективность результатов оценивания;

21

3 Методы определения комплексных показателей качества Для определения комплексных показателей качества используются различные методы, приведенные на рисунке 4. Под эвристическими здесь понимаются методы, основанные на сборе и обработке мнений экспертов. Методы определения комплексных показателей качества Неэвристические

Эвристической классификации

Факторный

Компонентный

Статистические

Регрессионный

Корреляционный

Оптимальной классификации

Экспертно-статистический метод (прямой, обратный)

Математические

Экспертный метод определения коэффициентов весомости

Физические

Эвристические

Рисунок 4 Неэвристические методы основываются на выявлении объективных взаимосвязей между единичными показателями качества. Эта взаимосвязь может быть установлена или путем рассмотрения физических принципов, используемых при создании и функционировании продукции, или путем анализа единичных показателей качества некоторой выборки единиц продукции одного назначения математическими методами. Первую группу методов можно назвать физическими, а вторую – математическими. 20

установленных пределах значения всех параметров, выражающих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Показатели надежности включают следующие подгруппы: • безотказность (свойство сохранять работоспособность в течение некоторого времени или наработки); • ремонтопригодность (приспособленность к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, к устранению их последствий путём ремонтов и техобслуживания); • долговечность (свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов); • сохраняемость (свойство непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после срока хранения и/или транспортирования). Система показателей надежности продукции и методы их определения рассмотрены в [6]. Ресурсосберегающие показатели качества продукции характеризуют уровень ресурсов, затрачиваемых на ее создание и эксплуатацию. К числу ресурсосберегающих относят группы показателей: • технологичности; • стандартизации и унификации; • транспортабельности; • экономичности. Показатели технологичности характеризуют свойства продукции, определяющие приспособленность ее к достижению наименьших затрат всех видов ресурсов при производстве, эксплуатации и ремонте. К показателям технологичности относятся: коэффициент применяемости материалов; коэффициент сборности (блочности); трудоемкость процессов технического (технологического) обслуживания и ремонта, транспортирования и хранения; материалоемкость в изготовлении и эксплуатации; 13

энергоемкость в изготовлении, техническом (технологическом) обслуживании и ремонте; длительность цикла технологической подготовки производства, технического (технологического) обслуживания и ремонта. Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность продукции стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями (компонентами). К ним относятся, например, коэффициенты: нового уникального конструирования Кнук, унификации Ку, повторяемости Кп, применяемости Кпр. Показатели транспортабельности характеризуют приспособленность продукции к перемещению в пространстве, не сопровождающемся ее эксплуатацией или потреблением. К показателям транспортабельности относятся, например: масса изделия; средняя продолжительность подготовки продукции к транспортированию; средняя трудоемкость подготовки к транспортированию; средняя продолжительность установки на средство транспортирования определенного вида и т.п. Показатели экономичности (ресурсоемкости) характеризуют свойства продукции, определяющие экономическую рациональность конструкции, т.е. приспособленность ее к эффективному использованию ресурсов при функционировании по назначению. Показателями экономичности (ресурсоемкости) являются, например: коэффициент полезного действия; удельный расход какого либо из видов ресурсов (сырья, материалов, электроэнергии, тепла, топлива, природного газа, сжатого воздуха) на единицу полезного эффекта. Показатели безопасности характеризуют воздействие продукции на человека и окружающую его среду в процессах производства и эксплуатации. Показатели безопасности для человека характеризуют свойства продукции, гарантирующие безопасность обслуживающего персонала (потребителя) на всех режимах ее эксплуатации, при обслуживании, транспортировании и хранении, а 14

функций единичных показателей качества продукции рассмотрены в [5, 8]. Для оценки качества разнородной продукции используются комплексные показатели – индексы качества и дефектности. Индекс качества – это комплексный показатель качества разнородной продукции, выпущенной за рассматриваемый интервал времени, равный среднему взвешенному относительных значений показателей качества этой продукции: S K (2) Ик = ∑ β i i , Kiб i =1 где S – число различных видов продукции; βi – коэффициент весомости (значимости для предприятия) данного вида продукции; Ki – комплексный показатель качества i-го вида продукции за рассматриваемый период; Ki б – соответствующий базовый показатель. Коэффициент весомости определяют по формуле C βi = S i , (3) ∑ Ci i =1

где Сi – стоимость продукции i-го вида в рассматриваемый период. Индекс дефектности – это комплексный показатель качества разнородной продукции, выпущенной за рассматриваемый интервал времени, равный среднему взвешенному коэффициентов дефектности этой продукции:

Ид =

S

∑β Q , i =1

i

i

(4)

где Qi = Di/Diб – относительный коэффициент дефектности продукции i-го вида, являющийся показателем качества ее изготовления; Diб – базовое значение коэффициента дефектности Di. Обычно Qi определяется при выборочном инспекционном контроле готовой продукции. Для этого предварительно проводят классификацию дефектов и для каждого их вида находят коэффициент весомости βi по формуле (3). Индексы качества и дефектности можно использовать при сравнительной оценке деятельности предприятий.

19

тоннокилометрах за срок службы до капитального ремонта); Зс – суммарные затраты на создание продукции; Зэ – суммарные затраты на эксплуатацию продукции. Если срок службы продукции превышает 1 год, Зс должны быть приведены (пересчитаны) к последнему году срока службы продукции. Формально с помощью интегрального показателя качества, если выразить полезный эффект в единицах затрат, можно сравнивать по качеству разнородную продукцию, удовлетворяющую различные потребности. Однако подсчитать полезный эффект часто достаточно сложно (например, если он заключается в улучшении условий труда или в повышении эмоционального воздействия продукции на потребителя). Наряду с интегральным показателем качества продукции может применяться величина, обратная ему – удельные затраты на единицу эффекта. Показатель, по которому принимают решение оценивать качество продукции, называется определяющим (он может быть как единичным, так и комплексным). Относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении значений показателей качества оцениваемой продукции с базовыми значениями соответствующих показателей (принимаемыми за меры качества), называется уровнем качества продукции. В квалиметрии базовое значение показателя качества – аналог единицы физической величины в метрологии. И также как результат измерения (количественное значение измеряемой физической величины) зависит от выбора единицы измерения, так и результат оценивания качества зависит от выбора базовых значений показателей качества. Относительная характеристика качества продукции, основанная на сопоставлении значений показателей, характеризующих техническое совершенство оцениваемой продукции, с соответствующими базовыми значениями, называется техническим уровнем качества. При оценке технического уровня не учитывают экономические характеристики продукции. Но сопоставление образцов продукции только по уровню достигнутого технического эффекта может дать ложные результаты, так как не учитывается, какой ценой этот эффект достигнут. Методы оценивания технического уровня качества рассмотрены в п. 4. Методы построения комплексных показателей эффекта и затрат как 18

также утилизации. Показатели безопасности группируют по видам опасностей (однородности опасных воздействий на человека) в соответствии с рекомендациями [9], требованиями технических регламентов и стандартов ССБТ. Например, в подгруппу показателей электробезопасности бытовых электроприборов входят такие показатели, как сопротивление изоляции, электрическая прочность изоляции, токи утечки, воздушные зазоры и расстояния по изоляции. Показатели экологичности характеризует уровень вредных воздействий продукции на окружающую среду в процессах ее транспортировки, хранения, эксплуатации (потребления), обслуживания и утилизации. Показателями экологичности служат: объем выбросов вредных веществ в атмосферу (сбросов их в сточных водах) в единицу времени или на единицу полезного эффекта; вероятность выброса вредных веществ; степень (соотношение с допустимым уровнем) механического, электромагнитного, радиационного, теплового и других видов вредного физического воздействия на окружающую среду. Отметим, что деление показателей качества на группы, приведенное на рисунке 2, достаточно условно. Так, например, класс точности средств измерений может быть отнесен и к классификационным показателям, и к показателям технического эффекта. Рассмотренные показатели качества могут быть подразделены на следующие виды: • по этапам выявления характеризуемых свойств – на прогнозные, проектные, производственные, эксплуатационные; • по форме представления характеризуемых свойств – на абсолютные, относительные, удельные; • по числу характеризуемых свойств – на единичные, комплексные, интегральные. Прогнозные показатели характеризуют свойства продукции, прогнозируемые на стадиях научных исследований или разработки проекта методами инженерного прогнозирования (скорость, грузоподъемность машины, материалоемкость, к.п.д. и др.). 15

Проектные показатели характеризуют свойства продукции, предусмотренные в конструкторской документации для изготовления опытного образца, партии изделий (коэффициент унификации, стандартизации и др.). Производственные показатели характеризуют свойства продукции, выявляемые в процессе производства (технологическая себестоимость, трудоемкость изделия и др.). Эксплуатационные показатели характеризуют свойства изделия, выявленные в процессе эксплуатации, включая транспортирование, подготовку к эксплуатации, техническое обслуживание и ремонт. Абсолютные показатели характеризуют свойства продукции непосредственно с помощью соответствующих размерных величин (скорость, км; масса изделия, кг; мощность электродвигателя, кВт). Относительные показатели выражаются отношением величин одной и той же размерности. Удельные показатели характеризуют взаимосвязь и взаимозависимость, как правило, двух разнородных величин и выражаются отношением величин различной размерности (удельный расход топлива, л/(км/ч); удельная трудоемкость и т.п.). Классификация показателей качества однородной и разнородной продукции по числу характеризуемых свойств приведена на рисунке 3. Единичные показатели характеризуют одно из простых или сложных свойств продукции. Например, двигатель внутреннего сгорания характеризуется следующими единичными показателями: мощностью (л.с.), частотой вращения (об/мин.), удельным расходом топлива (г/л.с.), моторесурсом (часы), к.п.д. и др. Комплексный показатель характеризует совместно несколько простых свойств или одно сложное свойство продукции (включающее нескольких простых). Примером комплексного показателя качества может служить коэффициент готовности изделия Кг, характеризующий два свойства надежности – безотказность и ремонтопригодность: Кг = Т/(Т+Тв), 16

где Т – наработка изделия на отказ (показатель безотказности); Тв – среднее время восстановления (показатель ремонтопригодности); Тв = То + Ту; То – среднее время, затрачиваемое на отыскание отказа; Ту – среднее время, необходимое для устранения отказа. Показатели качества продукции П о

ч и с л у

с в о й с т в

Единичные

Комплексные

о д н о р о д н о й

п р о д у к ц и и

Определяющий

Интегральные Удельные затраты

Комплексные показатели эффекта и затрат р а з н о р о д н о й

Уровень качества п р о д у к ц и и Индекс качества Индекс дефектности

Рисунок 3 Приведенный пример показывает условность деление показателей качества на единичные и комплексные из-за условности деления свойств продукции на простые и сложные. Показатель Тв относительно Кг является единичным, а относительно То и Ту комплексным. Тем не менее, идея количественной оценки качества продукции одним числом (значением комплексного показателя) необычайно привлекательна! Интегральный показатель является комплексным. Он характеризует эффективность или экономичность технического устройства и рассчитывается как отношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации продукции к суммарным затратам на ее создание и эксплуатацию по формуле И = Э/(Зс + Зэ), (1) где Э – суммарный полезный эффект от эксплуатации или потребления продукции (например, пробег грузового автомобиля в 17