CC BY
31
УДК 658.562; 623.437.4
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ БАЗОВЫХ ШАССИ
Б.В. Костров, Н.А. Суменков
Предлагается математическая модель для оценки качества образцов автомобильных базовых шасси (АБШ). Рассмотрен комплекс основных показателей оценки качества, используемых для комплектования транспортных средств. Модель позволяет учесть влияние шасси на эффективность установленного на него оборудования, определить качество образца на протяжении всего жизненного цикла, в том числе оценить снижение качества на стадиях производства и эксплуатации.
Ключевые слова: математическое моделирование, показатели оценки качества, жизненный цикл изделия, снижение качества на стадии эксплуатации.
В соответствии с ГОСТ под качеством принято понимать степень удовлетворения АБШ требований устанавливаемого на него специального оборудования [1].
В настоящее время существует большое количество методов оценки качества автомобильной техники, в том числе и АБШ. Методологическая база в основном опирается на экспертные методы с аддитивной или мультипликативной формой свертки единичных показателей в интегральный критерий [2, 3]. Однако низкая достоверность этих методов, и как следствие, ограниченное количество учитываемых показателей и невозможность учета корреляционных связей между ними существенно ограничивают область использования методов экспертной квалиметрии [2]. Определенный прогресс был достигнут на основе вероятностно-статистических методов [4]. Существующие методы оценки качества, однако, имеют некоторые недостатки.
Как правило, существующие методы охватывают только стадии обоснования разработки образцов специальной автомобильной техники (САТ), при этом снижение качества на стадиях производства и эксплуатации практически не учитывается. Они имеют слабую ориентацию на оценку вклада шасси в эффективность подвижного комплекса САТ в целом.
Для нейтрализации указанных недостатков в основу предлагаемой модели оценки входят положения структуризации цели, учитывающей це-леполагание и окружающую среду. Эти положения базируются на определении системы Сататовского [5], в котором система представлена совокупностью не только элементов и связей между ними, но и параметрами окружающей среды и интервала жизненного цикла.
AT= /(A,R,Z,ATR,AT), (1)
где AT - образец АБШ; А - комплекс элементов, составляющий образец АБШ; R - множество связей между элементами образца АБШ; ATR- элементы окружающей среды, воздействующей на образец АБШ; Т - жизненный цикл образца АБШ.
На рис. 1 приведена схема реструктуризации цели определения качества образца АБШ в форме конуса.
Рис. 1. Схема реструктуризации цели образца АБШ в части
обеспечения качества
Верхушку конуса составляет главная цель, заключающаяся в обеспечении требуемого уровня качества.
На втором уровне эта цель конкретизируется в зависимости от оцениваемого объекта. Для важнейших образцов АБШ используются критерии превосходства - критерии пригодности.
На третьем уровне пространство инициирования целей составляет: система САТ (вышестоящая система), система разработки, производства и эксплуатации (подчиненная система), окружающая среда и собственно образцы АБШ.
На четвертом уровне качество рассматривается на основных стадиях жизненного цикла (разработка, производство, и эксплуатация).
Пятый и шестой уровни связаны со свойствами образцов АБШ, пятый уровень с комплексными свойствами, а шестой - с частными свойствами.
Исходя из проведенной реструктуризации цели на рис. 2 приведен комплекс основных показателей оценки качества образцов АБШ, используемых для комплектования САТ.
На первой ступени определение качества базируется на известном факте, заключающемся в том, что наиболее высокий уровень качества закладывается на этапе разработки образцов АБШ.
В последующем технологические ограничения обуславливают снижение уровня качества выпускаемой АБШ. На этапе эксплуатации несвоевременное выполнение комплекса мероприятий по техническому обслуживанию может привести к снижению уровня качества образца АБШ, закладываемых при производстве. Описанную взаимосвязь можно выразить в виде:
кач ~ кач )раз '(в кач ^)произ вкач )экс,
(2)
где К кач - критерий качества; (К кач)раз - критерий качества, достигнутый в процессе разработки; (вкач )произ - коэффициент сохранения качества в процессе производства; (вкач )экс - коэффициент сохранения качества в процессе эксплуатации.
При этом:
в ) _ (Ккач )произ (в ) _ (Ккач )экс _ Ккач (3)
\вкач)произ (К ) , \в кач) экс (К ) (К ) , (3)
Ккач)раз кач )произ кач )произ
где (Ккач)произ, (Ккач)экс - критерии качества, достигнутые соответственно в процессе производства и эксплуатации образцов АБШ.
Из анализа (2) и (3) следует, что при значительных величинах коэффициента сохранения качества критерий качества образца АБШ определяется на стадии эксплуатации.
В случае, если удается исключить снижение качества при производстве и эксплуатации образцов АБШ ((вкач)произ = 1, (вкач)экс= 1), то критерий качества в процессе эксплуатации равен критерию качества, заложенному при разработке.
Стадия эксплуатации включает три основных этапа: использование по назначению, хранение и транспортирование. Критерии качества на каждом из этих этапов целесообразно свернуть с использованием геометрического взвешивания:
К _(К )аисп (К )ахр (к )атр (4)
Ккач ~\Ккач >исп кач/хр \Кприс)тр ■>
где (Ккач)исп, (Ккач)хр - критерии качества, достигнутые соответственно в процессе использования по назначению и хранению; (Ккач)тр - критерий приспособленности образца АБШ к транспортированию; аисп, ахр, атр - коэффициенты весомости соответственно использования по назначению, хранению и транспортированию образца АБШ.
368
Критерий качества, достигнутый при разработке
Коэффициент снижения качества, при производстве
Коэффициент снижения качества, при эксплуатации
Критерий приспособленности к транспортированию
Критерий качества при использовании по назначению
Критерий качества в процессе хранения
Критерий качества в рабочем режиме
Критерий качества, в дежурном режиме
Критерий качества в стандартных условиях
Показатель при- Показатель при- Показатель при-
способ. к по- способ. к пере- способ. к вы-
грузке возке грузке
Критерий качества в станд. условиях
Коэффициент сохранения качества
Критерий качества, в станд. условиях
Коэффициент сохранения качества,
Коэффициент снижения качества в процессе хранения
Показатель подвижности
Показатель отбора мощности
Показатель совместимости с ВВТ и экипажем
Коэффициент готовности
Рис. 2. Комплекс основных показателей оценки качества АБШ
Коэффициенты весомости, использованные в (4), зависят от распределения времени между соответствующими подэтапами эксплуатации:
aисп = ~ , ахр = ~ , атр = ' , аисп + ахр + атр = 1 (5) ^экс Тэкс Тэкс
где хисп, t хр ттран - продолжительность подэтапов соответственно использования по назначению, хранения и транспортирования, час; т'экс - продолжительность этапа эксплуатации без учета времени нахождения образца АТ в техническом обслуживании и ремонте, час.
Критерий приспособленности к транспортированию разделяется на соответствующие показатели по видам транспорта:
(кприс }тр = (ктр Ж / д ' aж / д + (ктр )авиа ' аавиа + (ктр )вод ' авод, (6)
где (Ктр)ж/д, (Ктр)авиа, (Ктр)вод - критерии приспособленности к транспортированию соответственно железнодорожным, авиационным и водным транспортом; a ж/д, a авиа, a вод - коэффициенты весомости критериев приспособленности к транспортированию соответственно железнодорожным, авиационным и водным транспортом.
Критерий приспособленности к транспортированию учитывает три основных этапа (погрузку, перевозку и выгрузку):
(Ктр )j = (пприс )по2р ' (Пприс )перев ' (Пприс )вы2р > (7)
где (Ктр)1 - критерий приспособленности к транспортированию i-м видом транспорта; (Пприс)погр,(Пприс)перев'(Пприс)выгр - показатели присп°с°б-
ленности образца АТ соответственно к погрузке, выгрузке и перевозке в транспорте.
Критерий качества образца АБШ в процессе использования разделяется на две величины, соответствующие основным эксплуатационным режимам:
(К ) = (К )арр (К )адр (8) \К кач )исп исп ) рр \К исп )др v '
где (Кисп)рр, (Кисп)др - критерии качества при использовании соответственно в рабочем и дежурном режимах; aрр, a др - коэффициенты важности соответственно рабочего и дежурного режимов.
Коэффициенты, отражающие важность рабочего и дежурного режимов, связывать с распределением времени не корректно. Это обусловлено тем, что для АБШ наиболее продолжительным является дежурный режим. Он составляет 70-80 % времени использования. Однако важность рабочего режима не уступает важности дежурного режима. Для определения важности функционирования АБШ в дежурном и рабочем режимах рассмотрим их вклад в эффективность комплекса САТ. Воспользуемся методикой изложенной в [6], в соответствии с которой, комплекс САТ характеризуется четырьмя основными свойствами:
370
ударной мощностью; управляемостью; мобильностью; живучестью.
Каждое из этих свойств вносит соответствующий вклад в боевой потенциал комплекса:
(бп )вВТ = Пум ' аум + Пупр ' аупр + Пмоб ' амоб + Пжив ' ажив (9) где (БП)ВВТ - боевой потенциал комплекса, Пум, Пупр, Пмоб, Пжив - показатели соответственно ударной мощи, управляемости, мобильности и живучести; a a ara - коэффициенты весомости показателей
' a ум ,a упр ,a моб ,a жив ^^
соответственно ударной мощи, управляемости, мобильности и живучести.
АБШ непосредственно влияет на мобильность и живучесть комплексов САТ. При этом эффективность рабочего режима определяет мобильность комплекса САТ, а эффективность дежурного режима - его живучесть. Тогда коэффициенты важности этих режимов определяются исходя из коэффициентов весомости мобильности и живучести следующим образом:
a рр =-—-, a др =-^^-. (10)
a моб + a жив a моб + a жив
Для расчета критериев качества в рабочем и дежурном режимах использования воспользуемся перемножением максимальных величин показателей качества, получаемых в стандартных условиях эксплуатации, и коэффициентов, отражающих их снижение в реальных условиях использования:
(Кисп ) рр = [Крр )ст • Qрр, {Кисп )др = (кдр )ст ■ йдр , С11)
где (Крр)ст, (Кдр)ст - критерии качества при использовании соответственно в рабочем и дежурном режимах в стандартных условиях эксплуатации; Q№, Qdp - коэффициенты снижения критериев (Крр)ст, и (Кдр)ст в реальных условиях.
Критерий (Крр)ст должен отражать две основные функции АБШ: подвижность и боевую работы САТ "от ходового" двигателя. Кроме этого, он должен учитывать техническую готовность и совместимость с САТ и водительским составом:
(Крр )ст = Кг ' {Ппод ' aпод + (Пом )дв ' (aом )дв )■ (Псов )рр, (12)
где Кг - коэффициент готовности; Ппод, (Пом)дв - показатели, характеризующие соответственно подвижность и отбор мощности от "ходового" двигателя в движении; (Псов)рр - показатель, отражающий совместимость автомобиля с ВВТ и водителем в рабочем режиме; aпод, (aОм)дв - коэффициенты важности показателей Ппод и (Пом)дв.
371
Величины коэффициентов важности определяются в виде:
t под
aпод i ' a ом 1 - a подО3)
tnod + tOM
где tucn - продолжительность использования образца АБШ в рабочем режиме, ч; tпр0т - продолжительность воздействия противника, ч.
Для определения показателя совместимости Псов целесообразно воспользоваться геометрическим взвешиванием показателей, отражающих совместимость АБШ с САТ и эргономичность:
Псов = -\j(Псов ) ввт ' Пэрг (14)
где (Псов)ввт - показатель, отражающий совместимость образца АБШ с САТ; Пэрг - показатель эргономичности образца АБШ.
При этом совместимость образца АБШ с САТ обуславливается плавностью хода и электромагнитной совместимостью:
(Псов )ввт = Ппх ' апх + Пэ/магн ' аэ/магн , (15)
где Ппх, Пэ/магн - показатели, отражающие соответственно плавность хода и электромагнитную совместимость; апх,аэ/магн - коэффициенты важности показателей Ппх и Пэ/магн, установленные в процессе разработки.
Снижение качества образцов АБШ определяется воздействием природно-климатических факторов и противника на значения показателей, приведенных в правой части уравнения (12). При этом природно-климатические факторы обуславливают снижение, в основном, показателей подвижности и совместимости автомобиля с САТ и водителем. Кроме этого, в тяжелых дорожных условиях отмечается существенное снижение наработки на отказ (от 20 до 40%), что приводит к уменьшению коэффициента готовности.
Воздействие природно-климатических факторов и противника осуществляется одновременно. Поэтому, степень их влияния на снижение качества Qpp определяется сравнительной продолжительностью их воздействия:
^ (К РР )к ) + _ (1 _ ^ (КРР )прот -
(К ) пРот (К )
' рр /от ' РР Уст
где (УКрр)пк, (УКрр)прот - снижение критерия качества при использовании образца АБШ в рабочем режиме в результате воздействия соответственно природно-климатических факторов и противника; апк ,апрот - коэффициенты весомости воздействия соответственно природно-климатических факторов и противника.
t
t рр
a = Хрр ,апк = t—t—, (17)
Т+Т Т+Т
рр прот РР прот
где трр - продолжительность использования образца АБШ в рабочем режиме, час; tпрот - продолжительность воздействия противника, час.
QPP = «к (1 --ТТ^1) + «прот (1 _ \ТГРР :Рот ) , (16)
Дежурный режим предназначен для поддержания образца АБШ в высокой степени готовности в течение длительного времени. Тогда, критерий качества в дежурном режиме в стандартных условиях составляет:
Кдр = Пгот ■ (Псое) др, (18)
где Пгот - показатель готовности образца АБШ; (Псов)др - показатель, отражающий совместимость АБШ с САТ и водителем в дежурном режиме.
Из основных природно-климатических факторов в дежурном режиме на образец АБШ основное влияние оказывают отрицательные температуры окружающего воздуха. Коэффициент снижения критерия (Кдр)ст определяется следующим образом:
П — а (1 гот )-г + а (1 ^(Пгот )прот (10) Пдр - ' ( 1--К"-+ апрот ' ( 1--(К-)-' (19)
' др'ст ' рр ^ст
где (УПгот)-(, (УПгот)прот - снижение показателя готовности образца АБШ в результате воздействия отрицательных температур и противника; а-(, апрот
- коэффициенты весомости воздействия соответственно отрицательных температур воздуха и противника.
Т V
а-г --, апрот - 1 - (20)
Т - + Тдр
где ^др - продолжительность использования образца АБШ в дежурном режиме, час; Т_г - продолжительность воздействия на образец АБШ отрицательных температур воздуха, час.
Таким образом, предлагаемый метод оценки качества образцов АБШ позволяет учесть влияние шасси на боевую эффективность установленного на него САТ, а также охватить все основные стадии жизненного цикла (от обоснования разработки до эксплуатации). Пробная реализация основных элементов модели в пакете 8ейаЬ показала справедливость сделанных выводов
Список литературы
1. ГОСТ Р ИСО 9000-2001. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. Госстандарт России. М.: 2001.
2. Измерение качества продукции. Вопросы квалиметрии / Под ред. А.В. Глицевича. М., 1976.
3. Семенов С.С., Харчев В.Н., Иоффин А. И.. Оценка технического уровня образцов вооружения и военной техники. М.: Радио и связь, 2004. 552 с.
4. Шипилов В.В. Методы формирования основных направлений развития парка военной автомобильной техники. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Люберцы: 13 ГНИИ, 2005.
373
5. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. М.: Высш. шк., 2004. 616 с.
6. Комплексная методика определения боевых потенциалов образцов вооружения и военной техники, воинских формирований и группировок войск (сил) на стратегических (операционных) направлениях, в океанских (морских) зонах. 46 ЦНИИ, 2005 г.
7. Суменков Н.А. Стратегия развития автомобильных базовых шасси на основных стадиях жизненного цикла. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Бронницы.: 21 НИИ, 2011.
Костров Борис Васильевич, д-р техн. наук, проф., kostrov. b.v@evm.rsreu.ru, Россия, Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет,
Суменков Николай Александрович, д-р техн. наук, ssssnnn@yandex. ru, Россия, Рязань, АО "РПТП "Гранит"
MATHEMATICAL MODEL FOR QUALITY ASSESSMENT A UTOMOTIVE BASIC CHASSIS
B.V. Kostrov, N.A. Sumenkov
A mathematical model is proposed for assessing the quality of samples of automotive base chassis (ABS). The complex of key indicators of the quality assessment used for the acquisition of vehicles is considered. The model allows you to take into account the impact of the chassis on the efficiency of the equipment installed on it, determine the quality of the sample throughout the life cycle, including assessing the quality reduction in the stages of production and operation.
Key words: mathematical modeling, quality assessment indicators, product life cycle, quality reduction at the operation stage.
Kostrov Boris Vasilevich, doctor of technical science, professor, kostrov. b. v@evm. rsreu. ru, Russia, Ryazan, Ryazan State Radio Engineering University,
Sumenkov Nikolai Alexsandrovich, doctor of technical science, ssssnnna,yandex.ru, Russia, Ryazan, Joint stock company "Ryazan Production and Tehnological enterprise "Granit"
