CC BY
15
The necessity of enhancing innovative activity to improve the competitiveness of mechanical engineering enterprises is shown. It is proposed to use expertise to improve the efficiency and quality of corporate solutions in mechanical engineering in modern conditions. The drawbacks are noted that prevent the introduction of expert activities, such as insufficient standardization, legal and ontological restrictions, the subjectivity of the concept of expertise in research and technical aspects.
Key words: expertise, expert activity, efficiency, decision-making.
Gorbunov Dmitriy Viktorovich, candidate of economic sciences, director, dmitriev57@ rambler.ru, Russia, Samara, Samara University,
Dmitriev Aleksandr Yakovlevich, candidate of technical sciences, docent, dmitriev57@rambler.ru, Russia, Samara, Samara University,
Mitroshkina Tatyana Anatolyevna, senior lecturer, researcher, t.mitroshkina@gmail.com, Russia, Samara, Samara University
УДК 005.6 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-543-548
ИНЖИНИРИНГ КАЧЕСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Т.С. Филиппова, А.Я. Дмитриев, Р.С. Загидуллин
Инжиниринг качества - это деятельность, основанная на применении научных знаний и технических принципов, целью которой является проектирование, производство и эксплуатация уникального по своим свойствам и соответствующего предъявляемым к нему требованиям объекта. Данная статья посвящена инжинирингу качества сельскохозяйственного беспилотного летательного аппарата на основе методов QFD и FMEA.
Ключевые слова: инжиниринг качества, беспилотный летательный аппарат, проектирование, QFD, FMEA, дом качества, управление рисками, управление качеством, показатели качества.
Инжиниринг качества представляет собой процесс создания нового, уникального по своим свойствам и соответствующего предъявляемым к нему требованиям объекта. Чёткое понимание того, для каких целей создаётся изделие, позволяет разработчикам определить наиболее приоритетные характеристики и работать именно над их улучшением, пренебрегая показателями малозначащих характеристик.
Эффективными инструментами инжиниринга качества являются развёртывание функции качества (QFD) и анализ видов и последствий потенциальных несоответствий (FMEA). QFD позволяет выявить корреляцию между требованиями потребителя, характеристиками изделия, особенностями его конструкции и проектирования, а FMEA - снизить влияние неопределённости на достижение целей [1,2]. В данной статье для проведения инжиниринга качества используется комбинированный метод.
В качестве объекта исследования рассматривается сельскохозяйственный беспилотный летательный аппарат (БПЛА). Беспилотные летательные аппараты обладают рядом преимуществ перед пилотируемыми: отсутствие экипажа не только сокращает затраты на эксплуатацию, но и позволяет разработчикам модернизировать конструкцию, задавая более высокие значения перегрузок. Одной из отраслей, наиболее активно использующих беспилотную технику, является сельское хозяйство. БПЛА применяются для мониторинга сельскохозяйственных угодий, а также для орошения полей с воздуха. Такой способ обработки эффективен и наиболее безопасен для урожая.
543
Комбинированный метод QFD и FMEA. В основе метода QFD лежит преобразование голоса потребителя в технические характеристики продукта и рабочие инструкции. Использование данного метода на этапе проектирования продукции позволяет оптимизировать ресурсы, а также сократить затраты и сроки производства. Основным инструментом QFD является Дом качества. FMEA является эффективным средством для обнаружения потенциально уязвимых мест в проектируемой конструкции или процессе. В основе FMEA лежит определение приоритетного числа риска (ПЧР). Подробное описание методологии проведения QFD и FMEA дано в [3].
Комбинированный метод был предложен А.Я. Дмитриевым и В.Н. Родионовым [4, 5]. Он заключается в интегрировании результатов FMEA в QFD. С помощью QFD первого уровня требования потребителя развёртываются в технические характеристики изделия, после чего определяется их приоритет. При проведении FMEA невыполнение требования потребителя рассматривается как потенциальное несоответствие. Возникновение такого рода несоответствий тесно связано с техническими характеристиками изделия. Результатом FMEA является определение ПЧР в отношении каждой характеристики. Если характеристика в FMEA фигурирует несколько раз, то соответствующие значения ПЧР суммируются и в дальнейших расчётах используется эта сумма в качестве оценки риска. Также вычисляется относительное значение ПЧР (как процент от суммарного ПЧР всех характеристик), которое участвует в дальнейших расчётах. Для определения приоритета обобщённой характеристики относительный приоритет, полученный по результатам QFD первого уровня, умножается на относительное значение ПЧР соответствующей характеристики.
1. Определение требований потребителей. В качестве целевой группы потребителей в рамках данного исследования были выбраны небольшие фермерские хозяйства, которые будут использовать БПЛА для мониторинга территории, контроля угроз и точечного орошения. Для определения требований, предъявляемых к сельскохозяйственному БПЛА, был произведён анализ по методике «шести вопросов», в результате которого были выделены 7 основных требований [6]. Требования ранжировались с помощью матрицы попарных сравнений. Результаты ранжирования приведены в табл. 1 [7].
Таблица 1
Требования потребителя ___
Требования потребителя Охват территории Лёгкость в эксплуатации Независимость от погодных условий Возможность контролировать состояние урожая Возможность контролировать угрозы Возможность обрабатывать урожай Стоимость
Относительная важность 6 10 6 20 20 20 16
2. Структурная схема. Для проведения FMEA и QFD рекомендуется составить структурную схему проектируемого изделия. Наглядное отображение взаимосвязей компонентов изделия помогает систематизировать знания о нём, оптимизировать и облегчить дальнейший анализ. Структурная схема сельскохозяйственного БПЛА представлена ниже (рис.1).
На основании анализа структурной схемы были определены следующие обобщённые характеристики проектируемого сельскохозяйственного БПЛА: 1) вес; 2) габариты; 3) тип управления; 4) продолжительность и дальность полёта; 5) скорость; 6) диапазон рабочих температур; 7) диапазон рабочих высот; 8) устройство передачи данных; 9) программное обеспечение; 10) грузоподъёмность; 11) система наблюдения; 12) опрыскивающее устройство; 13) цена; 14) расходы.
Корпус
Система ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ
( ельск*охсзяАс1 венныЛ БИЛА
Снювая установка
Лангателн
: -г. 1:|Нк::
бак
Бортом* аппаратура управления
Наземная аппаратура управления
Радиоканал святи
Пометная нагрузка
Система начисления
Камера
Лазерный сканер
Структурная схема БПЛА
Тепловизор
3. Развёртывание функции качества. С помощью Дома качества был произведён анализ корреляции требований потребителя и технических характеристик БПЛА. Корреляция оценивалась специальной шкале [2], после чего умножалась на значимость соответствующего требования. Полученные зачения суммировались для каждой характеристики, в результате чего был найден абсолютный и относительный приоритет каждой характеристики. Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результат ОБР _ __
Обобщённые характеристики Вес Габариты Тип управления Продолжительность и дальность полёта Скорость Диапазон рабочих температур Диапазон рабочих высот Устройство передачи данных Программное обеспечение Грузоподъёмность Система наблюдения Опрыскивающее устройство Цена Расходы на эксплуатацию
Относительный приоритет 3 3 9 3 4 2 2 9 21 2 18 6 11 8
По результатам QFD первого уровня можно сделать вывод, что проектируемый аппарат должен обладать мощным программным обеспечением, которое позволит ему обрабатывать данные мониторинга и создавать на их основании удобные для восприятия 3D-модели, а также работать в автономном режиме и самостоятельно реагировать на обнаруженные угрозы. Система наблюдения должна удовлетворять все требования, связанные с мониторингом территории, а именно - контроль состояния урожая и контроль угроз.
4. Анализ видов и последствий потенциальных отказов. За основу для проведения FMEA были взяты требования потребителя, невыполнение (полное или частичное) которых рассматривалось как потенциальное несоответствие. Причины возникновения несоответствий связаны с обобщёнными характеристиками изделия. Так, например, к невыполнению требования «охват территории» может привести недостаточная продолжительность полёта, заложенная на этапе проектирования. Результаты представлены в табл. 3.
Наиболее значимыми с точки зрения риска являются несоответствия, связанные с диапазоном рабочих температур, устройством передачи данных и типом управления. Эти характеристики чрезвычайно важны, поскольку от них зависит качество вы-
полнения целевых функций и, как следствие, удовлетворённость потребителя, и в то же время меры предупреждения, которые можно применить к данным характеристикам недостаточно эффективны.
Таблица 3
ПЧР обобщённых характеристик _
Обобщённые характеристики Вес Габариты Тип управления Продолжительность и дальность полёта Скорость Диапазон рабочих температур Диапазон рабочих высот Устройство передачи данных Программное обеспечение Грузоподъёмность Система наблюдения Опрыскивающее устройство Цена Расходы на эксплуатацию
Отн. ПЧР 5 3 15 6 3 24 1 16 2 2 9 3 9 3
5. Интегрирование результатов QFD и FMEA. Относительная значимость каждой характеристики, определённая методом QFD, была умножена на относительное ПЧР, найденное методом FMEA. Результаты приведены в табл. 4.
Важность обобщённым характеристик с учётом
Таблица 4
риска
<и
з
и и
а
ю о ю О
о
<и
т
-а &
1-4
к
<и
Ч «
Л
а «
н
л н о о а о и О
о л £ £
х я V о
Й н а о
« ¡3
о ^
ет « ей
а
а
я
£
ч
<и а
а х
о «
н
о «
о &
о
<и «
и
<и
¡г
<и
а
и <и ю о <и о и
о &
-а
н о о и
а
ч
О
а о
со
а
1-4
и
<и Ч
и
<и н
о «
О
е
е
щ о в т
ва с « о
ск рт
ы с
р у
п
О
Отн. приоритет с учётом риска
20
19
22
2
1
2
1
7
0
6
1
2
3
В результате интегрирования QFD первого уровня и FMEA была определена относительная и абсолютная важность обобщённых характеристик проектируемого БПЛА с учётом риска. По результатам анализа наиболее значимой характеристикой является система наблюдения. Именно от качества данных, полученных с её помощью, зависит эффективность работы БПЛА. На втором месте находится тип управления, которым обусловлена лёгкость в эксплуатации и, как следствие, стоимость эксплуатации. Третье место занимает устройство передачи данных, от скорости и качества его работы также зависит выполнение целевых функций проектируемого БПЛА.
Заключение. В работе продемонстрирована возможность применения комбинированного метода QFD и FMEA для инжиниринга качества сельскохозяйственного БПЛА. QFD, проведённый на первом этапе анализа, показал, что наиболее приоритетными характеристиками являются программное обеспечение и система видеонаблюдения. FMEA показал, что наиболее значимыми с точки зрения риска являются диапазон рабочих температур, устройство передачи данных и тип управления.
Комбинированный метод QFD и FMEA позволяет оценить приоритет характеристик с учётом риска. Так, например, приоритет программного обеспечения снижается, поскольку несоответствия, связанные с этой характеристикой, легко предупредить. А вот приоритет системы видеонаблюдения возрастает, поскольку на качество её работы влияет большое количество неконтролируемых факторов, и разработчику следует работать над снижением их влияния на работоспособность системы. Система наблюдения, тип управления и устройство передачи данных являются приоритетными направлениями улучшения при проектировании сельскохозяйственного БПЛА.
Список литературы
1. Филиппова Т.С., Дмитриев А.Я. Инжиниринг качества беспилотного летательного аппарата на основе метода QFD // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 74-78.
2. Dmitriev A.Ya., Zagidullin R.S. and Mitroshkina T.A. Special aspects of quality assurance in the design, manufacture, testing of aerospace engineering products // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 714 (2020) 012006. D0I:10.1088/1757-899X/714/1/012006.
3. 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.
4. Родионов В.Н. Повышение эффективности управления качеством продукции и технологических процессов на основе инновационных преобразований в кабельном производстве. Диссертация кандидата технических наук. Самара, 2011. 213 с.
5. Dmitriev A., Mitroshkina T. The ontological model and the hybrid expert system for products and processes quality identification involving the approach based on system analysis and quality function deployment // ITM Web of Conferences. 2016. Т. 6. С. 02005.
6. Mazur G. Voice of customer analysis: modern system of front-end QFD tools, with case studies [Электронный ресурс] URL: http://www.mazur.net/works/ voice_ of customer.pdf (дата обращения: 12.03.2020).
7. Филиппова Т.С. Управление качеством на этапе проектирования сельскохозяйственного беспилотного летательного аппарата // Молодежь. Техника. Космос: труды двенадцатой общерос. молодежн. науч.-техн. конф. В 4 т. Т. 4. / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2020. С. 150-154.
Филиппова Татьяна Сергеевна, аспирант, t.s.philippova@,gmail.com, Россия, Самара, Самарский университет,
Дмитриев Александр Яковлевич, канд. техн. наук, доцент, dmitriev57@rambler.ru, Россия, Самара, Самарский университет,
Загидуллин Радмир Салимьянович, аспирант, zagidullin_radmir@,mail. ru, Россия, Самара, Самарский университет
QUALITY ENGINEERING OF AGRICULTURAL UNMANNED AIRCRAFT T.S. Filippova, A. Ya. Dmitriev, R.S. Zagidullin
Quality engineering is an activity based on the application of scientific knowledge and technical principles, the purpose of which is the design, production and operation of an object that is unique in its properties and meets the requirements for it. This article is devoted to the quality engineering of an agricultural unmanned aerial vehicle based on the QFD and FMEA methods.
Key words: quality engineering, unmanned aerial vehicle, design, QFD, FMEA, quality house, risk management, quality management, quality indicators.
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,
Zagidullin Radmir Salimyanovich, postgraduate, zagidullin_radmir@,mail. ru, Russia, Samara, Samara University
УДК 658.62.018.012 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-548-554
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ «МЕНЕДЖМЕНТ ПРОЦЕССОВ» В ЗАДАЧЕ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ЗРЕЛОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ
Л.А. Димитрова
Рассматриваются составляющие метода оценки уровня зрелости организации на примере предприятия станкостроения. Определены основные этапы проведения оценки на основе теории нечеткого моделирования. Рассмотрены содержательные аспекты этапов идентификации и формализации знаний предметной области. Приведен пример формирования шкалы базовой переменной. Произведена идентификация процессов, представлен пример дерева узлов модели сети процессов. Построены функции принадлежности рассматриваемой лингвистической переменной.
Ключевые слова: менеджмент процессов, процессная модель, уровень зрелости организации, самооценка, нечеткое моделирование.
Предприятия, выпускающие металлорежущие станки и приспособления, являются частью машиностроительного комплекса России. Они призваны обеспечивать работоспособное состояние машиностроительного комплекса и служат связующим звеном между потребителями и производителями (отечественными и зарубежными) внутри отрасли. Современные металлорежущие станки представляют собой мехатронные системы. Особенности их проектирования, изготовления и эксплуатации определенным образом влияют на структуру предприятия и организацию производства. В частности, можно выделить следующие аспекты:
возрастающее использование принципа «модульности» при проектировании «механики» станочных систем дает возможность широко использовать стандартные серийные узлы и в некоторой степени стабилизировать стоимость изготовления станков.
динамичное развитие электроники. Как следствие, растет скорость обработки и объем обрабатываемой информации.
непрерывное совершенствование программного обеспечения. Четко прослеживаются тенденции в повышении уровня интеллектуализации мехатронных систем [1].
Систематическое улучшение результатов деятельности предприятия является важнейшим условием успеха организации, в том числе и предприятия станкостроения. В настоящее время, с целью реализации данной цели, становится все более актуальным внедрение систем менеджмента качества (СМК) на малых и средних предприятиях [2, 3]. Эти системы служат основанием для достижения устойчивого успеха организации.
548
