CC BY
30Петербургский экономический журнал. 2022. № 1-2. С. 24-29. St. Petersburg Economic Journal. 2022. № 1-2. Р 24-29.
Научная статья УДК 621.3.019.3
DOI: 10.24412/2307-5368-2022-1-2-24-29
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ASSESSMENT OF THE RELIABILITY AND QUALITY OF THE PRODUCT AT THE DESIGN STAGE
Сергей Анатольевич МЕШКОВ
доцент кафедры Менеджмента и систем качества Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), кандидат технических наук, sameshkov@etu.ru.
Sergey A. MESHKOV
candidate of technical sciences, associate professor of the Department of Management and Quality Systems, Saint Petersburg Electrotechnical University «LETI» named after V. I. Ulyanov (Lenin) St. Petersburg, Candidate of Technical Sciences., sameshkov@etu.ru
Вячеслав Григорьевич СТРЕЛЬЦОВ
ассистент кафедры О2 «Инжиниринг и менеджмент качества» Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, г. Санкт-Петербург, strelcov_vg@ voenmeh.ru
Viacheslav Grigorievich STRELCOV
assistant of the department of O2 «Engineering and quality management» of the Baltic state technical university «VOENMEH» named after D. F. Ustinov, St. Petersburg, strelcov_vg@voenmeh.ru
Аннотация. В статье рассматривается методы позволяющие предсказать надежность разрабатываемого изделия в условиях современной промышленности. Проблема надежность изделия неразрывно связана со всеми этапами проектирования и эксплуатации в жизненном цикле будущего изделия. Так же в современном производстве стала активно применятся автоматизация не только математических расчетов, но для помощи в сборе и анализе получаемых данных об изделиях, которые могут является аналогом разрабатываемого изделия. Данные программные обеспечения помогают в выборе наиболее подходящего решения на основе различных методов, а так же указывают на возможные ошибки и недочеты, которые были обнаружены при проектировании аналогов изделия.
Ключевые слова: надежность, методом согласования экспертиз, аналого-статический метод, автоматизация, программное обеспечения
© Мешков С. А., Стрельцов В. Г, 2022.
Abstract. The article discusses methods that allow predicting the reliability of a product being developed in the conditions of modern industry. The problem of product reliability is inextricably linked with all stages of design and operation in the life cycle of a future product. Also in modern production, automation has become actively used not only for mathematical calculations, but to help in the collection and analysis of the data obtained about products, which can be an analogue of the product being developed. These softwares help in choosing the most suitable solution based on various methods, as well as indicate possible errors and shortcomings that were found in the design of product analogues.
Keywords: Reliability, expertise matching method, analog-static method, automation, software
Современный этап развития промышленности в условиях цифровизации и импор-тозамещения характеризуется постоянным ростом объемов и сложности проектных работ в сфере разработки и производства изделий с большой степенью автоматизации. На этапе проектирования, чтобы предсказать надежность проектированного изделия можно использовать множество методов оценки показателей надежности. Среди них стоит отменить несколько: оценка показателей надежности проектируемого изделия методом согласования экспертиз, а также аналого-ста-тический метод. Реализации данных методов в программном обеспечения для помощи в принятии решении позволяет существенно сократить время на стадии проектирования, а так же избежать ошибок при проведении математических расчетов.
При ограниченной информации о создаваемом образце применяют оценку показателей надежности проектируемого изделия методом согласования экспертиз. Данный подход в ограниченном виде может быть использован на этапах эскизного и технического проектов изделия. Данный метод оценки надежности предполагает подбор схожего изделия (далее образец-аналог) и сопоставляю его функционально-структурной схему с схемой проектируемой изделия. В процесс реализации метода процесс оценки показателей надежности и качества разделяется на различные этапы: подбор образца-аналог с схожей функционально-структурной схемой, совместная
декомпозиция и сопоставление схем проектируемого изделия и образца-аналога; оценка показателей надежности элементов функционально-структурной схемы образца-аналога; проведения и согласования процедуры анализа методом экспертиз по относительной надежности отдельных элементов функционально-структурных схем проектируемого изделия и его образца-аналога [1].
Изделие, чтобы быть выбранным в качестве образца-аналога, должно иметь следующие параметры: введенное в эксплуатацию и прошло все испытания; область эксплуатации должно быть схожим с проектируемым изделием; иметь схожие базы для технического об-луживания и ремонтов; близкие технические характеристики, а также производственные условия.
Составляется номенклатура элементов функционально-структурной схемы изделия, надежность и качества которых должна быть оценена. Из их числа исключаются: элементы, надежность которых не оказывает влияния на работоспособное состояние изделия в целом (системы вентиляции необитаемых отсеков; ограждения; защита; устройства, не используемые в период работы и т. п.); элементы, надежность которых может быть достоверно определена. К ним относятся: элементы ги-дроборудования и электрооборудования и др. стандартные изделия, имеющие паспортные характеристики показателей надежности; унифицированные узлы, надежность которых достоверно оценивается по результатам их ис-
пытании или эксплуатации; элементов, опыт проектирования и методики расчета которых обеспечивают достаточно высокий уровень надежности (к ним можно отнести элементы металлоконструкций, опорно-поворотных устройств и т. п.).
Эксперты выставляют оценку в соответствующих графах надежности (или напротив его ненадежности) элементов функционально-структурной схемы автоматизированного изделия относительно уровня надежности (или напротив его ненадежности) сопоставляемого элемента функционально-структурной схемы образца-аналога в произвольной шкале оценок. Полученные результаты экспертиз оценок относительной надежности (или напротив его ненадежности) обрабатывает рабочая группа в соответствии с нижеследующей процедурой. Индивидуальные оценки относительной надежности (или напротив его ненадежности) элементов функционально-структурных схем рассматриваемого изделия и образца-аналога переводится в абсолютную шкалу их относительной надежности [2].
На практике показатель надежности автоматизированного изделия в целом определяется по полученным результатам подбора образца-аналога сходными условиями эксплуатации и системами технического обслуживания и ремонта, изготовленные в похожих производственных условиях.
Оценка показателей и качества надежности выполняются в соответствии с ГОСТ 23554.1-79 «Система управления качеством продукции. Экспертные методы оценки качества промышленной продукции. Организация и проведение экспертной оценки качества продукции» в четыре этапа:
На первом (подготовительном) этапе приказом руководителя предприятия назначается экспертная комиссия, ее организация и состав. Так же устанавливается четкая цель работы и период ее деятельности. Функции входящей в нее рабочей группы, но состав входящих работников определяется только после уточнения количества экспертов. На опрос 10 экспертов нужно выделить хотя бы одного работника рабочей группы. А также нужно, чтобы эксперты полностью ознакомились с
исходной информацией по проектируемого изделия.
На этапе работы рабочей группы. Сформированный экспертной группой отбор проводится на основе качественного или количественного анализа соответствия экспертов предъявляемым им требованиям. При выборе метода, способа и процедуры опроса следует исходить из особенностей, условий проведения оценок, допустимой трудоемкости и сроков проведения экспертных оценок. Для проведения опроса экспертов подготавливается анкета, состоящая из пояснительной записки и карты опроса.
На этапе экспертной группу, эксперты производят анализ полученной информации об проектируемом изделии, условиях и особенностей эксплуатации. На основе этого классифицируют различные элементы анализа по их присущим признакам, уделяя внимания не только на конструктивные принципы работы, назначения проектируемого изделия, особенностью эксплуатации, но и полностью ли учтено требования заказчика готового изделия, ставя соответствующие им специфические требования. Данная классификация помогает в выборе номенклатуры оцениваемых показателей и подборе базового образца. Экспертами создается приложения к будущей карте опроса, в которой приводится обоснования своих решений. Для оценки коэффициента весомости показателей выбираются процедуры: ранжирования; оценивания и парного и последовательного сравнения. Выбор базовых показателей происходит на основе сравнения проведенных анализов аналогов проектируемого изделия, его номенклатура показателей должна быть в большой степени идентична или в некоторых случаях совпадать с номенклатурой показателей проектируемого изделия. Для облегчения работы экспертов применяется метод «эксперт-группа».
На заключительном этапе определяются требования, которые будут предъявлены к итоговому документу [4]. Происходит обработка, полученных в результате работы рабочей группы, результатов экспертиз. Эти данные обсуждаются, корректируются при необходимости выводы работы и утверждаются экспертной комиссией.
Одним из частых применяемых методов в анализе надежности и качества проектируемого изделия является аналого-статический метод надежностного подобия. Использования данного метода оптимально использовать на ранних этапах проектирования будущего изделия. Именно при анализе данных ранее разработанных изделий помогают сформировать более четкий взгляд на техническое задание с помощью внесения технических предложений, которые помогут избежать ошибок, допущенных при проектировании аналога. Он даст возможность провести сравнительный анализ, чтобы использовать более надежные схемные решения, А также спрогнозировать показатели надежности различных сложных механических автоматизированных систем при различных компоновках его. Исходными данными для применения данного метода могут является различные характеристики аналогово изделия, например циклограмма работы используемых механизмов, их массога-баритная характеристика, а также предполагаемое конструктивное исполнение механизмов и режимы их работы. Подвергается анализу формализованная модель, представленная в виде графа состояния механической системы в любой момент функционирования проектируемого изделия. Узлами же являются характерные точки траектории движения перемещаемого объекта в автоматизированной систем. Ребрами граф-модели являются отображения реальных траекторий перемещения исполнительных элементов между характерными точками узлов графа. Если отсутствует реальное перемещения внутри проектируемого изделия возможно применения в графе «фиктивных» траекторий.
Расчет оценки показателя надежности схемного решения производится по формуле 1 [5]:
p = 1 - q
(1)
где Р - оценка показателя надежности;
q - оценка суммарных «потерь надежности», которая
q = Yf1 Ri + Yf qj + П6 Яи (2)
«N 2
N 3
I, N1 - соответственно номер и число узлов рассматриваемой граф-модели;
], N2 - соответственно номер и число ребер рассматриваемой граф-модели;
к, N3 - соответственно номер и число конструктивных элементов, образующих систему;
qi - условные потери надежности в г'-ых узлах ;
ql - условные потери надежности на _/-ых связях (ребрах);
qk - условные потери надежности в к-ом механизме.
Расчет суммарных потерь надежности проводится по формулам (1), а по формуле (2) оценивается потенциальный уровень надежности рассматриваемой схемы механической системы.
Данные методы анализа надежности позволяют провести инженерный анализ сложных расчетных схем перспективных изделий в условиях, когда существенно ограниченной информации об объекте исследования[6]. Очевидна возможность и необходимость в целях повышения эффективности применения указанных процедур их автоматизацию, особенно в части формализации исходной модели. Следует отметить, что полученные результаты могут рассматриваться как справочные для осуществления управления процессом отработки, так как выявленные в расчетах «слабые» звенья со сравнительно высокой удельной ненадежностью должны в первую очередь быть подвержены доработкам, направленным на повышение их надежностных характеристик и, следовательно, качества изделия [7]. Таким образом метод оказывается эффективен практически на всех этапах жизненного цикла.
Основным направлением реализации данных методов может служить ее автоматизация с использованием специально написанного программного обеспечения. Например, реализация данного направления на этапе технического проектирования может дать результат, который позволить сформировать наиболее подходящую компоновку элементов разрабатываемого изделия, позволяющая получить наибольшую надежность. Данный шаг позволит снизить затраты на проектирования на дальнейших этапах, уменьшить стоимость изготовления не только прототипа, но и ко-
нечного изделия и снизить предполагаемые затраты на обслуживания изделия и гарантийного обязательства. Однако, данное программного обеспечения не подходит для полного автоматизации проектирования, так как служит для помощи в принятии более удачного решения и относится к системам поддержки принятия решений (Системы поддержки принятия решений (СППР) или системы интеллектуальной поддержки принятия решений (ИППР) [8]). Но данное решения помогает в ситуациях, когда отсутствует достаточный объем статистической информации в условиях разработки нового изделия, а обработка более большего объема информации не позволяет сжатые сроки разработки изделия[9].
Основной интерфейс такой системы представляет собой из модулей запроса при помощи диалогового окна для обработки запросов и поиска оптимального значения из базы данных. Также пользователь работает в СППР посредством интерфейса, выбирает модель и набор данных, которые необходимо использовать. Результат (рекомендации по выбору) представляют собой базу данных в виде таблицы в которой после обработки сначала появляются рекомендованные компоновки будущего изделия. Но пользователь может заменить некоторые элементы компоновки с помощью всплывающего списка из элементов, которые является аналогами для этого места в компоновке изделия, но обладающее менее надежностью. Это связано с возможностью
выбора пользователем на его взгляд оптимального решения при потере общей надежности компоновки или в данный момент разработки выбранный элемент может быть недоступен по причине возможного срыва поставки его, а сжатые сроки проектирования не позволяют отредактировать базу данных или выбранный элемент может быть вернется в цепочку поставки. Затем программа заново подбирает остальные элементы будущей компоновки изделия. Такая возможность существует не только для всех элементов компоновки, но и позволяет выбирать несколько замен в предложенной компоновке. Для реализации этого разработчики ставят следующее цели:
1. Создание пополняемой базы компоновок разрабатываемого изделия;
2. Автоматизация процесса выставления оценок экспертов для последующего выбора оптимального компоновки из базы данных по заданным параметрам;
3. Автоматизация процесса подбора оптимального компоновки, а также подбор компоновки с заданными элементами и сравнения полученных новых компоновок и ранее подобранных.
Разрабатываемая программа автоматизации для помощи принятия решения не требует знаний сложных языков программирования. Для реализации подходит язык С++ или С#. Данный языки программирования в большинстве университетов входят в обязательную программу обучения не только будущих программистов,
Рисунок 1 - Концептуальная модель структуры программного обеспечения Figure 1 - Conceptual model of the software structure
но и инженеров и технологов[10]. Для реализация концептуальной модели (рисунок 1) знаний полученных на этих парах достаточно и не потребуют дополнительного освоения язык. И из-за применения в «узкоспециализированном месте» пересечения в регистрации программ для ЭВМ Федерального института промышленной собственности (ФИПС) маловероятны.
Таким образом, в статье были представлены основные методы оценки показателей надеж-
I Список источников
ности, позволяющие получить представления о надежности разрабатываемого изделия при ограниченной информации о создаваемом, провести инженерный анализ сложных расчетных схем перспективных изделий в условиях, когда существенно ограниченной информации об объекте исследования. А так же проанализирован путь реализации автоматизации данных методов в программном обеспечении.
: 1. Оценка надежности артиллерийских комплексов на этапах эскизного и техниче-
| ского проектирования: учебное пособие / Ю. Л. Вященко, С. Н. Казаков, И. В. Лю-
• бимов. Санкт-Петербург: БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова, 2011. 112 с.
• 2. Мешков С. А. Системный анализ сложных технических систем и технология по: строения современной информационной базы данных надежности с повышенной
• достоверностью. Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства : противодействия терроризму. 2016 г. № 1-2(91-92). С. 51-58
| 3. Коммуникационное интегрирование систем: учебное пособие [для вузов] / А. В. Мар-
• ков, А. Д. Шматко; Балтийский государственный технический университет «Воен-
• мех» им. Д. Ф. Устинова. СПб., 2005. 160 с.
• 4. Попков Ю. С. Системные исследования. Методологические проблемы / Ю. С. Поп-| ков, В. И. Тищенко и др. // Ежегодник 2013-2014: системный подход, системный : анализ, системное моделирование. Методология междисциплинарных исследований.
• Серия: Труды Института системного анализа РАН. Вып. 37. 2014. 456 с.
: 5. Зайцев М. Г. Методы оптимизации управления и принятия решений: примеры, за-
• дачи, кейсы: учебное пособие / М. Г. Зайцев, С. Е. Варюхин. 2-е изд., испр. М.: Изд-во : «Дело» АНХ, 2008. 664 с.
• 6. Виноградова Г. С. Применение экспертных методов при проектировании обору: дования для опасных производственных объектов // Молодежь, техника, космос:
• материалы VIII Общероссийской молодежной науч.-техн. конф. / Бал. гос. техн. ун-т. : СПб., 2016. С. 42
• 7. Хамханова Д. Н. Теоретические основы обеспечения единства экспертных изме-
• рений: учебное пособие. Улан-Удэ: Издательство ВСГТУ 2006. 167 с.
8. Виноградова Г. С. Автоматизация процесса выбора компоновки сложных техни-
: ческих систем / А. В. Марков, Г. С. Виноградова, А. И. Денисенко, А. А. Хлебников //
: Вестник ИрГТУ Т. 20. № 11. 2016. С. 94-101.
: 9. Виноградова Г. С., Марков А. В. Алгоритм выбора прототипа конструкции на этапе технического проектирования насосного оборудования для объектов использования
• атомной энергии // Вестник ИрГТУ, 2016. № 9. С. 17-22.
| 10. Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования Си. 3-е изд.; пер. с англ. СПб.:
• Невский Диалект, 2001. 352 с.
Статья поступила в редакцию 16.06.2022; одобрена после рецензирования 20.06.2022; принята к публикации 30.06.2022.
The article was submitted 16.06.2022; approved after reviewing 20.06.2022; accepted for publication 30.06.2022.
