CC BY
47
2. Мунипов М.В. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды: учебник для вузов. М.: Логос, 2001. 356 с.
3. Киров А.П. Автозаправочные станции: Практическое пособие 1-е изд.. М.: Издательство «Учет», 2010. 464 с.
4. Коршак А. А. Нефтебазы и автоматические заправочные станции. Учебник для вузов. М.: Феникс, 2001. 496 с.
5. Болтрукевич. Общая эффективность оборудования. М.: Институт общих стратегических исследований, 2007. 120 с.
6. Гличев А.В. Коренное повышение качества продукции - важный фактор ускорения. Учебное пособие для рабочих и специалистов. / А.В. Гличев, В.И. Сиськов, Ф.А. Амирджанянц и др. М.: Экономика, 1988. 336 с.
Ушакова Ирина Владимировна, канд. техн. наук, доцент, nastia. taldyckina@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Талдыкина Анастасия Алексеевна, магистрант, nastia.taldyckina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PROBLEM OF DESIGN AND Q UALITY CONTROL OF EQ UIPMENT DESIGNING A FILLING STA TION
I. V. Ushakova, A.A. Taldykina
The main indicators of ensuring high quality engineering products, which are the basic concepts in design, are considered. As well as the direct relationship between the quality control of engineering products and design, as a result of which design ensures the success of production and increases user comfort on the example of designing an automatic self-service gas station.
Key words: quality control, product quality improvement, design, engineering.
Ushakova Irina Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, nastia. taldyckina@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Taldykina Anastasia Alekseevna, undergraduate, nastia.taldyckina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 005.6
ИНЖИНИРИНГ КАЧЕСТВА БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ
МЕТОДА QFD
Т.С. Филиппова, А.Я. Дмитриев
Данная статья посвящена управлению качеством сложного наукоёмкого изделия на этапе проектирования. В качестве объекта исследования рассматривается многоцелевой высотный беспилотный летательный аппарат с большой продолжительностью полёта. Управление качеством предполагается осуществлять посредством развёртывания функции качества (QFD).
Ключевые слова: QFD, дом качества, беспилотный летательный аппарат, управление качеством, проектирование, показатели качества, инжиниринг
Проектирование летательного аппарата, как и любой другой технической системы, относится к одному из наиболее сложных видов инженерного творчества. Производителям бывает сложно удовлетворить, а тем более предвосхитить многокритериальные и противоречивые требования потребителя, создав по-настоящему конкурентоспособный продукт. Эффективным средством для решения этой непростой задачи могут стать методы инжиниринга качества.
QFD или развёртывание функции качества является одним из наиболее эффективных инструментов инжиниринга качества, поскольку позволяет выявить корреляцию между требованиями потребителя, характеристиками изделия, особенностями его конструкции и проектирования. Использование данного метода на этапе проектирования продукции позволяет сократить затраты на её производство, оптимизировать ресурсы, а также сократить сроки производства. При правильном применении, QFD позволяет компании добиться высокой конкурентоспособности. QFD следует применять начиная со стадии концептуального проектирования. Значимость решений, принятых на этом этапе, может составить до 70% успешности проекта при минимальных затратах [1, 2].
Беспилотные летательные аппараты являются перспективным направлением авиастроения. Благодаря современным технологиям они способны выполнять функции, которые прежде были доступны только пилотируемым летательным аппаратам.
Проектирование беспилотных летательных аппаратов во многом схоже с проектированием пилотируемых летательных аппаратов, однако отсутствие экипажа даёт разработчику дополнительные возможности. В беспилотных летательных аппаратах отсутствуют кабина и все находящиеся в ней элементы управления, система жизнеобеспечения и катапультное устройство, а при расчёте характеристик летательного аппарата допустимы более высокие значения перегрузок [3]. На рис. 1 представлена структурная схема беспилотного летательного аппарата.
Рис. 1. Структурная схема БПЛА
За основу для проектирования качества БПЛА в данной работе были приняты характеристики американского многоцелевого БПЛА "Global Hawk" в модификации "RQ-4 Global Hawk" Block 40 [4]. Этот летательный аппарат относится к классу высотных БПЛА с большой продолжительностью полёта. Он способен перевозить более 680 кг полезной нагрузки на расстояние до 19,8 км. По конфигурации "Global Hawk" относится к низкопланам. Он оснащён одним двигателем. Выполнение миссии начинается, когда самолёт получает команду выйти на взлётную полосу, и завершается, когда он осуществляет посадку по заранее заложенной программе. Обычно "Global Hawk" работает в полностью автономном режиме.
Типичный цикл полёта включает в себя быстрый набор высоты приблизительно до высоты 15 км, последующее восхождение с более низкой постоянной скоростью, поскольку топливо расходуется, пока самолёт не набрал свою максимальную рабочую высоту 20 км, и непосредственно полёт на максимальной высоте, завершающийся возвращением на базу и посадкой [5].
Инжиниринг, согласно определению, данному Американским советом инженеров по профессиональному развитию, - это творческое применение научных принципов для проектирования и разработки конструкций, механизмов, аппаратов или технологических процессов их изготовления, а также работ по их утилизации; для их конструирования или эксплуатации с полным пониманием замысла; для прогнозирования их поведения в конкретных условиях эксплуатации; а также всё, что касается целевой функции, экономичности эксплуатации и безопасности жизни и имущества [6].
Под инжинирингом качества понимается некая методология проектирования и создания продукции с использованием инженерных принципов, основанных на четких формализованных процедурах с целью совместной оптимизации качества продукции, издержек производства и пунктуальности организационно-управленческой деятельности [7]. Г. Тагути об инжиниринге качества пишет так: «это стратегическая технология, используемая для оценки эффективности и с учетом требований потребителя» [8]. Целью инжиниринга качества является удовлетворение или предвосхищение ожиданий и требований потребителя. Он включает в себя все виды деятельности, связанные с разработкой и производством продукции с целью улучшения качества продукции и производственных процессов при выявлении и сокращении различных затрат.
На основании сказанного выше можно заявить, что QFD является одним из мощнейших инструментов инжиниринга качества, так как позволяет комплексно оценивать и управлять качеством всех стадий жизненного цикла продукции - от проектирования самого изделия до проектирования технологических операций, сохраняя при этом ориентацию на потребителя. QFD позволяет спроектировать качество продукта до того, как он будет запущен в производство. В основе метода лежит преобразование голоса потребителя в технические характеристики продукта и рабочие инструкции.
Термин QFD является расшифровкой японских иероглифов: "hin shitsu" (Qualities), "ki no" (Function) и "ten kai" (Deployment). В переводе на русский получается "развёртывание функции качества". Наряду с этим термином в русскоязычной литературе также применяется вариант, предложенный Ю.П. Адлером - "структурирование функции качества" [9].
QFD был создан в конце 1960-х годов в Японии. В то время статистические методы контроля качества, привнесённые в эту страну после Второй мировой войны, активно использовались в японском производстве, однако большинство из них позволяло обнаружить проблемы только на этапе производ-
ства или контроля. Профессора Шигеру Мизуно и Йоджи Акао задались целью создать такой метод, который бы проектировал удовлетворённость потребителей до того, как продукт будет произведён. В 1983 Американское общество по контролю качества (АОКК) опубликовало работы Акао в журнале "Quality Progress", чуть позже Акао провёл семинар по QFD в Чикаго. Так началось знакомство Запада с японским методом контроля качества [10].
На сегодняшний день самой распространённой версией QFD является четырёхуровневая модель, известная в западной литературе как модель Клаузинга. Однако следует заметить, что число уровней развёртывания функции качества не ограничено. В данной работе будут рассмотрены только первые два уровня. Основным инструментом QFD является Дом качества, получивший это название за свою форму. Подробное описание методологии проведения QFD дано в [11].
Одним из самых сложных этапов процесса проведения QFD является сбор информации о требованиях потребителя, поскольку именно голос потребителя должен определять конечную конфигурацию проектируемого изделия. В качестве требований потребителя к БПЛА в данной работе использовались его эксплуатационные характеристики, а для их ранжирования была применена матрица попарных сравнений. Результаты ранжирования показаны во второй строке табл. 1.
Чтобы создать по-настоящему качественный продукт необходимо основываться не только на желаниях потребителя, но и на возможностях конкурентов. Средством, позволяющим оценить ситуацию на рынке, определить сильные и слабые стороны своего проекта является бенчмаркинг (от англ. benchmarking, bench — уровень, высота и mark — отметка) - сопоставительный анализ, проводящийся на основании эталонных показателей. В качестве конкурентов при проведении бенчмаркинга рассматривались израильский БПЛА «IAI Eitan» [12] и китайский БПЛА «Xianglong» [13]. На основании оценок, полученных в процессе бенчмаркинга определяется коэффициент улучшения (третья строка табл. 1).
Абсолютная значимость каждого требования находится как произведение соответствующих результата ранжирования требований и коэффициента улучшения. Итоговая - относительная - значимость вычисляется как процентная доля абсолютной значимости (четвёртая строка табл. 1).
Требований потребителя
Таблица 1
Требования потребителя Продолжительность полёта Дальность полёта Рабочая высота Полезная нагрузка Максимальная скорость Взлёт и посадка Угол обзора Диапазон рабочих температур Время на межполётную подготовку Стоимость
Значимость 19,00 19,00 16,50 9,67 17,50 5,92 22,00 14,33 4,33 11,83
Коэффициент улучшения 1,25 1,25 1,00 1,25 1,25 1,00 1,00 1,00 1,00 1,25
Итоговая значимость 14,91 14,91 10,36 7,59 13,73 3,72 13,81 8,99 2,72 9,28
Для построения QFD первого уровня требования потребителя были переведены в обобщённые характеристики летательного аппарата, после чего был проведён анализ их корреляции с требованиями потребителя. Результаты представлены в табл. 2.
Результаты QFD первого уровня
Таблица 2
и
е к
и и
к с т с
е и
ч р
и е
н х е т к а
Т р а
х
и
о
Ч
3 а
х
сз =
сз
х
м -
сз
Я
6Г сз
х
О X и и СТ Я
S
сз =
=
«
о а
н
№ a
« ! а :Н
Я g -в- ^
о
о £
И g =
н =
и © В и И о
S И -S °
?ю
о
S И
.а н
CJ
О
ва =
в-:=
О
н
о =
=
%
^
а
о о ва
о -
К
н
сз ва
S
ч =
о
н
«
о
X CJ
сз
а :=
3 =
.а
4 и
£
Я н и о я
СТ
о &
я
ч
а С
=
о н U
а
К
а
ва
я
п
и &
U
сз X н о сз
я
сз X н о »о сз
а
сз
я
Значимость 19,73 5
7,45
7,80 16,16 7,45 1,73 76
4,67
2,36
9,28
8,57 9,12
Технические характеристики БПЛА были развёрнуты в технические характеристики его компонентов, после чего также был проведён анализ корреляции. Результаты QFD второго уровня представлены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты QFD второго уровня
Характеристики компонентов Относительная толщина Угол стреловидности крыла Элероны Закрылки Хвостовое оперение Количество двигателей Тип двигателя Расположение Силовой установки Процентное содержание композиционных материалов Объём топливного бака
Значимость 12,10 4,06 11,31 8,29 11,56 11,79 12,63 6,10 15,81 6,34
В работе продемонстрирована возможность применения двухуровневого QFD-анализа в целях проектирования качества многоцелевого высотного БПЛА с большой продолжительностью полёта. QFD первого уровня показал, что вес БПЛА является наиболее приоритетным показателем качества. Снижение веса самолёта повысит степень удовлетворённости потребителя, поскольку эта характеристика тесно связана со многими требованиями. Кроме того, снижение веса косвенно способствует улучшению аэродинамических характеристик, что также положительно сказывается на качестве беспилотного летательного аппарата, в том числе на продолжительности и дальности его полёта.
В результате проведения QFD второго уровня было определено, что приоритетным направлением для улучшений характеристик компонентов самолёта является повышение процента композиционных материалов в его конструкциях. Применение композиционных материалов поможет не только снизить вес летательного аппарата, но и повысить прочность конструкции беспилотника.
Таким образом, использование QFD на этапе проектирования беспилотного летательного аппарата позволяет учесть самые разнообразные аспекты, влияющие на его качество, а также снизить затраты на выпуск опытной партии и затраты на разработку продукции.
Список литературы
1. Вашуков Ю.А. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композитных материалов. Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева: Самара, 2012. 185 с.
2. Bossert J. L. Quality function deployment: a practitioner's approach. ASQC Quality Press, 1991. -
127 с.
3. Каримов А.Х. Особенности проектирования беспилотных авиационных систем нового поколения // Труды МАИ: Электронный журнал. - 2011. - №47 [Электронный ресурс]. URL: http://www.mai.ru/upload/iblock/94b/osobennosti-proektirovaniya-bespilotnykh-aviatsionnykh-sistem-novogo-pokoleniya.pdf (дата обращения: 20.09.2019).
4. Northrop Grumman Corporation [Электронный ресурс] URL: http://www.northropgrumman.com/Capabilities/GlobalHawk/Documents/Datasheet GH Block 40.pdf (дата обращения: 20.09.2019).
5. J. Chris Naftel NASA Global Hawk: Project Overview and Future Plans [Электронный ресурс]. URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/ nasa/ casi.ntrs.nasa.gov/ 20110011985.pdf (дата обращения: 01.10.2019).
6. Ralph J. Smith Engineering // Encyclopedia Britannica [Электронный ресурс]. URL: https://www.britannica.com/technology/engineering (дата обращения: 20.09.2019).
7. Лисенков А.Н. Инжиниринговые подходы в современном менеджменте качества [Электронный ресурс]. URL: http://library.miit.ru/methodics/200217/17-81.pdf (дата обращения: 29.09.2019).
8. Genichi Taguchi, Subir Chowdhury, Yuin Wu Taguchi's Quality Engineering Handbook. Wiley, 2004. 1662 с.
9. Адлер Ю.П. Сколько ни развертывай, а структурировать все равно придется // Методы менеджмента качества, 2002. №4. С. 11-13.
10. Mazur G. History of QFD // QFD Institute [Электронный ресурс]. URL: http://www.qfdi.org/what is qfd/history of qfd.html (дата обращения: 02.10.2019).
11. Дмитриев А.Я., Вашуков Ю.А., Митрошкина Т. А. Робастное проектирование и технологическая подготовка производства изделий авиационной техники. Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева: Самара, 2012. 54 с.
12. Heron TP (Eitan) MALE UAV [Электронный ресурс] URL: https://www. airforce-technolo gy. com/proj ects/heron-tp-eitan-male-uav/ (дата обращения: 28.09.2019).
13. Xianglong / Flying Dragon [Электронный ресурс] URL: https://www. globalsecuri-ty.org/military/world//china/xianglong.htm (дата обращения: 28.09.2019)
Филиппова Татьяна Сергеевна, аспирант, t.s.philippova@,gmail. com, Россия, Самара, Самарский университет,
Дмитриев Александр Яковлевич, канд. техн. наук, доцент, dmitriev5 7@rambler. ru, Россия, Самара, Самарский университет
QUALITYENGINEERING OF UNMANNED AERIAL VEHICLE ON THE BASE OF QFD
T.S. Filippova, A. Ya. Dmitriev
This paper is devoted to quality management of a high-tech product at the design stage. The object of study is a multipurpose high-altitude, long endurance unmanned aerial vehicle. Quality management is supposed to be implemented through quality function deployment (QFD).
Key words: QFD, unmanned aircraft, the house of quality, design, customer requirements.
Filippova Tatyana Sergeevna, postgraduate, t.s.philippova@,gmail. com, Russia, Samara, Samara University,
Dmitriev Alexander Yakovlevich, candidate of technical sciences, docent, dmitriev57@rambler.ru, Russia, Samara, Samara University
УДК 621.914.025.7
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ НА НАЛИЧИЕ ВИБРАЦИИ РЕЖУЩИХ ЗУБЬЕВ
А.В. Хоменко
В данной работе разработано описание процесса фрезерования торцовыми фрезами с зубьями разной жесткости, а так же какое оказывается влияние на силу резания изменение величины мгновенной толщины срезаемого слоя ввиду наличия вибраций режущих зубьев и их биения.
Ключевые слова: торцовое фрезерование, модель, виброперемещение, колебания, фреза.
В настоящее время для торцового фрезерования наиболее широко распространены торцовые фрезы, оснащенные сменными многогранными пластинами (СМП), изготовленные из твердого сплава (рис. 1). Фрезы с механическим креплением многогранных пластин отличаются способами их базирования, которые определяют эксплуатационные качества инструмента и его технологичность.
Рис.1. Торцевая фреза с механическим креплением сменных многогранных пластин
Вибрации торцовых фрез, сопровождающие процесс фрезерования, ухудшают шерохо -ватость обработанной поверхности и вызывают разрушение и износ их режущих кромок [1]. Процесс фрезерования может сопровождаться как вынужденными колебаниями, так и автоколебаниями. Возникновение автоколебаний чаще всего связано с регенеративным эффектом. При этом наиболее эффективными из известных методов устранения автоколебаний инструмента является следующие:
- уменьшение сил, вызывающих поперечные колебания фрезы, путем использования ступенчатых фрез;
- увеличение жесткости подсистемы инструмента.
