Контрольные карты шухарта позволяют отследить проблемы с процессами и оборудованием на ранней стадии до того, как будет достигнута граница аварийного состояния.

Вариабельность

АСУ ТП: ошибки первого и второго рода

 

Операторы в попытках управлять процессами постоянно совершают ошибки первого и второго рода, не понимая как различить естественную вариабельность статистически управляемого процесса от неестественной.

 

Григорьев С. П.

 

 

 

 

Знаниям нет замены. Но перспектива использования знаний пугает.  - [2] Эдвардс Деминг

 

 

Программные продукты АСУ ТП и АУСиД таких компаний, как Siemens, GE и др., уже используют интегрированные модули статистического управления процессами (разделяющие естественную вариабельность процесса и неестественную, вызванную особыми причинами), основным инструментом которого являются контрольные карты Шухарта. Но и эти компании не смогли заметить главные преимущества статистических методов управления процессами "выше по течению", используя их лишь в модулях контроля качества результирующей многофакторных производственных процессов. Любой агрегированный показатель (результирующая) скрывает сигналы в данных источников вариабельности, превращая их в шум на уровне результирующей, тем самым лишая персонал возможности видеть то, чем необходимо заняться для улучшения технологических процессов в первую очередь. В то же время, любые реактивные действия оператора АСУ ТП или автоматических регуляторов на шум - является ошибкой первого рода, лишь ухудшающие положение дел. Важно понимать, что на высоком уровне агрегированности в виде сигналов будут заметны только катастрофические изменения (Э. Деминг).

 

 

 

Поиск «выше по течению» — мощный рычаг в решении проблем смесей компонентов.  - Билл Шеркенбах, Ford Motor Company, General Motors.

 

 

Системным помощником в поиске и устранении особых причин выхода технологических процессов из-под контроля (из статистически управляемого состояния) должно служить наглядное отображение контрольных карт в интерфейсе оператора для всех выявленных элементов причинно-следственной связи. Причем состояние статистической управляемости отслеживаемых показателей причин (факторов) может оцениваться как по данным, поступающим от датчиков, так и, по данным других, регистрирующих события в режиме онлайн-подсистем (например, входной контроль качества сырья и материалов, данные испытательной лаборатории и межоперационного контроля).

 

 

Более того, методы статистического контроля позволяют выявить присутствие факторов (общих и особых причин вариабельности) не отслеживаемых вашими АСУ ТП, но значительно влияющих на размер вариабельности и стабильность технологических процессов. Такие факторы должны быть операционально определены, им должны присваиваться метрики для контроля в АСУ ТП.

 

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

 

Рис. 1. Причинно-следственная связь результирующей данных датчиков АСУ ТП

 

Абсолютное большинство автоматизированных систем управления технологическими процессами и инженерными сетями (АСУ ТП, АСУиД, Process Control System), используемые в промышленности, не оснащены программно-аналитическими модулями статистического управления процессами (Statistical Process Control, SPC), а операторский персонал не обучен этим методам управления.

 

Это приводит к тому, что операторы в попытках управлять процессами постоянно совершают ошибки первого и второго рода, не понимая как различить естественную вариабельность статистически управляемого процесса (шум) от неестественной (сигнала), последняя обусловлена выходом процесса из-под контроля под действием особых причин.

 

Правильно применяемые контрольные карты Шухарта операционально точно отделяют шум от сигналов, выявляя индивидуальную сигнатуру сбоев в работе оборудования и технологических процессов, и не требует установки вымышленных граничных значений. Например, о проблеме, свидетельствующей об отсутствии таких знаний сообщила компания OSyS (Optimized Systems and Solutions, является дочерней компанией Rolls-Royce), которая специализируется на предоставлении СППР для мониторинга и оптимизации высокоценных активов:

 

"При анализе параметров производительности специалисты компании OSyS столкнулись с тем, что им приходилось задавать либо слишком узкие граничные значения, и тогда резко увеличивалось количество оповещений, либо значения слишком широкого диапазона, и тогда получалось, что значения в оповещении не соответствуют требуемым пределам. Однако технические средства, знания и навыки анализа помогли им создать сигнатуру сбоя для всевозможных потоков данных, которые могут поступать с оборудования". - Источник: iot.ru

 

 

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

 

Рис. 2. ВКГ и НКГ - верхняя и нижняя контрольные границы, полученные расчетным путем из анализа исторических данных анализируемого процесса с присущей ему вариабельностью.

 

Литература: Правила построения контрольных карт Шухарта смотрите в ГОСТ Р ИСО 7870-1-2011 (ISO 7870-1:2007), ГОСТ Р ИСО 7870-2-2015 (ISO 7870-2:2013) - [11] Статистические методы. Контрольные карты Шухарта.

Статья: Правила определения отсутствия управляемости по контрольным картам. Подробно...

 

Ошибка первого рода (зарегулированность) , смотрите Рисунок 3., проявляется в виде постоянного ручного или автоматического вмешательства в процесс, находящийся в статистически управляемом состоянии, путем его регулирования в соответствии с правилами: 2,3 и 4 эксперимента с воронкой, при достижении им аварийных границ (границ начала регулирования, предельных величин). По сути это реагирование на шум в данных, как на сигнал. Точки внутри пределов контрольной карты Шухарта однородны и не отличаются друг от друга, несмотря на видимое отличие в значении этих данных, если эти точки не выходят за контрольные границы или не образуют структуры, свидетельствующие о наличии особых причин вариаций. Правила определения таких структур в данных часто называют зональными критериями Western Electric.  Реактивное вмешательство в процесс, находящийся в статистически управляемом состоянии (не демонстрирующий признаков наличия особых причин вариабельности) путем его регулирования приводит к еще большей вариабельности (разбросу выходных данных вокруг среднего значения) если жизненное пространство процесса позволяет это или к распределению данных близким к равномерному в пределах границ автоматического реагирования если жизненное пространство процесса ограничено этими границами, что скрывает от наблюдателя естественную природу процесса, а значит возможности улучшения таких процессов значительно сокращаются.

 

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

 

Рис. 3. Ошибка первого рода - зарегулированность. Граница начала регулирования оператором или автоматикой расположена внутри контрольных пределов процесса

 

Ошибка второго рода, смотрите Рисунок 4., заключается в бездействии операторов (недостаточное управление протекающими процессами), когда процесс выходит из состояния статистической управляемости (становится непредсказуемым), но все еще не пересек предельные границы допусков установленные к нему аварийных границ (границ начала регулирования, предельных величин). Ошибкой второго рода будет любое рассуждения о потенциальных возможностях процесса находящегося в статистически неуправляемом состоянии.

 

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

 

Рис. 4. Ошибка второго рода - недостаточное управление (бездействие). Граница начала регулирования оператором или автоматикой расположена вне (выше или ниже) контрольных пределов процесса. Процесс вышел из-под контроля, но никто не реагирует на это.

 

Применение классического автоматического регулирования в АСУ ТП, ПИД-регуляторов, игнорирует знания о вариабельности любых технологических процессов, и не решает проблему ошибок 1-го и 2-го рода. Применение таких автоматических регуляторов или ручного регулирования процесса, может быть эффективным только для процессов, находящихся в статистически неуправляемом состоянии, смотрите Рисунок 4. Но скорее всего, из-за ошибки второго рода, заложенной проектировщиками автоматики АСУ ТП и отсутствия необходимых знаний у технологов, необходимое регулирование не будет применено до достижении этим процессом границ регулирования.

 

Незнание, как минимизировать риск совершения ошибок первого и второго рода, приводит к потерям, а иногда к серьезным последствиям.

 

Более приземленно об ошибке первого рода описано в статье "Концепция вариабельности и управление технологическими процессами". Авторы Нецветаев А. Г., Рубаник Ю. Т., Михальченко В. В.

 

Для оперативного диагностирования (анализа статистической управляемости, предсказуемости) процесса и принятия необходимых мер к нему, избегая ошибок первого и второго рода, могут быть использованы данные "голоса" любого технологического процесса, собираемые автоматизировано или вручную. Например, данные вибрации, расхода, уровня жидкости, давления, температуры, влажности, газового анализа, положения, скорости, силы, вязкости, плотности, радиоактивности, размера, освещенности, запыленности, акустические измерения, электрические измерения и др.

 

Задаче АСУ в оперативном диагностирование состояния технологического оборудования с применением контрольных карт Шухарта, посвящена глава [15] Учебно-методического пособия "ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ГИБКИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ" Томского политехнического университета.

 

Не игнорируйте природу вариабельности.

Интегрируйте в АСУ ТП и АСУиД интеллектуальные методы статистического управления процессами (Statistical Process Control, SPC).

 

 

Открытые решения

Технический нокаут конкурентов

 

Как статистическая оценка параметров качества продукции поставщика авто-компонентов в кратчайшие сроки привела его к значительному увеличению объема продаж и прибыли.

Нормирование производственных процессов

 

Статистическое управление процессами (SPC) против Нормирования производственных процессов и операций. Тест на уровень организационного развития.

Использование KPI в системе мотивации

 

Каждый представляет или пытается подать себя в выгодном свете для собственного выживания. Организация в целом проигрывает.

Премирование сотрудников

 

Премировать или депремировать сотрудников компании, за результат отчетного периода в пределах системы, все равно, что вознаграждать за выигрыш в лотерею или наказывать за проигрыш

Повышение производительности и качества в результате прекращения бесконечного вмешательства оператора

 

Видели бы вы на что была похожа работа людей. Оператор носился между отбором образцов листа с каждой полосы для измерений и пультом управления

АСУ ТП. Ошибки первого и второго рода

 

Контрольные карты шухарта позволяют получить индивидуальную сигнатуру сбоев и отследить проблемы с процессами и оборудованием на ранней стадии до того, как будет достигнута граница аварийного состояния.

Построение контрольных карт по неадекватным единицам измерения ведет к ошибочным выводам

 

Все записи велись в корпоративной информационной системе (КИС) с переносом полученных измерений с дисплея высокоточного дорогого измерительного оборудования. И все бы ничего, но результаты испытаний никто в компании не анализировал.

Анализ количества исходящих контактов отдела продаж

 

Самое важное применение принципов статистического контроля качества, под которыми я подразумеваю знания об общих и особых причинах вариаций, в управлении человеческими ресурсами.

Бесполезные ERP-системы или новое по для старой компании

 

Никакая ERP-система не решает фундаментальные проблемы компании

Управления на основе страха

 

Люди на производстве будут заняты поиском способов сокрытия проблем любой ценой.

KPI в управлении качеством

 

Одна российская госкорпорация на своем корпоративном сайте сообщила о конкретных численных целях в области качества. Но если можно добиться цели без метода, то почему они не сделали это в прошлом году?

Качество или количество?

 

«На вашей фабрике применяется система сдельной оплаты. Не существует лучшей гарантии некачественной работы».  Э. Деминг

Сравнение среднемесячных значений с нормативами для индивидуальных измерений - невежество

 

В этом случае среднемесячное индивидуальных измерений, подобно средней температуре по больнице 36,6 °C, где все лежат при смерти.

Достаточно ли анализа гистограмм распределения? Начинайте с построения контрольных карт Шухарта

 

Анализ гистограмм распределения, расчет индексов воспроизводимости Cp и Cpk без понимания статистического состояния процесса - невежество!

Проблемы применения таблиц выборочного приёмочного контроля качества

 

Применение стандартов выборочного контроля по количественному и альтернативному признаку не дают представления о контролируемой партии и вводят в заблуждение поставщиков и потребителей.

Деньги есть, знаний не надо - обычная практика доминирующего стиля менеджмента

 

Надо заметить, что такого бросающегося в глаза порядка, я не видел ни на одном предприятии. Как оказалось позже, это единственное, что можно было сделать имея финансовые возможности.

Субоптимизация на цифровой модели - иллюзия улучшений

 

Проектируя в CAD полагаетесь на испытания цифровой модели построенной в номинале? Тогда ждите проблем со сборкой узлов и поведением готового изделия в реальных условиях.

Соответствующая спецификации продукция действительно соответствующая?

 

Проблемы возникающие при разделении продукции на соответствующую и несоответствующую спецификации.

Следует ли сортировать продукцию относительно полей допуска на дефектную и бездефектную или пытаться настраивать процесс?

 

DEMING.PRO   |   Санкт-Петербург   |   Тел.: +7 (911) 711-93-27, E-mail: s.grigoryev@deming.pro

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.