CC BY
47
УДК 678-465
Вестник СибГАУ Т. 16, № 4. С. 946-951
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ КАЧЕСТВА РЕФЛЕКТОРА
О. А. Куприянова*, А. Ю. Власов, К. А. Пасечник, А. М. Арзамаскина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: kupriyanoval [email protected]
Предлагается методика оценки качества рефлектора антенны для космических систем связи. Условием для применения методики является нахождение значений среднеквадратического отклонения геометрии поверхности рефлектора и коэффициента радиоотражения в заданных допусках. После выполнения указанного условия проводится контроль остальных параметров рефлектора согласно приведенной номенклатуре показателей качества. Номенклатура составлена на основании требований нормативной и технической документации на изделие и включает основные характеристики, влияющие на работоспособность устройства.
Методика заключается в расчете комплексного показателя качества изделия. Комплексный показатель качества определяется с помощью дифференциального метода, заключающегося в сопоставлении фактического и базового (эталонного) значений параметров рефлектора согласно предложенной номенклатуре. В расчетах используются фактические значения показателей, собранные в результате контроля и испытаний изделия. Итоговая формула комплексного показателя качества позволяет получить значение уровня качества изделия для объективной оценки результата технологического процесса.
Для сравнительной оценки комплексного показателя качества между изделиями одной партии предлагается шкала категорий оценок, основанная на принципе ABC-анализа и правиле Парето и состоящая из трех категорий.
Данный показатель является количественной оценкой качества рефлектора и может использоваться в дальнейшем для анализа и управления технологическим процессом изготовления изделий.
В дополнение к методике приведен пример расчетов и оценки уровня качества для рефлектора Ku-частот-ного диапазона для космических систем связи из полимерного композиционного материала. Применение разработанной методики является важным условием обеспечения гарантированной оценки уровня качества рефлектора, совершенствования технологии и предотвращения появления бракованных изделий.
Ключевые слова: контроль, управление качеством, рефлектор, методика оценки.
Vestnik SibGAU Vol. 16, No. 4, P. 946-951
DETERMINATION OF THE COMPLEX INDEX FOR REFLECTOR QUALITY LEVEL ASSESSMENT
O. A. Kupriyanova*, A. Yu. Vlasov, K. A. Pasechnik, A. M. Arzamaskina
Reshetnev Siberian State Aerospace University
31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper proposes an antenna reflector's quality assurance method for space communication systems. It requires meeting a specified condition for the method's application, which includes matching the tolerance by the standard deviation of reflector surface geometry and reflection coefficient values. After meeting the condition control of other reflector parameters from listed quality indices nomenclature can be permitted. The nomenclature is based on requirements of standard and technical product documentation and including device working ability's base characteristics.
The method consists of complex quality index calculation. Complex quality index can be calculated by using differential method, comprising in a comparison between real and standard (ideal) values of reflector parameters from the listed nomenclature. The actual data for the calculation are collected during quality control and testing. The summary formula of the complex quality index is introduced for the purposes of determining the product quality level value for impersonal technological process evaluation.
For comparative assessment of complex quality index within a single production lot, this paper proposes rating scale categories based on ABC analysis and Pareto principles and includes three categories.
This index is a quantitative estimate of reflector quality and can be used for further analysis purposes and managing ofproduction manufacture's technological process.
In addition to the method implementation example of the calculation algorithm for space receiver system reflector from polymer composite material of Ku-frequency is demonstrated. The developed method application is a crucial precondition for quality assessment level of reflector, technology improvement and for defective products prevention.
Keywords: control, quality management, reflector, assessment method.
Введение. В настоящей работе продолжена серия исследований по моделированию, параметризации и контролю рефлекторов антенн [1-4]. На данном этапе целью является разработка системы показателей и оценка готового изделия на соответствие установленным требованиям.
Согласно стандарту ГОСТ 15467 уровень качества продукции - это «относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении значений показателей качества оцениваемой продукции с базовыми значениями соответствующих показателей». Его оценка позволяет относительным методом установить степень совершенства достигнутого результата по отношению к эталонному образцу изделия. Определение уровня качества осуществляется на основе собранной в результате контроля информации по утвержденной номенклатуре показателей, целью данного процесса является получение максимально объективной оценки качества изделия.
В рамках данной работы проведено составление номенклатуры показателей рефлекторов антенн и предоставление методики определения уровня качества изделия посредством расчета комплексного
показателя качества (КПК) [5], не зависящей от типа материала, геометрических параметров, исполнения рефлектора и т. д.
Определяющий показатель качества. Определяющий показатель качества согласно ГОСТ 15467 -это «показатель качества продукции, по которому принимают решение оценивать ее качество». В отношении рефлекторов определяющими показателями [6-11] являются среднеквадратическое отклонение геометрии рабочей поверхности и коэффициент радиоотражения, поскольку это основные функциональные показатели изделия. Оценив данные параметры и установив их соответствие нормативным, можно приступать к определению КПК.
Методика оценки уровня качества. Для оценки технического уровня качества рефлектора [12-16] требуется установить номенклатуру единичных показателей качества изделия на основании требований, собранных из нормативной и технической документации на изделие. Полученный перечень показателей структурирован в соответствии с классификацией показателей и приведен в форме дерева показателей качества продукции в табл. 1.
Таблица 1
Дерево показателей качества рефлектора
0 уровень 1 уровень 2 уровень 3 уровень
1.1. Масса
1.2. Шероховатость поверхности
1. Функцио- 1.3. Плотность
нальные 1.4. Пористость
1.5. Эффективная площадь рассеяния
1.6. Собственная частота колебаний
2.1.1. Повышенной температуры
2.1.2. Пониженной температуры
2.1.3. Повышенного избыточного давления
2.1.4. Пониженного давления
2.1. Устойчивость к внешним климатическим воздействиям (ВКВ) 2.1.5. Динамическое воздействие пыли/песка
2.1.6. Воздействие инея
Комплексный 2.1.7. Относительной влажности
показатель 2.1.8. Солнечной радиации
качества 2.1.9. Ветровой нагрузки
2.1.10. Атмосферных осадков
2. Надежности 2.2.1. Предел прочности при сдвиге
2.2.2. Предел прочности при сжатии
2.2.3. Предел прочности
при поперечном изгибе
2.2. Устойчивость к механическим 2.2.4. Модуль упругости
воздействиям (МВ) при поперечном изгибе
2.2.5. Модуль упругости
при растяжении Е
2.2.6. Предел прочности
при растяжении аЕ
2.3. Коэффициент линейного теплового
расширения (КЛТР)
Па нулевом уровне дерева находится КПК, т. е. обобщенная количественная оценка уровня качества изделия. Он формируется исходя из показателей первого уровня, которые, в свою очередь, включают в себя группы второго уровня и третьего соответственно.
Метод расчета комплексных показателей. Для последующих расчетов значений показателей, в соответствии с их определением, в большинстве случаев применим дифференциальный метод [17], основывающийся на сопоставлении фактического уровня и базового (эталонного), установленного в технической документации:
1. В случае, если задан диапазон допустимых значений Рт„ < Рг < Рщах, то значение показателя определяем по формуле
К = 1 -
(Р -РмГ
(0,5/ТР + Д)2
где Рср - середина диапазона допустимых значений; 1ТР - допуск на размер (Ртах - Рть); А - погрешность измерения параметра.
При соответствии Pi = Рср значению показателя присваивается 1.
2. В случае, если задано максимальное допустимое значение Рг < Ртах, но не указано минимальное, то расчет показателя осуществляется по формуле
К = 1 -
(Р - Р )2
У г тип /
(1ТР + Д)2
где Ртщ - минимально допустимое значение параметра, полученное в данном технологическом процессе. 3. В случае, если задано минимально допустимое , но не указано максимальное,
значение
Р, >
то расчет показателя проведем по формуле
К, = 1 -
(Р - Р )2
V тах г /
(1ТР + Д)2
показателей требованиям. Однако данная формула при большом количестве переменных снижает итоговое значение коэффициента, в связи с чем необходимо дополнить ее:
Ксв = П П К .
Данная формула применяется для расчета комплексных показателей второго и третьего уровня, а также итогового комплексного показателя:
КПК =
Ы П к • ^П К2.1 • 61П
К2.2 • К2.3).
где Ртах - максимально достижимое значение параметра, полученное в данном технологическом процессе.
Для расчета комплексного сводного (^св) показателя качества применим коэффициент качества В. А. Трапезникова [18]:
Ксв = Пк, 1=1
где п - количество показателей качества в группе; г -порядковый номер показателя качества.
Данная формула обладает свойством «вето», сводя в ноль КПК при несоответствии хотя бы одного из
Полученная формула отражает общий ход расчета уровня качества рефлектора, исходя из заданных показателей.
Таким образом, имея количественные значения показателей качества рефлектора, собранные в процессе контроля, возможно получение комплексной оценки уровня качества изделия и сопоставление его с эталонным. Эталонный КПК равен единице.
Управление качеством производства рефлекторов. Для сравнительной оценки итогового КПК предлагается принять диапазоны значений допускаемого уровня качества. За основу деления оценок на категории взят принцип АВС-анализа, который в приложении к данной ситуации интерпретируется следующим образом: наиболее качественные изделия из партии составляют 20 % (категория 1), промежуточная категория 2 содержит следующие 30 %, а категория 3 -остальные 50 % изделий.
Данный подход является разновидностью широко известного правила Парето 80/20 [19], повсеместно применяемого в статистическом анализе. Рассматривая в совокупности эти два подхода, основанных на теории о степенном распределении вероятностей, можно распределить категории оценок, как представлено в табл. 2.
Первая категория в данном ранжировании является целевой для системы управления качеством.
Пример расчета КПК рефлектора Ки-диапазона из полимерных композиционных материалов. Данные для расчетов приведены в табл. 3. Поминальные значения приняты из технического задания на изделие и нормативной документации. Относительный показатель рассчитан согласно приведенным выше формулам.
Диаграмма комплексных показателей качества групп показателей приведена на рисунке.
Таблица 2
Ранжирование оценок уровня качества
г=1
Категория Значение КПК Оценка уровня качества
1 > 0,8 Отлично
2 0,5 < КПК < 0,8 Удовлетворительно
3 < 0,5 Пеудовлетворительно
Таблица 3
Данные по результатам контроля для расчетов комплексного показателя качества
Показатель Номинальное значение Фактическое значение Относительный показатель
1.1. Масса, кг 0,140 ± 5 % 0,146 0,43
1.2. Шероховатость поверхности, Ra < 0,05 0,02 0,98
1.3. Плотность, г/см3 1,86 ± 0,05 1,88 0,84
1.4. Пористость, % < 3,5 2,1 0,82
1.5. Эффективная площадь рассеяния, м2 0,035-0,49 0,08 0,35
1.6. Собственная частота колебаний, Гц > 60 62 0,69
2.1.1. Повышенной температуры, °С > +140 +160 0,91
2.1.2. Пониженной температуры, °С Равно ниже -160 -173 0,87
2.1.3. Повышенного избыточного давления < 0,20 СКО 0,12 0,96
2.1.4. Пониженного давления < 0,14 СКО 0,07 0,95
2.1.5. Динамическое воздействие пыли/песка < 0,14 СКО 0,05 0,98
2.1.6. Воздействие инея < 0,14 СКО 0,09 0,89
2.1.7. Относительной влажности, % 98 ± 2 % 98 1
2.1.8. Солнечной радиации, Вт/м2 > 1120 1140 0,43
2.1.9. Ветровой нагрузки < 0,04 СКО 0,04 0,75
2.1.10. Атмосферных осадков < 0,04 СКО 0,02 0,97
2.2.1. Предел прочности при сдвиге, МПа 80-120 91,2 0,80
2.2.2. Предел прочности при сжатии, ГПа > 2 4,23 0,85
2.2.3. Предел прочности при поперечном изгибе, ГПа > 0,88 0,92 0,89
2.2.4. Модуль упругости при поперечном изгибе, ГПа 40-43 41,6 0,99
2.2.5. Модуль упругости при растяжении, ГПа 70,5-73 71,8 0,99
2.2.6. Предел прочности при растяжении, ГПа > 4 5,6 0,62
2.3. Коэффициент линейного теплового расширения, 1/К (1,5-1,65)-10 6 (1,5-1,65)-10 6 1
Сравнение групповых комплексных показателей
По результатам расчетов получен КПК уровня качества рефлектора, равный 0,82, что соответствует 1 категории и уровню качества «отлично».
Сравнительный анализ эталонных КПК. Для сопоставления уровня качества идентичных эталонных изделий, отличающихся технологическим процессом изготовления, достаточно будет завысить требования к допускаемым нормативным значениям наиболее ответственных показателей. Ужесточение
допусков к ряду параметров понизит расчетное значение итогового КПК и позволит сравнить эталонные изделия.
Заключение. Полученная методика оценки уровня качества рефлектора позволяет рассчитать комплексный показатель качества изделия исходя из предложенной номенклатуры показателей, а также результатов контроля и испытаний, объективно оценить уровень качества изделия и способствует дальнейшему
повышению эффективности производства. Значение КПК требуется для сравнительной оценки соответствия изделия эталону и статистического анализа технологического процесса.
Предоставленный пример расчета КПК наглядно иллюстрирует методику и интерпретацию результатов.
Количественная оценка уровня качества согласно данной методике необходима для целей комплексного управления соответствием продукции и является основным этапом в рамках модели обеспечения качества на предприятии.
Благодарности. Работа поддержана Министерством образования и науки Российской Федерации, № 02.G25.31.0043.
Acknowledgements. This work was supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation, № 02.G25.31.0043.
Библиографические ссылки
1. Власов А. Ю., Пасечник К. А., Мартынов В. А. Определение диапазонов изменения ключевых параметров, обеспечивающих стабильность технологического процесса производства изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов методом RTM // Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56). С. 202-208.
2. Куприянова О. А., Сержантова М. В., Банщи-кова М. Н. Параметры контроля качества производства композитных рефлекторов антенн // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015. № 8. C. 324-330.
3. Лопатин А. В., Пасечник К. А., Власов А. Ю. Разработка прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов: конечно-элементное моделирование конструкции // Вестник СибГАУ. 2013. № 3 (49). C. 73-78.
4. Власов А. Ю., Филенкова Н. В., Кравчук Д. В. Разработка прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов: система адаптивного управления технологическим процессом // Вестник СибГАУ. 2013. № 3 (49). С. 166-168.
5. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. М., 1979. 22 с.
6. Гайдачук В. Е., Кондратьев А. В., Омельченко Е. В. Анализ технологических дефектов, возникающих в серийном производстве интегральных авиаконструкций из полимерных композиционных материалов // Авиационно-космическая техника и технология. 2010. № 3 (70). C. 11-20.
7. Мурашов В. В., Румянцев А. Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. В 2 ч. Ч. 1. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2007. № 4. 18 c.
8. Мурашов В. В., Румянцев А. Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. В 2 ч. Ч. 2. Методы выявления дефектов монолитных деталей и многослойных конструкций из
полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2007. № 5. 19 c.
9. Шершак П. В. Особенности обеспечения контроля специальных технологических процессов производства изделий из полимерных композиционных материалов // Метрологическое обеспечение испытаний и измерений в авиационно-космической промышленности : сб. докладов Всерос. науч.-техн. конф. (22-23 окт. 2013, г. Москва). 6 c.
10. Hartmann J., Habersack J., Steiner H. J. Analysis and Measurement of Reflector Antennas in the MM-Wave Frequency Range // INICA '07 2nd International ITG Conference Antennas, 2007. P. 41-44.
11. Коваленко В. А. Анализ механических дефектов и отклонений в соотношениях и свойствах полимерных композиционных материалов для авиакосмической техники // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. 2012. № 4. 57-64 c.
12. Гайдачук В. Е., Коваленко В. А. Уровни дефектов структуры в изделиях из полимерных композиционных материалов, возникающих в процессе их производства // Авиационно-космическая техника и технология. 2012. № 6. C. 5-12.
13. Коваленко В. А. Показатели качества этапов жизненного цикла конструкций ракетно-космической техники из полимерных композиционных материалов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2011. № 50. C. 128-140.
14. Коваленко В. А. Исследование технологических дефектов, возникающих в производстве агрегатов ракетно-космической техники из полимерных композиционных материалов. Сообщение 1. Допуски на отклонения толщины формируемого изделия от проектного значения // Авиационно-космическая техника и технология. 2012. № 3(90). C. 10-21.
15. Gorobets N. N., Kiyko, V. I., Gorobets V. N. Dependence of the lateral and cross-polarized radiation reflector antennas on their size and focal length // Antenna Theory and Techniques (ICATT), 2013 : IX Intern. Conf.
2013. P. 434-437.
16. ГОСТ Р 54072-2010. Изделия космической техники. Материалы композиционные полимерные. Номенклатура показателей. М., 2011. 11 с.
17. Радкевич Я. М., Радкевич Д. Я. Качество горной техники и технологических процессов ее изготовления. Оценка качества изготовления деталей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 1999. № 8. C. 144-145.
18. Микроэкономическая статистика / С. Д. Ильенкова [и др.]. М., 2004. 544 с.
19. Чернавский Д. С., Никитин А. П., Чернавс-кая О. Д. О возникновении распределения Парето в нелинейных динамических системах // Биофизика. 2008. № 2(53). C. 351-358.
References
1. Vlasov A. Yu., Pasechnik K. A., Martynov V. A. [Determination of the range of changes in key parameters, ensuring stability production process of complex shapes of polymer composites by method RTM]. Vestnik SibGAU.
2014, No. 4 (56), P. 202-208 (In Russ.).
2. Kupriyanova O. A., Serzhantova M. V., Ban-schikova M. N. [Quality Control Parameters of Manufacturing Composite Antenna Reflector]. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015, No. 8 (In Russ.). P. 324-330.
3. Lopatin A. V., Pasechnik K. A., Vlasov A. Yu., Shatov A. V. [Development of composite precision satellite reflector: Finite element construction modeling]. Vestnik SibGAU. 2013, No. 3(49), P. 73-78 (In Russ.).
4. Vlasov A. Yu., Filenkova N. V., Kravchuk D. E. [Development of the precision satellite reflectors of polymeric composite materials: Adaptive control system of manufacturing process]. Vestnik SibGAU. 2013, No. 3(49), P. 166-168 (In Russ.).
5. GOST 15467-79. Upravlenie kachestvom pro-duktsii. Osnovnye ponyatiya. Terminy i opredeleniya [Standard 15467-79. Product-quality control. Basic concepts. Terms and definitions]. Moscow, 1979. 22 p.
6. Gajdachuk V. E., Kovalenko V. A., Omelchenko E. V. [The analysis of the technological defects arising in a series production of integrated airframes made from polymeric composite materials]. Aviatsionno-kosmiches-kaya tekhnika i tekhnologiya. 2010, No 3(70), P. 11-20 (In Russ.).
7. Murashov V. V., Rumyantsev A. F. [Defects in solid parts and multilayered structures made of polymer composite materials and methods for their detection. Part 1. Defects in solid parts and multilayered structures made of polymeric composite materials]. Kontrol'. Diagnostika. 2007, No. 4, 18 p. (In Russ.).
8. Murashov V. V., Rumyantsev A. F. [Defects in solid parts and multilayered structures made of polymer composite materials and methods for their detection. Part 2. Methods for defects detection in solid parts and multilay-ered structures made of polymer composite materials]. Kontrol'. Diagnostika. 2007, No. 5, 19 p. (In Russ.).
9. Shershak P. V. [Features for ensuring control of special technological processes of polymeric composite materials products manufacturing] Sbornik dokladov Vse-rossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii "Metrolo-gicheskoe obespecheniya ispytaniy i izmereniy v aviat-sionno-kosmicheskoy promyshlennosti" [Metrological support of testing and measurements in aerospace industry]. Moscow, 2013, 6 P.
10. Hartmann J., Habersack J., Steiner H. J. Analysis and Measurement of Reflector Antennas in the MM-Wave Frequency Range. INICA '07 2nd International ITG Conference Antennas, 2007, P. 41-44. Doi: 10.1109/INICA.2007.4353928.
11. Kovalenko V. A. [Analysis of mechanical defects and variations in the proportions and properties of polymer composites]. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsiy letatel'nykh apparatov. 2012, No, 4, P. 5764 (In Russ.).
12. Gaydachuk V. E., Kovalenko V. A. [Levels of structural defects that arise during manufacturing products made of polymeric composite materials]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya. 2012, No. 6, P. 5-12 (In Russ.).
13. Kovalenko V. A. [Indicators of quality throughout the lifecycle of structures rocket and space technology polymer composite materials]. Otkrytye informatsionnye i komp'yuternye integrirovannye tekhnologii. 2011, No. 50, P. 128-140 (In Russ.).
14. Kovalenko V. A. [Researching of defects resulting in production aggregates of rocket and space technology made of polymeric composite materials. Report 1. Tolerance of molded products thickness from project value]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya. 2012, No 3(90), P. 10-21 (In Russ.).
15. Gorobets N. N., Kiyko, V. I., Gorobets V. N. Dependence of the lateral and cross-polarized radiation reflector antennas on their size and focal length. Antenna Theory and Techniques (ICATT), 2013 IX International Conference, 2013, P. 434-437. Doi: 10.1109/ICATT. 2013.6650803.
16. GOST R 54072-2010. Izdeliya kosmicheskoy tekhniki. Materialy kompozitsionnye polimernye. Nomenklatura pokazateley [State Standard R 54072-2010. Space technology products. Polymer composites. List of indices]. Moscow, Standartinform Publ., 2011, 11 p.
17. Radkevich Ya. M., Radkevich D. Ya. [Mining equipment and manufacturing processes quality. Quality assessment of manufacturing parts]. Gornyy informat-sionno-analiticheskiy byulleten'. 1999, No. 8, P. 144-145 (In Russ.).
18. Il'enkova S. D. Mikroekonomicheskaya statistika [The microeconomic statistics]. Moscow, Finance and Statistics Publ., 2004, 544 p.
19. Chernavskiy D. S., Nikitin A. P., Chernavs-kaya O. D. [On emergence of Pareto distribution in complex dynamical systems]. Biophysics. 2008, No. 2(53), P. 351-358 (In Russ.).
© Куприянова О. А., Власов А. Ю., Пасечник К. А., Арзамаскина А. М., 2015
