Совершенствование методологии анализа и управления техническими рисками в производственных системах

Актуальность темы исследования. Текущее и перспективное развитие мировой экономики в последнее десятилетие неразрывно связано с процессами цифровизации различных отраслей промышленности и машиностроения (автомобилестроения) в частности. В рамках реализации Указов Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» и от 21.07.2020 г. № 474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года», в том числе с целью решения задачи по обеспечению ускоренного внедрения цифровых технологий в экономике и социальной сфере, Правительством Российской Федерации на базе программы «Цифровая экономика Российской Федерации» сформирована национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации». В состав программы входят следующие федеральные проекты: «Нормативное регулирование цифровой среды»; «Кадры для цифровой экономики»; «Информационная инфраструктура»; «Информационная безопасность»; «Цифровые технологии»; «Цифровое государственное управление». Бесспорно, что вопросы стандартизации и управления качеством, как ключевые элементы роста производительности труда и конкурентоспособности продукции должны являться первейшим предметом рассмотрения государственной программы по цифровизации. Сегодня, одним из наиболее значимых направлений развития инструментов управления качеством в машиностроении (автомобилестроении) становится комплекс анализа и управления техническими рисками, ярким и наиболее востребованным представителем которого является метод FMEA. При анализе текущего состояния и развития систем международной и национальной стандартизации и наиболее актуального межотраслевого комплексного инструментария управления техническими рисками просматриваются проблемы, существенно влияющие на развитие машиностроения, которые связаны со сложностью сложившейся системы и структуры стандартов и используемых в их рамках методологий. Определенная закрытость на корпоративном уровне лучших мировых практик по методам управления и способам организации систем менеджмента качества препятствует быстрому распространению передовых инструментов управления конкурентоспособностью, качеством и эффективностью. Часто в рамках применения одной и той же методологии, мы видим существенные и неоправданные отличия в рамках отраслевого применения. В стандартах и руководствах по применению методов управления рисками слабо проработаны структуры, модели и предметные области, а это затрудняет их быстрое понимание и применение. Кроме всего прочего, в стандартах используется слишком мало примеров применения методов, а сами стандарты в силу сложившейся специфики, зачастую мало информативны и не отражают весь спектр необходимых действий по этапам применения методов (нет сквозных примеров). Только недавно в стандартах стали появляться указания на возможное применение программного обеспечения (ПО) для поддержки соответствующих методов. Существуют объективные проблемы с получением актуальных знаний в области современных методов управления техническими рисками и других методов управления из-за недостаточных финансовых возможностей предприятий. Наблюдается недостаточная эффективность систем обучения и повышения квалификации на предприятиях, отсутствуют или очень слабые системы управления знаниями и данными, в том числе системы управления информацией о рисках и качестве, а также система учета затрат на качество и риски. Актуальность выделенных проблем предопределяет необходимость их комплексного решения в рамках цифровизации управления качеством в общем и цифровизации процесса управления техническими рисками в частности. В контексте грядущей четвертой промышленной революции (Industry 4.0) потребитель ожидает от производителей практически мгновенную реакцию на свои ожидания и потребности, а это означает быстрое создание инновационных продуктов, что невозможно без глубокой цифровизации всех процессов промышленного предприятия, причем не только производственных, но и управленческих. Управление техническими рисками это трудоемкий процесс, существующий на стыке разнотипных технологий, который может и должен быть значительно оптимизирован за счет модернизации действующих систем управления предприятием, в том числе за счет их цифровой трансформации. Это касается и систем управления знаниями и стандартизации на конкретных предприятиях и в отраслях промышленности. Степень разработанности. В диссертации исследованы и отражены широкий спектр стандартов и руководств в области различных систем менеджмента, особенно систем и методов управления рисками, а также труды ведущих отечественных и зарубежных ученых, посвященные вопросам менеджмента качества, стандартизации, квалиметрии, теории, методологии и инструментария управления рисками. Большой вклад в становление и развитие теории и практики управления качеством внесли Адлер Ю.П., Азаров В.Н., Азгальдов Г.Г., Аронов И.З., Барвинок В.А., Белобрагин В.Я., Бойцов Б.В., Бойцов В.В., Васильев В.А., Версан В.Г., Воронин Г.П., Гличев А.В., Дубовиков Б.А, Лапидус В.А., Окрепилов В.В., Чайка И.И. и другие отечественные ученые. Важнейшим методологическим, прикладным и отраслевым вопросам и проблемам качества и управления рисками посвящены труды Авдийского В.И., Амяльева А.А., Антипова Д.В., Айдарова Д.В., Бадаловой А.Г., Борзова В.И., Варнаков, В.В., Вашукова Ю.А., Годлевского В.Е., Дмитриева А.Я., Дудкиной Е.В., Ефимова В.В., Иваницкого В.С., Исаева С.В., Картвелишвили В.М., Касторской Л.В., Касьяненко, Т.Г., Качалова В.А., Клочкова Ю.С., Козловского В.Н., Кулешовой Е.В., Лифица И.М., Макаровой В.А., Мирошникова В.В., Митрошкиной Т.А., Николаевой Н.Г., Розенталя Р.М., Розно М.И., Самохвалова Д.А., Серенкова П. С., Фомичева А.Н., Щипанова В.В., Шрайнера Ю.С., Юнака Г.Л. и многих других российских ученых и специалистов. Идеология непрерывного улучшения деятельности организаций представлена в фундаментальных работах Г. Ватсона, Э. Голдратта, Э. Деминга, Дж. Джурана, П. Друкера, Н. Кано, Р. Каплана, Ф. Кросби, Г. Тагути, А. Фейгенбаума, Дж. Харрингтона, В. Шухарта и др. В диссертации широко использованы и отражены найденные по поисковым системам Web of Science и Scopus опубликованные результаты и разработки зарубежных исследователей в области управления техническими рисками в производственных системах (Abie H., Anes V., Ayyub B.M., Barton T., Chapman C., Chew D.H., Chhibber S., Damodaran A., Devadasan S.R., Hilson D., Huang G.Q., Ingley C., Johnson K., Kmenta S., Lee B.H. , Marhavilas P.K., Pate-Cornell E., Pate-Cornell E., Price C.J., Rhee S.J., Russomanno D.J., Sankar N.R., Teng Sh.H.G., Thakur M., Winkler R.L., Wu D.D. и др.). Особое внимание уделялось полнотекстовым публикациям, наиболее близким к заявленной тематике и отражающим результаты исследований различных методов и систем управления техническими рисками в автомобильной промышленности. Несмотря на широкий спектр решаемых задач, отечественные и зарубежные исследования в области управления рисками в технических системах отличаются, как правило, недостаточно глубокой проработкой и моделированием инструментов управления рисками, недостаточным уровнем информатизации в методологии и системах управлении знаниями и опытом, а также в области интеллектуализации анализа рисков. Для эффективного решения проблем качества на основе управления рисками в высокотехнологичных отраслях, таких как автомобилестроение, безусловно, требуется разработка и реализация необходимых инструментов и методов для системы управления техническими рисками (в том числе цифровых), устраняющих обозначенные проблемы концептуального, методического и методологического характера. Цель работы – развитие теории и практики анализа видов и последствий потенциальных несоответствий при проектировании технической продукции и процессов ее производства. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования: 1. Провести всесторонний анализ современных методов управления техническими рисками в производственных системах, проблем их применения, оценки и стандартизации. 2. Разработать комплексный методический подход, направленный на совершенствование методов оценки риска и основанный на анализе современных методов оценки риска и разработке новых моделей оценки отдельных параметров и величины риска с учетом всех необходимых ограничений. 3. Разработать комплексную модель процесса управления техническим рисками, направленную на повышение его эффективности, на основе совершенствования методологической составляющей и сквозной цифровизации. 4. Разработать методическую систему по внедрению и применению адаптированных моделей управления рисками на промышленных предприятиях. 5. Разработать комплексную систему оценки процедуры управления техническими рисками на основе модели и методики оценки степени выполнения процедуры, моделей и методов оценки ее результативности и эффективности, а также модели оценки эффективности работы межфункциональной команды экспертов. 6. Провести апробацию комплексной системы оценки процедуры управления техническими рисками на промышленных предприятиях. 7. Провести анализ современных подходов и инструментов цифровизации систем управления техническими рисками. Разработать модели сквозных инструментов цифровизации процедур анализа и управления техническими рисками, а также комплексный подход, направленный на совершенствование методической, аналитической и управленческой составляющих системы управления рисками с учетом их цифровой трансформации. 8. Разработать концепцию активной стандартизации и управления знаниями на промышленных предприятиях на основе их цифровизации для повышения общей эффективности систем менеджмента качества и управления рисками. Область исследования соответствует п.1 «Методы анализа, синтеза и оптимизации, математические и информационные модели состояния и динамики качества объектов», п.3 «Методы стандартизации и менеджмента (контроль, управление, обеспечение, повышение, планирование) качества объектов и услуг на различных стадиях жизненного цикла продукции», п.4 «Квалиметрические методы оценки качества объектов, стандартизации и процессов управления качеством» паспорта специальности 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции. Объект исследования: система управления техническими рисками в производственных системах, действующая на предприятиях массового высокотехнологичного автомобилестроения. Предмет исследования: методология и инструментарий управления техническими рисками. Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Предложен комплексный методический подход к оценке технических рисков, основанный на более глубоком учете интересов внешних потребителей, комплексного влияния на оценку проектируемых и действующих систем управления качеством в части мер по предупреждению и обнаружению, и гибких способах оценивания технических рисков, в частности разработаны модели и алгоритмы: • определения и учета приоритетной важности всех типов внешних потребителей и совокупного влияния нескольких последствий при оценке степени тяжести последствий риска; • определения и учета совокупного влияния: o нескольких мер по предупреждению при оценке вероятности возникновения риска; o нескольких мер по обнаружению при оценке вероятности обнаружения риска; • процедур оценивания риска – с помощью гибкой системы оценки приоритета действий в отношении риска и метода с использованием приоритетного числа риска совмещенного с таблицей приемлемости риска. 2. Предложена методическая система внедрения и применения на предприятии системы управления техническими рисками, основанная на глубокой проработке методологии, алгоритмов и моделей процесса управления техническими рисками на основе FMEA, в том числе разработаны и описаны: • онтологическая модель процедуры FMEA; • согласованные трёхуровневые функциональная и функционально-процессная модели процедуры FMEA, причем вторая разработана с учетом применения информационных технологий для поддержки процедуры на всех ее этапах; • подробные процедуры внедрения и организации работ по применению FMEA. 3. Разработана комплексная система оценки эффективности применения FMEA, в том числе модели и методики оценки степени внедрения и правильности применения, а также оценки результативности и эффективности процедур управления техническими рисками, которые основаны на ряде выявленных важных показателях, характеризующих отдельные элементы процесса управления рисками, математических моделях и методиках для их расчета. 4. Разработана и опробована математическая модель оценки эффективности работы межфункциональной команды экспертов, основанная на моделировании влияния на ее работу различных внешних и внутренних факторов. 5. Предложен комплексный набор мер по повышению эффективности процесса управления техническим рисками на предприятии, с учетом организационных, методических, технических подходов, в том числе связанный с применением информационных технологий в области анализа и поддержки принятия решений в отношении рисков. 6. Разработаны модели инструментов цифровизации анализа и управления рисками, основанные на использовании информационной системы поддержки всех этапов процесса управления рисками с интегрированными модулями интеллектуальной помощи, и позволяющие решать задачи управления как процессом в целом, так и его отдельными этапами, в том числе этапами планирования, анализа и оценки рисков, а также этапа оценки и анализа эффективности процесса управления техническими рисками. 7. Предложен новый методологический подход в области анализа и управления техническими рисками заключающийся в цифровизации процессов подготовки специалистов и сквозного методического и аналитического оснащения процесса управления рисками за счет формирования и использования баз знаний и цифровых систем интеллектуальной помощи, и позволяющий значительно облегчить предприятиям процессы разработки, внедрения и применения системы управления рисками, а также повысить их эффективность. 8. Предложены комплексные концептуальные и обобщающие идеи развития системы активной стандартизации и управления знаниями с учетом полученных результатов в области менеджмента качества и управления рисками, связанные с цифровизацией процесса стандартизации и управления знаниями на разных уровнях организации систем и открытием его для широких масс специалистов. Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость работы состоит в следующем: • результаты проведенного сквозного причинно-следственного анализа проблем применения на предприятии методологии управления рисками позволили сформировать сводную таблицу по всем этапам процесса управления рисками с указанием источников, факторов, причин и последствий данных проблем, которая позволила сфокусировать и определить действия по улучшению процесса управления рисками; • на основе анализа широкого спектра стандартов и руководств в области менеджмента рисков, по ряду предложенных параметров были выявлены значимые проблемы и обоснована необходимость модернизации системы и процесса стандартизации и управления знаниями с применением цифрового подхода на всех уровнях стандартизации; • предложены новые подходы в области оценки технических рисков, позволяющие учесть ряд важных факторов, влияющих на итоговую оценку степени риска и приоритетности действий по его управлению; • смоделированы и обоснованы два модернизированных способа оценивания риска – с помощью гибкой системы оценки приоритета действий в отношении риска и метода с использованием приоритетного числа риска совмещенного с таблицей приемлемости риска; • на основе обобщения идей стандартов, отраслевых руководств, литературы и собственного практического опыта в области FMEA более точно и понятно сформулированы принципы, цели, задачи, участники, фокус анализа в методе, более глубоко проработана методология, а также разработана развернутая структура процедуры его применения на предприятии; • на основе выявления и обобщения понятий, субъектов и объектов системы и процесса управления техническими рисками впервые разработана и визуализирована онтологическая модель процедуры FMEA; • на основе разработанных в диссертации развернутой структуры процедуры и онтологии созданы согласованные трёхуровневые функциональная и функционально-процессная модели процедуры FMEA, причем вторая разработана с учетом применения информационных технологий для поддержки процедуры на всех ее этапах; • на основе анализа проблем, связанных с оценкой результативности и эффективности процедуры управления рисками на примере метода FMEA разработан поэтапный перечень проблем применения процедуры FMEA на промышленных предприятиях, на основе которого разработана комплексная модель оценки степени применения процедуры FMEA, а также математические модели и методики оценки результативности и эффективности процедуры FMEA, в том числе математическая модель оценки эффективности работы межфункциональной команды экспертов; • на основе разработанной функционально-процессной модели процедуры FMEA с IT-поддержкой и анализа многообразного программного обеспечения для поддержки FMEA, имеющегося на рынке, разработана общая модель интеллектуально-информационной системы поддержки процедур управления рисками, сформулирован перечень обязательных функций для каждого ее элемента, • разработана информационная модель процесса анализа рисков, а также модели данных для DFMEA и PFMEA и модель данных, функций и алгоритмов интеллектуальной системы помощи для процедуры FMEA; • разработаны концепция и методология активной стандартизации и управления знаниями, основанная на цифровых технологиях, включающая модель стандартизации на основе «живых» знаний (Live Knowledge Standardization) и модель информационной системы для ее поддержки. Практическая значимость работы состоит в: • разработке и внедрении комплексных инструментов для эффективного применения системы управления техническим рисками на промышленных предприятиях; • создании на примере метода FMEA научно обоснованных рекомендаций по внедрению, применению, оценке и совершенствованию процедур управления техническими рисками на промышленных предприятиях; • разработке комплекса методических инструментов для обучения и консультирования по процедурам управления техническими рисками. Полученные в диссертационной работе результаты внедрены ПАО «КАМАЗ» в рамках комплексной программы по повышению удовлетворенности потребителей качеством продукции и услуг, проводимой департаментом качества ПАО «КАМАЗ» совместно с ФГБОУ ВО «СамГТУ». В рамках решения комплексных задач, направленных на повышение конкурентоспособности автомобильной продукции отечественного производства, диссертантом получены следующие результаты, прошедшие апробацию и внедренные в практику ПАО «КАМАЗ»: разработанные модели процедуры анализа рисков, причин и последствий потенциальных отказов автомобильной техники, позволяют подробно описать все необходимые функции участников процедуры, указать последовательность действий при реализации этих функций, а также отразить руководящие документы и ресурсы для выполнения функций, что явилось основой для разработки и реализации соответствующего комплекса нормативно-технической документации в ПАО «КАМАЗ»; предложенные модели организации и управления эффективностью и качеством деятельности межфункциональных групп, действующих в рамках проектов по улучшению качества продукции, прошли апробацию и внедрены в соответствующую производственную практику предприятия; предложенный научно-практический комплекс, направленный на повышение качества новых автомобилей в эксплуатации, через разработку и реализацию экспертно-программных инструментов обеспечивающих улучшение процесса анализа рисков, причин и последствий потенциальных отказов автомобильной техники, является фундаментом соответствующих преобразований в системе менеджмента качества ПАО «КАМАЗ». В результате внедрения результатов научной работы в практику ПАО «КАМАЗ» получен экономический эффект в размере 5 млн. руб. в ценах 2019 года. Результаты диссертационной работы получены при выполнении различных научно-исследовательских и консалтинговых проектов (более 40 проектов) на предприятиях-поставщиках российских и иностранных автопроизводителей. Разработанные автором научно-прикладные решения применяются в деятельности ЗАО «ТЗА», ОА «Полад», ООО «Ар Си Эр», ООО «БИЗНЕС-КОНСАЛТ», ООО «Интра», что подтверждается документами о внедрении. Методология и методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы управления качеством и рисками, методология процессного и системного подходов, квалиметрический подход, методы статистического анализа данных, математическое моделирование, онтологическое, функциональное и процессное моделирование. Положения, выносимые на защиту: 1. Комплексный методический подход к оценке технических рисков, основанный на более глубоком учете интересов внешних потребителей, комплексного влияния на оценку проектируемых и действующих систем управления качеством производителей в части мер по предупреждению и обнаружению и гибких способов оценивания технических риска. 2. Методическая система внедрения и применения на предприятии системы управления техническими рисками, основанная на глубокой проработке методологии, алгоритмов и моделей процесса управления техническими рисками на основе FMEA. 3. Комплексная система оценки эффективности применения процедуры FMEA, основанная на моделях и методиках оценки степени внедрения и правильности применения, а также оценки результативности и эффективности процедур управления техническими рисками. 4. Математическая модель оценки эффективности работы межфункциональной команды экспертов. 5. Модели комплексных инструментов цифровизации анализа и управления рисками, основанные на использовании информационной системы поддержки всех этапов процесса управления рисками с интегрированными модулями интеллектуальной помощи. 6. Концепция и методология активной стандартизации и управления знаниями, основанная на цифровых технологиях, включающая модель стандартизации на основе «живых» знаний (Live Knowledge Standardization) и модель информационной системы для ее поддержки. Личный вклад автора. Все результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. Автором (или при его преобладающем участии) разработаны математические, онтологические, функциональные и процессные модели, методики, модели ИС, алгоритмы и схемы данных. Направления исследований диссертационной работы, формулировки проблем и постановки задач обсуждались с научным консультантом д.т.н., профессором В.Н. Козловским, что отражено в совместных публикациях, в которых основные результаты принадлежат диссертанту. Работа выполнена в рамках ведущей научной школы «Обеспечение конкурентоспособности, качества и эффективности продукции автомобилестроения» (основатель и руководитель ведущей научной школы д.т.н., профессор В.Н. Козловский). Автор глубоко признателен В.Н. Козловскому за постановку задачи и постоянное обсуждение получаемых результатов. Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается корректным применением математического и вероятностно-статистического аппарата, математическим, функциональным и процессным моделированием, опытом применения на промышленных предприятиях, а также широким обсуждением результатов диссертации на международных и отечественных конференциях, форумах и семинарах. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, форумах и семинарах: Международной конференции «Развитие через качество – теория и практика» (Тольятти, 2003-2005), Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» (Тольятти, 2003), Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005, 2008), Международной конференции «От менеджмента качества к качеству менеджмента и бизнеса» (Санкт-Петербург, 2006), Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Компьютерные технологии в машиностроении» (Тольятти, 2007), Всероссийской конференции «Автопром в России: стратегия развития сборочных заводов, конкурентоспособность российских компонентов» (Самара, 2007), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Наука – основа инновационного развития современного общества» (Тольятти, 2010-2011), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационная активность современных промышленных предприятий: междисциплинарные научные подходы, результаты исследований, опыт социальных преобразований» (Тольятти, 2013), Международной научно-практической конференции «Наука – промышленности и сервису» (Тольятти, 2013-2021), Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Инновационная активность современных промышленных предприятий: междисциплинарные научные подходы, результаты исследований, опыт социальных преобразований» (Тольятти, 2013), Международной научно-практической конференции «Синергетика природных, технических и социально-экономических систем» (Тольятти, 2015-2020), International Scientific and Practical Conference «World science» (2015), Всероссийской научной конференции «Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения» (Тольятти, 2017-2020), International scientific-practical conference «Quality Management and Reliability of Technical Systems» (Санкт-Петербург, 2019), International Scientific Conference «Far East Con» (Владивосток, 2019). Диссертационное исследование выполнено в рамках работы по гранту Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ (HIII-2515.2020.8). Публикации. Основные результаты диссертации представлены в 80 научных трудах, из них 2 монографии; 38 статей, опубликованная в рецензируемых периодических изданиях, рекомендованных ВАК; 8 статей в научных изданиях, индексируемых базами WoS/Scopus. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и тридцати приложений. Общий объем диссертации 728 страницы, включая 146 рисунков, 138 таблиц, список литературы из 268 наименований. В приложении к диссертационной работе приведены таблицы с различными результатами анализа, обзоры, примеры, образцы и разработанные элементы системы управления рисками, а также документы подтверждающие практическую значимость диссертационной работы.