ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

Глава 7

ИЗМЕРЕНИЕ КАЧЕСТВА

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

Раздел метрологии, изучающий вопросы измерения качества, называется квалиметрией. Здесь используются те же законы и правила, что и в области измерения физических величин, но есть и некоторые особенности, которые наглядно проявляются в сравнении. Рассмотрение их начнем с сопоставления измеряемых величин.

1. Многообразие нашего мира определяется свойствами различных его сторон. Это свойства живой и неживой материи, свойства физических объектов и явлений, свойства происходящих в мире социальных и исторических процессов и многие, многие другие. Определенная группа свойств относится к такому обобщенному понятию, как качество (труда, промышленной продукции, произведений искусства, принимаемых решений, организационной деятельности и т. п.).

2. Любое свойство может быть выражено в большей или меньшей степени, т. е. имеет количественную характеристику. В то же время всякое свойство может проявляться по-разному. Одним из проявлений инертности тел, например, является сила, с которой они притягиваются к Земле (вес). Долгое время она использовалась в качестве количественной характеристики инертности. Но в невесомости эта сила равна нулю, а свойство инертности остается и проявляется в другом. Таким образом, количественных характеристик у каждого свойства может быть несколько. Наиболее удачная из них выбирается по соглашению и называется мерой. Мерами физических свойств являются физические величины: масса, время, давление, скорость и другие. Мерами свойств, определяющих качество, служат показатели качества. Понятно, что любые формы сотрудничества возможны только в случае, если его участники будут пользоваться одинаковыми мерами.

3. Установлено 12 областей измерений физических величин:

измерения геометрических величин;

измерения механических величин;

измерения давления и вакуума;

теплофизические и температурные измерения;

измерения времени и частоты;

измерения электрических и магнитных величин;

измерения акустических величин и др.

Показатели качества в квалиметрии группируются в областях, установленных РД 50—64—84 (см. разд. 1.2):

показатели назначения;

показатели надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость);

показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов;

эргономические показатели;

эстетические показатели;

показатели технологичности;

показатели стандартизации и унификации и др.

4. Каждая из перечисленных областей измерений объединяет несколько физических величин или показателей качества. Например, к геометрическим величинам относятся длина, площадь, плоский и телесные углы и др., к механическим — масса, скорость, ускорение и др. Важнейшими электрическими и магнитными величинами являются сила электрического тока, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, электрическая емкость, магнитный поток, магнитная индукция, индуктивность и некоторые другие. К показателям технологичности продукции относят удельную трудоемкость изготовления, удельную материалоемкость изделия, удельную энергоемкость и среднюю разовую оперативную трудоемкость технического обслуживания (ремонта) изделий данного вида. Экономические показатели, характеризующие затраты на разработку, изготовление, эксплуатацию или потребление продукции, включают:

затраты на изготовление и испытания опытных образцов;

себестоимость продукции;

затраты на расходные материалы при эксплуатации технических объектов и др.

5. Физические величины используются для описания свойств, в совокупности определяющих качество, но понятия "физическая величина" и "показатель качества" не тождественны. Физические величины отражают объективные свойства природы, а показатели качества — общественную потребность в конкретных условиях. Так, например, масса — физическая величина, а масса изделия — показатель его транспортабельности; скорость — физическая величина, а эксплуатационная скорость автобуса — показатель его назначения;

освещенность — физическая величина, а освещенность на рабочем месте— эргономический показатель.

6. Как и физические величины, показатели качества имеют размерность или могут быть безразмерными. На них в полной мере распространяются все положения теории размерностей, рассмотренные в разд. 1.3.

7. Количественной характеристикой показателей качества, как и физических величин, является их размер, который нужно отличать от значения — выражения размера в определенных единицах. Размер и значение от выбора единиц не зависят. Например, трудоемкость изготовления и (или) эксплуатации продукции определяется количеством времени, затраченного на изготовление и (или) эксплуатацию единицы продукции, и выражается для промышленных изделий в нормо-часах. Ясно, что трудоемкость изготовления конкретного узла или агрегата (показатель технологичности продукции) не изменится, если ее выразить, например, в человеко-днях. Не изменятся и экономические показатели, такие, например, как себестоимость или цена изделия, от того, что будут выражены не в рублях, а в копейках.

Отвлеченное число, входящее в значение показателя качества (равно, как и в значение физической величины), называется числовым значением. Понятно, что оно-то как раз и зависит от выбора единиц.

8. Значения показателей качества, как и значения физических величин, могут быть абсолютными и относительными. Абсолютные значения физических величин всегда имеют размерность, а относительные — всегда безразмерные. В отличие от этого абсолютные значения показателей качества могут быть как размерными, так и безразмерными, а относительные — только безразмерными. Пример абсолютных значений показателей качества, имеющих размерность, приведен в п. 5;

механизм образования безразмерных абсолютных значений будет рассмотрен в п. 9. Примерами относительных значений показателей технологичности продукции являются:

относительная трудоемкость изготовления и (или) эксплуатации

где Т_в.р. — трудоемкость по видам производимых работ, например, трудоемкость заготовительных работ, трудоемкость профилактического обслуживания и т. п.; Т — трудоемкость изготовления и (или) эксплуатации;

относительная себестоимость изготовления и (или) эксплуатации

где Св.р. — себестоимость по видам производимых работ, например, суммарная себестоимость ремонтов, суммарная себестоимость профилактического обслуживания и т. д.;

Ст — технологическая себестоимость изготовления и (или) эксплуатации.

9. Аналогично делению физических величин на основные и производные показатели качества делятся на единичные и комплексные. Единичные относятся к одному из свойств, определяющих качество, комплексные — сразу к нескольким свойствам. Производные физические величины связаны с основными (и дополнительными) фундаментальными физическими законами, или посредством определений (см. разд. 1.2). Точно так же комплексные показатели качества могут быть связаны с единичными через функциональные зависимости, отражающие объективные законы природы, а могут быть некоторой комбинацией их, соответствующей определению комплексного показателя. Примерами комплексных показателей качества продукции первого типа служат такие показатели транспортабельности лесопиломатериалов, как их количество в партии (в кубометрах) и масса (в килограммах). Количество лесопиломатериалов в партии V = n² Ldh, где единичные показатели L, d, h — соответственно длина, ширина и толщина досок стандартных размеров, а п — их число. Масса лесопиломатериалов в партии

m=pV=pn²Ldh ,

где единичный показатель качества сухой древесины — ее плотность р = 7 • 10² кг/м³. Примером комплексного показателя назначения второго типа является годовая производительность автобуса

qvt_H

где и - соответственно коэффициенты использования парка автобусов, пробега автобуса и его вместимости при номинальной вместимости q, чел.; v — эксплуатационная скорость автобуса, км/ч; t_н ^— средняя продолжительность времени в наряде, ч.

В случаях, когда комплексный показатель качества не представляется возможным выразить через единичные с помощью объективной функциональной зависимости, применяют субъективный способ образования комплексных показателей по принципу среднего взвешенного:

Наименование комплексного Математическое

показателя качества выражение

Среднее арифметическое g _i Q _i

взвешенное

С помощью весовых коэффициентов g_i , как и прежде, учитывается важность или ценность каждого единичного показателя качества Q_i . Ценность результатов измерения физических величин тем больше, чем меньше их рассеяние. Поэтому при обработке результатов нескольких серий измерений, при решении систем линейных уравнений методом наименьших квадратов весовые коэффициенты выбираются обратно пропорциональными дисперсиям (см. разд. 2.8, 10.3). В квалиметрии "вес" показателей качества определяется иными соображениями. Показатели назначения, например, являются обычно наиболее важными. Однако на сколько или во сколько раз один показатель важнее другого сказать трудно. Эта сложная задача определения весомости показателей качества часто решается экспертным методом, исходя из условия

При одинаковых среднее арифметическое взвешенное переходит в среднее арифметическое значение, а выражения для других средних взвешенных существенно упрощается.

Суммирование единичных показателей качества с учетом их весов должно производиться в соответствии с правилами теории размерностей. Поэтому очень часто от абсолютных значений единичных показателей качества предварительно переходят к относительным. Абсолютное значение комплексного показателя получается в этом случае безразмерным.

Среднее арифметическое взвешенное используется преимущественно тогда, когда в комплексный показатель качества объединяются однородные единичные показатели, а разброс между слагаемыми невелик.

Пример 66. Основными единичными показателями качества кокса являются содержание в нем серы Sc, зольность Ac, прочность М₁₀ и М₄₀. При увеличении каждого из этих показателей на 1 % производительность доменной печи в первых трех случаях снижается соответственно на 20, на 2, и на 3 %, а в четвертом — повышается на 1,3 %. При этих условиях комплексный показатель, характеризующий зависимость производительности доменной печи от качества кокса, может быть представлен в виде среднего арифметического взвешенного

= g₁ Sс + g₂ Ac + g3 М₁₀ + g₄ M₄₀.

где коэффициенты весомости естественно выбрать равными изменению производительности доменной печи при увеличении значений перечисленньгх показателей качества кокса на 1 %. При значениях показателей качества кокса Sc = 0,7%; Ас = 11%; М₁₀ = 8%; М₄₀ = 78%, соответствующих требованиям государственного стандарта, = - 0,2 • 0,007 - 0,02 • 0,11 - 0,03 • 0,08 + 0,013 • 0,78 = 4,14 • 10 ^{- 3} .

Среднее гармоническое взвешенное применяется тогда, когда разброс между слагаемыми более значительный.

Среднее квадратическое взвешенное используется в методе наименьших квадратов (см. разд. 10.3). В квалиметрии этот метод также применяется очень широко.

Наиболее распространенным и универсальным является среднее геометрическое взвешенное . Оно применяется при комплексировании неоднородных показателей качества, в том числе разнородной продукции, соответствующих разным условиям ее применения и имеющим значительный разброс.

В комплексных показателях качества низкие значения одних единичных показателей могут компенсироваться высокими значениями других. Иногда это соответствует реальным жизненным ситуациям. Многолетними наблюдениями и специальными исследованиями, например, установлено, что одежда и обувь отечественного производства в целом более прочна и долговечна, чем импортная. Однако последняя имеет более привлекательный внешний вид, чем объясняется повышенный спрос на импорт. Высокие эстетические показатели качества в данном случае компенсируют низкие показатели надежности и долговечности. Другой пример: за счет снижения отдельных показателей качества повышают показатели транспортабельности (в частности, массогабаритные характеристики) оборудования и изделий, устанавливаемых на летательных аппаратах. Таких примеров множество.

В то же время недопустимо компенсировать низкие значения главных, важнейших показателей качества высокими значениями второстепенных. Для исключения такой возможности комплексный показатель качества домножают на так называемый коэффициент вето, обращающийся в 0 при выходе любого из важнейших единичных показателей за допустимые пределы и равный 1 во всех остальных случаях. Благодаря коэффициенту вето, комплексный показатель качества падает до нуля, если хотя бы один из важнейших единичных показателей оказывается неприемлемым.

10. Так же, как производные физические величины, комплексные показатели качества можно продолжать и дальше комбинировать между собой, добиваясь все большего и большего обобщения свойств, формирующих в целом представление о качестве. Таким образом, структура показателей качества является многоуровневой — рис. 155. Основу ее составляют единичные показатели, характеризующие отдельные свойства, определяющие качество. Число этих показателей, конечно, меньше, чем многообразие свойств. Единичные показатели качества являются мерами лишь тех свойств, которые представляются существенными при рассмотрении качества под вполне определенным углом зрения. Таким образом, уже на их уровне формируется некоторое упрощенное представление о качестве или, как говорят, его модель. При переходе к комплексным показателям на каждом вышестоящем уровне модель становится все более грубой, пока ни сводится, наконец, к характеристике качества с помощью одного единственного обобщенного комплексного показателя верхнего уровня.

Принципы формирования комплексных показателей на каждом уровне такие же, как и на нижнем: на основе функциональных связей или определений, либо по формулам. .Комплексные показатели качества, относящиеся к определенной группе средних взвешенных свойств, называются групповыми. Разновидностью комплексного показателя качества, позволяющего с экономической точки зрения определить оптимальную совокупность свойств изделия, является интегральный показатель качества, приведенный в разд. 1.2. Например, интегральным показателем качества буровой установки может быть удельная глубина бурения

,

где — суммарная глубина проходки буровой установкой до капитального ремонта, м; Зс , Зэ — соответственно себестоимость и затраты на эксплуатацию буровой установки до капитального ремонта.

Примером интегрального показателя качества транспортных средств могут служить удельные затраты на 1 километр пробега

,

где Зс и Зэ — соответственно себестоимость и затраты на эксплуатацию транспортного средства до капитального ремонта; L — пробег транспортного средства до капитального ремонта» км.

Обобщенный показатель качества относится к такой совокупности свойств продукции, по которой оценивается ее качество. При экономических расчетах в роли обобщенного комплексного показателя обычно выступает интегральный показатель качества.

11. Показатели качества, как и физические величины, меняются с течением времени. В одних случаях этим изменением можно пренебречь, в других — нельзя. Качество продукции, например, снижается к концу срока ее службы, причем в течение этого периода могут быть интервалы, когда продукция не эксплуатировалась из-за неисправностей, пребывания на техобслуживании или в ремонте. Эти обстоятельства учитываются показателями надежности, к числу которых относятся показатели сохраняемости, безотказности, ремонтопригодности, долговечности и др. По своей природе они в корне отличаются от всех остальных показателей качества продукции и оперировать с ними, как с другими (включать со своими весами в формулы средних взвешенных) , нельзя. Один из способов учета зависимости показателя качества от времени рассмотрим на примере.

Пример 67. Некоторые показатели качества металлорежущего станка:

Показатель качества Числовое значение

показателя качества

Годовая производительность при

безотказной работе, тыс. деталей 20

Время простоев из-за отказов, % 6

Стоимость станка, тыс. руб. 50

Годовые затраты на ремонт, тыс. руб. 4

Прочие годовые эксплуатационные

затраты, тыс. руб. 40

Срок службы, годы 3

Годовой суммарный полезный эффект от эксплуатации станка (количество изготавливаемых детален) с учетом простоев из-за отказов

= 20(1—0,06) = 18,8 тыс. дет.

При сроке службы продукции более одного года интегральный показатель ее качества рассчитывается по формуле

если ежегодный полезный эффект и ежегодные эксплуатационные затраты Зэ остаются постоянными, срок службы составляет целое число лет, а окупаемость единовременных капитальных вложений на создание продукции 3с учитывается поправочным множителем

где Е_H — нормативный коэффициент экономической эффективности;

t — срок службы продукции. При E_H = 0,15, например, для рассматриваемого станка