Jakość w projektowaniu konstrukcyjnym i technologicznym

Transkrypt

1 ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Published quarterly as the organ of the Foundry Commission of the Polish Academy of Sciences ISSN ( ) Volume 10 Special Issue 3/ /3 Jakość w projektowaniu konstrukcyjnym i technologicznym A. Samek Katedra Automatyzacji Procesów, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, Kraków, POLSKA Otrzymano ; zaakceptowano do druku Streszczenie Jakość procesu ma podstawowy wpływ na jakość produktu, maszynę lub urządzenia. W referacie omówiono czynniki, które mają istotne znaczenie na jakość i innowacyjność projektowanego i wytwarzanego obiektu. W referacie przedstawiono wpływ cech osobowości zespołu projektującego, wpływ wyposażenia komputerowego, i oprogramowania, wpływ stosowanych metod, wpływ struktur procesu, oprzyrządowania technologicznego i narzędzi oraz znajomość wyposażenia zakładu. Omówiono wpływ wzajemnej zależności etapów konstrukcyjnego i technologicznego na jakość procesu. Przedstawiono propozycje kompleksowej oceny jakości procesu. Zaproponowano pewną metodę oceny jakości procesu poprzez analizę efektywności i ocenę jakości prototypu, a także jakości serii prototypowej. Ocena taka mogła by być podstawą strategii rozwojowej systemu projektującego w działaniu przedsiębiorstwa Słowa kluczowe: projektowanie konstrukcji; projektowanie procesu obróbki i montażu; jakość produktu; jakość procesu 1. Wprowadzenie Rozwój techniki i szybko zmieniające się wymagania rynkowe stawiają coraz to wyższe wymagania jakościowe w produkcji maszyn i urządzeń. Podstawowe założenia współczesnego przemysłu maszynowego to produkować lepiej, więcej, szybciej i taniej. Pozwala to wysoko uprzemysłowionym krajom na dostarczanie na rynek dowolnego produktu o stosunkowo niskiej cenie i w stosunkowo krótkim czasie. Żywiołowy rozwój przemysłu powoduje jednak szereg niekorzystnych zjawisk, które stwarzać zaczynają zagrożenia o charakterze globalnym jak wzrastające zużycie naturalnych źródeł energii i surowców mineralnych, postępująca dewastacja środowiska naturalnego, zubożenie różnorodności biosfery zwiększająca się różnica poziomów życia, a także wzrastające uzależnienie człowieka od produktu. Pojawiają się coraz liczniejsze sugestie zmiany dotychczasowego kierunku rozwoju produkcji i funkcji produktu w życiu społeczeństwa. Należy do nich koncepcja produkcji oszczędnej, oraz dążenie do przedłużenia życia produktu o kreślonej charakterystyce, uzyskania produktu o długotrwałej zdolności prorozwojowej użytkowania (sustainable product). Stwarza to konieczność zdefiniowania funkcji produktu już w etapie koncepcji i wstępnego, oraz stosowania różnych określeń jego jakości w zależności od przyjętych założeń. Zasadniczą rolę w spełnieniu tych wymagań odgrywa jakość procesu konstrukcyjnego i technologicznego. 2. Podstawowa struktura procesu Algorytm procesu ukierunkowany na produkty przemysłu maszynowego, który składa się z kilku podstawowych etapów działań przedstawiono na rys Algorytmy są bardzo ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 10, Special Issue 3/2010,

2 uproszczone, pominięto sprzężenia zwrotne, bazy danych, a szereg działań zgrupowano w bloki. Proces zawiera trzy podstawowe etapy: etap twórczego którego celem jest poszukiwanie koncepcji i określenie podstawowych parametrów obiektu W tym etapie, jakość projektu będzie raczej zależała głównie od twórczej postawy zespołu projektującego i cech jego pracy, które warunkują innowacyjność projektu. (rys. 1.), Analiza wstępna Rozpoznanie istniejących rozwiązań Analiza stanu wiedzy Warunki rynkowe Wymagania ergonomiczne Poszukiwanie koncepcji chaotyczne i analityczne Innowacyjne metody Określenie wstępne struktury i funkcji projektowanego obiektu przyjętego w etapie poszukiwania, który ma istotne znaczenie dla dalszych etapów projektu (rys. 2.), etap planowania i realizacji, W pewnej mierze etap planowania i realizacji jest następstwem podjętych w uprzednich etapach działań projektowych. Obejmuje on opracowanie struktur procesu technologicznego obróbki części, struktury procesu technologicznego montażu, projektowanie i dobór wyposażenia technologicznego. Na jakość realizacji tej fazy podstawowy wpływ będzie miało doświadczenie technologiczne zespołu, jakość systemu wytwarzania i jego wyposażenia oraz wynikające stąd możliwości produkcyjne zakładu (rys. 3.). Czynniki wpływające więc na jakość procesu są różnorodne i wzajemnie powiązane. Należy zatem przeanalizować ich wpływ w sposób bardziej szczegółowy Projekt procesów obróbki części Określenie podstawowej struktury procesu obróbki części Rys. 1.Etap wstępny poszukiwania rozwiązania Projekt lub dobór półfabrykatu Projekt wstępny Wariantowanie rozwiązań i wybór Ostateczny projekt procesu obróbki części Struktura, narzędzia, warunki skrawania oprzyrządowanie technologiczne Projekt szczegółowy Parametryzacja elementów i zespołów Wymagania ergonomiczne Projekt szczegółowy zespołów Obliczenia statyczne i dynamiczne Kinematyka wytrzymałość Wariantowanie rozwiązań i wybór Projekt procesu montażu Projekt procesu montażu części i zespołów struktura, narzędzia, wyposażenie Projekt końcowego procesu montażu Wykonanie modelu Sprawdzanie funkcjonalne Analiza kosztów Planowanie produkcji, programowanie stanowisk obróbki i montażu Projekt ostateczny Określenie ostatecznej struktury i funkcji Uwzględnienie formy zewnętrznej i kolorystyki Rys. 2. Etap konstrukcyjnego etap konstrukcyjnego, w którym opracowane zostaje ostateczne rozwiązanie konstrukcji produktu. Podstawową rolę w działaniach projektowych będzie odgrywał zasób wiedzy inżynierskiej projektantów, ich doświadczenie i dorobek, a także dostępna baza danych i jakość wyposażenia w systemy komputerowego wspomagania procesu. Na jakość projektu podstawowy wpływ będą miały dwa pierwsze etapy, a zwłaszcza jakość i stopień innowacyjności rozwiązania Rys. 3. Etap planowania i realizacji produkcji 3. Różnorodność czynników wpływających na jakość i innowacyjność projektu Projektowanie nowego obiektu, maszyny lub urządzenia powinno zawierać elementy innowacyjności. Tylko wtedy zapewnione są szanse na zainteresowanie na rynku i zbyt. Działalność innowacyjna polega na wprowadzaniu zmian i rozwiązań, które zapewniają lepszą jakość, lepsze właściwości projektowanej konstrukcji. Stopień innowacyjności może być różny i zależy od wielu czynników, w głównej jednak mierze 64 ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 10, Special Issue 3/2010, 63-68

3 zależy od zespołu projektantów, ich doświadczenia, postaw i cech osobowych. Na rys.4. przedstawiono kilka ważniejszych czynników, które mogą korzystnie lub hamująco oddziaływać na stopień jakości i innowacyjności. Do najważniejszych czynników, które zwiększają jakość i innowacyjność projektu można by zaliczyć: znajomość nowych kierunków techniki, warunkuje ona nowoczesność rozwiązania, zdolność zdobycia rynku, krytyczną ocenę aktualnych rozwiązań, rozpoznanie niedoskonałości lub istnych wad stosowanych rozwiązań, zdolność poszukiwania nowych niekonwencjonalnych rozwiązań i podejmowania ryzyka, umiejętność pracy zespołowej, Niewątpliwie hamująco na jakość i innowacyjność wpływają: rutynowość w projektowaniu, mały stopień różnorodności, wielokrotne powtarzanie podobnych typowych rozwiązań, brak dobrego rozeznania aktualnych kierunków rozwoju danej dziedziny techniki, zachowawczość w działaniach, brak umiejętności pracy zespołowej, nieporozumienia, konflikty. _ Rutynowość rozwiązań Obawa przed ryzykiem Brak wiedzy o kierunkach rozwoju techniki Brak pracy zespołowej Jakość innowacyjność Krytyczna ocena aktualnych rozwiązań Zdolność podejmowania ryzyka + Wiedza o kierunkach rozwoju techniki Umiejętność pracy zespołowej Rys. 4. Czynniki wpływające na stopień innowacyjności projektu 4. Jakość procesu System można by uznać, ze względu na jakość jego działania, za specyficzny system hybrydowy w którym jakość działania twórczego konstruktora zależna jest także w złożony sposób od jakości stosowanego wyposażenia komputerowego i oprogramowania. W systemie można wyodrębnić dwa podstawowe podsystemy powiązane ze sobą, podsystem konstrukcji i podsystem technologii. A zatem w systemie występuje (rys.5.): zespół projektujący złożony z specjalistów lub zespołów specjalistów określonych dziedzin, dwa podsystemy wspomaganego komputerowego konstrukcyjnego i technologicznego wraz z oprogramowaniem, z których zespół korzysta, zbiór metod o różnym poziomie złożoności i specjalizacji. Na wejściu systemu znajdują się wymagania rynkowe i założenia techniczno-ekonomiczne, będące podstawą działań projektowych. Na wyjściu zaś, opracowana dokumentacja projektu w formie rysunkowej lub elektronicznej, powiązana ewentualnie z jednostką produkcyjną (prototypownia). Jakość procesu może zatem posiadać pewną wartość wstępną, Q pp, na którą składać się będzie (rys. 6.): Q z jakość kwalifikacji, doświadczenia zespołu, Q f - jakość form współpracy zespołu, Q w jakość wyposażenia, systemów wspomagania komputerowego i ich oprogramowania, Q m jakość stosowanych metod Jakość zespołu Q z ma podstawowe znaczenie dla jakości projektu. Najważniejszą cechą są kwalifikacje członków zespołu. Wyrażają się one dobrym przygotowaniem podstawowym, poszerzanym konsekwentnie poprzez ciągłe kształcenie. Kolejnym czynnikiem będzie znajomość aktualnego stanu wiedzy w danej dziedzinie i kierunków jej rozwoju. Duże znaczenie ma również doświadczenie zawodowe członków zespołu, cechy osobowości poszczególnych członków, ich postawy, łatwość współpracy, zrozumienie odrębności podejścia innych specjalistów. Mają one duży wpływ na działanie zespołu. Podstawowe jednak znaczenie ma osobowość kierownika projektu. Kompletność zespołu wyraża się odpowiednim doborem jego członków. W skład zespołu powinni wejść tacy specjaliści, którzy są niezbędni, w celu kompleksowej analizy i realizacji zadania. Ich specjalność zależy od charakterystyki projektowanego obiektu, nie mniej jednak można proponować podstawowy skład zespołu [3]. Im bardziej złożony jest projektowany obiekt, tym bardziej powinien być zróżnicowany zespół projektujący. Jakość współpracy zespołu Q f zależy w głównej mierze od postaw członków. Znamienną cechą współczesnego procesu, niezależnie od wspomagania komputerowego procedur i stopnia jego wirtualizacji, jest konieczność współpracy specjalistów z wielu dziedzin. Dziedziny te są niekiedy bardzo odległe, a sposoby myślenia ich przedstawicieli, ich nawyki zawodowe, podejście, a nawet światopogląd mogą się ogromnie różnić. Znajomość tych różnic, wzajemne zrozumienie i szacunek wszystkich członków zespołu warunkują odpowiednią współpracę w trakcie realizacji projektu, niezależnie od formy komunikacji. Może ona być albo bezpośrednia, ale obecnie częściej za pomocą różnorodnych środków multimedialnych, w formie wirtualnej konferencji. ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 10, Special Issue 3/2010,

4 Podsystem konstrukcji Zespół konstrukcji Wymagania rynku Założenia ekonomiczno - techniczne Podsystem technologii Zespół technologii Metody konstrukcji Komputerowe systemy konstrukcji Oprogramowanie Dokumentacja - konstrukcji - technologii Metody technologii Komputerowe systemy technologii Oprogramowanie Zespół analityczno badawczy Prototypownia System wytwarzania Stanowiska obróbki i montażu Zbiory - narzędzi - oprzyrządowania obróbkowego montażowego pomiarowego Rys. 5. System konstrukcyjnego i technologicznego W trakcie realizacji kolejnych etapów projektu w zależności od jego złożoności, nowi specjaliści z różnych dziedzin przystępują do współpracy, a ich udział i zakres opracowywanego zadania mogą być bardzo różne, dlatego też znaczenie współpracy jest bardzo duże. Jakość wyposażenia Q w jest nieodzownym elementem procesu. Komputerowo wspomagane systemy konstrukcyjnego i technologicznego (CAD, CAPP) mogą się różnić zasobnością bazy wiedzy i bazy danych, szybkością działania, możliwościami wizualizacji, a także stopniem integracji konstrukcyjnego i technologicznego. W zależności od charakteru jednostki projektującej, jej wyposażenie komputerowe może być różne, powinno być jednak dostosowane do rodzaju zadania projektowego. Nie ma wątpliwości, że nowoczesność i jakość narzędzi ma wpływ na jakość opracowanej dokumentacji. Z drugiej strony w pewnym stopniu zmniejsza ona możliwości swobodnego, ograniczając rozwiązania do doboru elementów i zespołów dostępnych w bazie danych systemu. Kolejnym elementem warunkującym jakość jest sprawność i jednoznaczność przekazu danych. Jakość metod Q m jest jednym z decydujących czynników jakości projektu. Istotnym jest stosowanie odpowiednich metod. Dotyczy to zwłaszcza pierwszego etapu, a szczególnie fazy poszukiwania i opracowania projektu wstępnego. Jakość samego zespołu Q z i jakość jego współpracy Q f, dotyczą charakteru działania człowieka. Zależeć będą one, zwłaszcza Q z od wzrostu kapitału intelektualnego i powinny w zasadzie zmieniać się w sposób ciągły. Nie jest to jednak zupełnie oczywiste, bo w określonych, niekorzystnych dla zespołu warunkach, może nastąpić stagnacja nawet regresja jakości. Określenie Q z jest zatem niezwykle trudne i można by tutaj zaproponować metodę analizy efektów pracy zespołu i ocenę jej jakości na poszczególnych etapach realizacji projektu. Nie ma bowiem wątpliwości, że innowacyjne, czy nawet tylko niekonwencjonalne rozwiązanie nowego produktu, maszyny, nie może osiągnąć najwyższej jakości w etapie wykonania prototypu. Prototyp (1-2 sztuki), podlega więc badaniom, mającym na celu uzyskanie jego rzeczywistej charakterystyki funkcjonalnej. Pierwszym zatem etapem działania mającego na celu podniesienie jakości wykonanego projektu (rys. 7.), będzie: usunięcie stwierdzonych usterek i błędów konstrukcyjnych i technologicznych, określenie możliwości zwiększenia jakości wybranych parametrów funkcjonalnych. 66 ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 10, Special Issue 3/2010, 63-68

5 Kwalifikacje członków Zrozumienie różnorodności Nowoczesność sprzętu Nowoczesność metod Kompletność zespołu Systematyczność spotkań Dostosowanie do zadania Dostosowanie do zadania Doświadczenie projektowe Wzajemny szacunek Kompletność bazy danych Q z Jakość zespołu Q f Jakość form współpracy Q w Jakość wyposażenia Q m Jakość metod Qpp Jakość procesu Rys. 6. Uwarunkowania jakości na ocenę statystyczną, występujących nadal lub pojawiających się w serii niekorzystnych zjawisk. Wyniki badań pozwolą więc określić jakość procesu. Oceniając realizację funkcji częściowych przez poszczególne podsystemy maszyny [4], można dokonać zmian projektu, ale głównie ocenić dotychczasową jakość pracy określonych zespołów specjalistów. Pozwoli ona realizować odpowiednią strategię rozwoju zespołu projektującego, wprowadzać zmiany metod pracy, zmiany organizacyjne czy nawet osobowe. W ostatecznym efekcie działania te prowadzą do podwyższenia jakości Q z w dalszym procesie, poprzez wzrost kapitału intelektualnego zespołu projektującego. Pozostałe dwa czynniki, jakość Q w i Q m są w pewnym przedziale czasu stałe, kiedy w procesie przez pewien okres np. 2-3 lata użytkowany jest ten sam sprzęt i stosowane są takie same metody. Wzrost Q w i Q m będzie miał zatem charakter skokowy, zależny od zakupu nowego oprogramowania lub wprowadzenia nowej metody. Dla określenia wartości i wzrostu Q w i Q m stosowane mogą być znane z kwalitologii metody [2]. 5. Wnioski Na postawie powyższych, bardzo ogólnych i fragmentarycznych rozważań, można by przedstawić następujące wnioski i uwagi: proces jest wieloetapowym, złożonym procesem, określenie jego jakości zależy od wielu, powiązanych ze sobą czynników, ludzkiego i technicznego niekiedy bardzo trudnych do deterministycznego określenia, jedną z metod określenia jakości procesu mogłaby być analiza wyników badań prototypu i serii prototypowej, wykrywanie i eliminowanie błędów i wad. Na tej podstawie prowadzona być może ocena i ciągłe doskonalenie działań poszczególnych zespołów specjalistycznych, zakładając stałość, w pewnym przedziale czasu, jakości wyposażenia i stosowanych metod, należy szczególną uwagę skierować na podwyższanie jakości działań zespołu projektującego, ocena jakości może być podstawą strategii rozwojowej zespołu projektującego, i podejmowania decyzji, mających na celu uzyskanie przez przedsiębiorstwo sukcesu rynkowego. Działalność zespołu projektującego ma niezwykle ważne, podstawowe, znaczenie dla przedsiębiorstwa, zwłaszcza dla zakładu produkcyjnego. Od jakości nowych innowacyjnych, rozwiązań konstrukcyjnych zależy bowiem jego dalszy rozwój i obecność na rynku. Dlatego też, bliższa analiza problemu jakości procesu, określenie bardziej ogólnych zasad oceny i metod doskonalenia projektantów powinny być przedmiotem dalszych szczegółowych rozważań. ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 10, Special Issue 3/2010,

6 Opracowanie projektu - konstrukcji - technologii Wykonanie prototypu Prototyp SYSTEM Wyniki badań prototypu Badanie prototypu Opracowanie modyfikacji projektu konstrukcji - technologii Wykonanie serii prototypowej Seria prototypowa Opracowanie projakościowe projektu- konstrukcji - technologii Wyniki badań serii prototypowej Badanie serii prototypowej SYSTEM MASZYNA PODSYSTEM KORPUS PODSYSTEM INFOMACJI STEROWANIA PODSYSTEM ZASILANIA aktuatory PODSYSTEM WYKONAWCZY ZESPOŁY Polepszenie jakości podsystemów - informacji - zasilania - wykonawczego Q pp Wyższa jakość Rys. 7. Zwiększenie jakości metodą analizy wyników badań prototypu i serii prototypowej Literatura [1] Gawlik J., Kiełbus A.: Metody i narzędzia w analizie jakości wyrobów. Politechnika Krakowska, Kraków 2008, s [2] Kolman R.: Kwalitologia, wiedza o różnych dziedzinach jakości. Wydawnictwo PLACET Warszawa 2009, s [3] Samek A.: Współpraca specjalistów w procesie. Przegląd Mechaniczny 3/2008, s [4] Samek A.: New Conceptions of the Machine, a Challenge for Technology. CEPUS Research Reports Project CII-Sk , Systems Equipment Process SOP 2008, Cracow 2008, s Quality of the Constructive and Technological Design Abstract The machine construction and technology designing is a very complex multistage and hierarchical process, which quality depends from many different factors. The quality of this process has basic influence on product, machine or device. It main factors are the of designers team qualifications his personality and his cooperation ability, the computer equipment, and the software, applied methods, quality of designed structures of machining and assembling process, technological equipment and the tools and the productive possibilities of production plant. The designing system can to recognize, with regard on quality his activity, for specific hybrid system in which quality of creative work of designers dependent is also in complex form, from quality of applied computer equipment and the software. The analysis of results of investigations prototype and prototype series of final product, detecting and eliminating mistakes and defects, would be one of methods of quality assessment of design system and fundament for farther development of designing team, and the undertaking the strategic decisions, having on aim the obtainment through the firm the market success 68 ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 10, Special Issue 3/2010, 63-68