Применение логики антонимов для комплексного анализа качества автомобильного крепежа Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

УДК 621.97:621.882.6 658. 512.004

Закиров Д.М., Осипов Д.С., Гун И.Г., Сабадаш А.В., Овчинников С.В., Майстренко В.В., Мезин И.Ю.

ПРИМЕНЕНИЕ ЛОГИКИ АНТОНИМОВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО КРЕПЕЖА

Мировыми автопроизводителями ежегодно на рынок выпускаются более 50 новых или модифицированных моделей автомобилей, эксплуатационные характеристики которых неизменно улучшаются. Это требует от российских производителей легковых и грузовых автомобилей постоянно прилагать значительные усилия для сохранения конкурентоспособности своей продукции. В любом автомобиле используется несколько сотен наименований крепежных изделий различного класса прочности, большинство из которых имеют сложные геометрию, механические свойства, химический состав исждного материала, а соответственно и сложную технологию их производства. Требования к крепежу постоянно растут. В настоящее время важной задачей для отечественных производителей автокомпонентов становится разработка и освоение производства продукции, стабильного, заданного уровня качества с конкурентоспособной ценой. Все это требует от производителей автокрепежа постоянно заниматься вопросами повышения качества выпускаемой продукции и обеспечения результативности технологий производства в цепочке «поставщик-производитель-потребитель».

На Белебеевском заводе «Автонормаль» (ОАО «БелЗАН») изготавливается более 4 тыс. наименований крепежных изделий для более чем 300 потребителей с ежемесячным объемом более 4 тыс. т. Основной продукцией являются автомобильные крепежные изделия. Это обусловлено, прежде всего, безопасностью и долговечностью узлов, механизмов и автомобиля в целом.

В настоящее время ОАО «БелЗАН» поставило и выполняет следующие задачи в области повышения качества про дукции:

- разработка новых крепежных изделий с улучшенными потребительскими характеристиками;

- улучшение существующих конструкций крепежных изделий;

- разработка и совершенствование новых технологий производства крепежных изделий;

- модернизация, обновление и оптимизация су -ществующих технологий и оборудования.

Представленные задачи невозможно решить без применения современных методов обеспечения каче-

ства продукции, теории оптимизации, математического анализа, моделирования, теоретического и практического аппарата квалиметрии.

Модернизация существующих конструкций и технологий осуществляется с использованием методологии БМЕЛ (Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов) [1]. БМЕЛ-анализ представляет собой технологию анализа возможности возникновения дефектов и их влияния на потребителя. БМЕЛ-анализ проводится с целью снижения риска потребителя от потенциальных дефектов.

Этапы проведения БМЕЛ-анализа включают:

1. Построение компонентной, структурной, функциональной и потоковой моделей объекта анализа.

2. Исследование моделей. В ходе исследования моделей определяются:

- потенциальные дефекты для каждого из элементов компонентной модели объекта. Такие дефекты обычно связаны или с отказом функционального элемента (его разрушением, поломкой и т.д.), с неправильным выполнением элементом его полезных функций (отказом по точности, производительности и т.д.) или с вредными функциями элемента;

- потенциальные причины дефектов. Для их выявления использованы диаграммы Исикавы, которые строятся для каждой из функций объекта, связанных с появлением дефектов;

- потенциальные последствия дефектов для потребителя. Поскольку каждый из рассматриваемых дефектов может вызвать цепочку отказов в объекте, при анализе последствий используются структурная и потоковая модели объекта;

- возможности контроля появления дефектов. Определяется, может ли дефект быть выявлен -ным до наступления последствий в результате предусмотренных в объекте мер по контролю, диагностике и др.

С использованием экспертных оценок определяются следующие параметры:

а) параметр тяжести последствий для потребителя (8); это - экспертная оценка, проставляемая обычно по 10-балльной шкале; наивысший балл проставляется для случаев, когда последствия дефекта влекут

юридическую ответственность;

б) параметр частоты возникновения дефекта (О); это - также экспертная оценка, проставляемая по 10балльной шкале; наивысший балл проставляется, когда оценка частоты возникновения составляет 1/4 и выше;

в) параметр вероятности необнаружения дефекта (Б); как и предыдущие параметры, он является 10балльной экспертной оценкой; наивысший балл проставляется для «скрытых» дефектов, которые не могут быть выявлены до наступления последствий;

г) параметр риска потребителя ПЧР; он определяется как произведение 8 х О х Б; этот параметр показывает, в каких отношениях друг к другу в настоящее время находятся причины возникновения дефектов; дефекты с наибольшим коэффициентом приоритета риска (ПЧР больше либо равно 100-120) подлежат устранению в первую очередь.

Результаты анализа заносятся в специальную таблицу и разрабатываются мероприятия по изменению конструкции.

В настоящее время проработаны ряд заготовок и узлов, куда они входят с целью оптимизации конструкции и изготовления готового изделия с более высокими потребительскими свойствами и экономической целесообразностью.

ОАО «БелЗАН» на протяжении многих лет поставляет в ОАО «КамАЗ» заготовки «Болта колеса» (рис. 1).

В ОАО «КамАЗ» заготовка болта дорабатывалась, а

именно шлифовался подголовок болта 025^0 о« мм П0Д

запрессовку в ступицу колеса, затем заготовка покрывалась цинком. Данная технология имеет высокую трудоемкость, стоимость и низкую стабильность качества.

После проведенного анализа конструкции по методологии БЫЕЛ была предложена конструкция подголовка с прямыми шлицами под запрессовку (рис. 2). После проведения стендовых испытаний и опытной сборки принято решение по внедрению данной конструкции в серийное производство.

В ОАО «КамАЗ» точением изготавливалась сферическая шайба (рис. 3) для крепления форсунки, имеющая большой диаметр 20 мм при малой толщине 4 мм и сферическую поверхность для центрирования ответной детали. Шайба имела очень тонкие края и при сборке одевалась на шпильку, затягивалась гай-

кой М10. При изготовлении, сборке и эксплуатации значительный процент дефектной продукции составлял дефект «трещина шайбы».

После проведения анализа БЫЕЛ ОАО «БелЗАН» было применено оригинальное решение - совместить гайку со сферической шайбой, в итоге получилась фланцевая «сферическая гайка» класса прочности 8.8 (рис. 4).

Внедрение сферической гайки решило многие проблемы по качеству сборки и эксплуатации на КамАЗе и дало экономию более одного миллиона рублей. При этом в ОАО «БелЗАН» вместо нерентабельной шестигранной гайки начали поставлять фланцевую сферическую гайку, что дало дополнительный объем на сумму более 1,5 млн руб. с дополнительным экономическим эффектом для БелЗАН более 600 тыс. руб.

Аналогично с применением данной методологии была осуществлена разработка новой конструкции болта крепления головки блока цилиндров (рис. 5). Это позволило увеличить циклическую стойкость на ~30%, снизить затраты на доработку в ОАО «КамАЗ».

Такой показатель, как «результативность технологии производства» по своему характеру является комплексной величиной, зависящей от множества параметров, характеризующих различные аспекты оцениваемой технологии. Внедрение новых технологий или оптимизация существующих должна базироваться на четких знаниях однозначной возможности получения требуемого результата производства, что требует определенной методологии анализа и оценки альтернативных вариантов.

Поэтому для проведения оценки результативности технологий производства может быть применен теоретический и практический аппарат квалиметрии. Для проведения оценки может быть использован алгоритм, предложенный в работе [2].

В соответствии с данным алгоритмом должны быть определены и структурированы показатели, что и было сделано на основе анализа конструкторской, технологической документации и отдельных спецификаций по экономике, стабильности и воспроизводимости процессов производства.

Оценка результативности сквозных технологий производства крепежных изделий (СТПКИ) может быть проведена по трем группам показателей: технологические, экономические параметры и показатели

іт~п

.0.097

Рис. 1. Колесный болт без рифления

Рис. 2. Колесный болт с рифлением

Сфера

$

&

I

Гійка Шайба

сферическая

Рис. 3. Накидная гайка и шайба крепления форсунки

качества продукции. Последние, в свою очередь, подразделяются на показатели качества металлопроката, показатели качества заготовок шаровых пальцев, показатели качества готового изделия.

Для проведения оценки используются относительные единичные показатели, которые определяются по одной из следующих формул:

р ос

к = — т р

Р

к,.„ = ]т

]Ш

т

Р

баз

где Р.аз - базовое (эталонное) значение каждого ]-го

единичного показателя; Р - численное значение

каждого ]-го абсолютного единичного показателя, полученное для каждого из т, оцениваемых СТПКИ.

Для определения относительных показателей оценки результативности СТПКИ, характеризующих качество продукции и имеющих предельные значения, можно использовать формулу [3]:

кт = !-

( р баг _ р \2 1 І і Іт)

роаз рпр

где Р'"р - верхнее или нижнее предельное значение показателя оценки результативности СТПКИ, характеризующего качество продукции, выход за который понижает уровень качества.

Наиболее важной и сложной задачей при реализации методики является выбор способа комплекси-рования относительных единичных показателей, причем таким образом, чтобы учитывался системный характер структуры данного комплексного показателя.

Для практической реализации задачи при оценке результативности сквозной технологии необждимо построить математическую модель,

Старая

конструкция

описывающую зависимость комплексной величины от набора оцениваемых показателей. Однако задача характеризуется большим количеством параметров, а взаимосвязи между большинством показателей проявляются только на качественном уровне (чем больше (меньше) X, тем больше (меньше) У), поэтому более оправдано моделировать взаимосвязи между параметрами посредством логических функций, а не средних взвешенных величин, но также необходимо учитывать и то, что существует корреляционная связь между некоторыми показателями.

Предлагается применить методику оценивания с использованием логики антонимов (ЛА) [4]. Области применения логики антонимов очень обширны, сюда вждят ранжирование объектов рассмотрения (относительно эталона и без него), контроль, диагностирование, прогнозирование, оценивание возможностей в задачах управления и/или принятия решений в условиях неопределенности. Задачи могут принадлежать любой отрасли человеческой деятельности.

Логика антонимов, так же как и логика Заде, является непрерывнозначной (нечеткой) логикой. Но в отличие от логики Заде логика антонимов полностью

Новая

прогрессивная

конструкция

И1

0,1

А

[ йЛ

''ч

Гайка

сферическая

Рис. 4. Сферическая гайка крепления форсунки

□ Б

Б Ц;

М16-М

М16-М

Рис. 5. Конструкции фланцевого болта крепления головки блока цилиндров

согласуется с классической логикой (обладает свойством булевости), т.е. в ней сохраняются все эквивалентности классической логики (точнее, в логике антонимов имеют место аналоги всех эквивалентностей классической логики). В настоящее время логика антонимов остается единственной непрерывнозначной логикой, которая полностью согласуется с классической логикой, т.е. возможно использование классического математического аппараты [5].

В ЛА вопрос учета важности и пределов изменения свойств объекта исследования решается с помощью «тесной» и «слабой» связи. Операторы а и /3связывают составляющие показатели, причем роль буквы Р аналогична роли знака дизъюнкции в математической логике, а буквы а - конъюнкции. Опираясь на логическую связь между параметрами объекта исследования, можно получить количественную оценку [6].

Для структурирования единичных показателей строится граф зависимости комплексного показателя от составляющих единичных показателей.

Для квалиметрической оценки должна быть проведена процедура ранжирования предложенных показателей (доминирующие и компенсируемые) и определена их весомость с помощью компетентных экспертов методом анкетного опроса специалистов по производству крепежа в различных областях в соответствии с оцениваемыми основными операциями (выплавка стали, прокатное производство, холодная объемная штамповка, термообработка, обкатка, накатка и калибрование резьбы). Для выбора экспертов использовался метод «снежного кома» [7].

Доминирующий показатель (О) - единичный показатель, нулевая оценка которого обязательно влечет за собой нулевую оценку комплексного показателя. Имеет конъюнктивную связь с комплексным показателем.

Компенсирующий показатель (К) - единичный показатель, нулевая оценка которого необязательно влечет за собой нулевую оценку комплексного показателя, нулевая оценка такого показателя может быть компенсирована оценками других показателей. Имеет дизъюнктивную связь с комплексным показателем.

Графическое отображение структуры и связей комплексного показателя оценки результативности СТПКИ и составляющих его единичных показателей представлены на рис. 6.

На основе полученных при реализации методики оценок были сконструированы формулы для расчета комплексного показателя оценки результативности сквозных технологий с использованием аксиоматики логики антонимов для комплексирования оценок относительных единичных показателей результативности СТПКИ:

1 (1 -2 вп'К )

п=1

К =- ^ 2 1 -(1 - 2~ 41Л '*1Л )-(1 - 2~913 '*13) X х(1 - 2^ )] + 91. 2 • *1.2 + 91.4 • *1.4 +

^ 41.5 ' *1.5 ^ 41.7 ' *1.7 ,

*1.5 =-1<*2_ 1 -П (1 - 2 -'1""1‘-)

_ I =1 _

*1.6 =- 1о§ 2 1 -П (1 - 2 “ ^^ )

_ I =1 _

К2 = - ^ 2 1 - (1 - 2~421*21) • (1 - 2~422 *22) х

Х(1 _ 2 25 25 ) + 42.3 ■ *2.3 + Ч2.4 ■ *2.4 + 42.6 ' *2.6 +

+ 42.7 ' *27 + 42.8 ' *28 ’

*23 = - 2 1 -11(1 - 2-423 ' *23' )

_ 1 = 1 _

К3 = - 1о§2 1 - (1 - 2~431 *31) -(1 - 2~ 43 2 *3 2 ) х

х(1 - 2~434 *34 )-^1 - 2~ 43 5 '*35) -^1 - 2 -416 '*16) х

X ^1 _ 2~43.7'*3.7 ^ • ^1 — 2^43.8 *3.8 ^ • ^1 — 2_43.10 *3.10 ^ X

х(1 - 2 43Л1 ■*3.11 )-(1 - 2 431

х(1 - 2~ 43Л4' *3Л4 )-^1 - 2 “43Л

^43.3 * *3.3 ^ 43.9 * *3.9 ,

*3.1 _ _ 1о§ 2 1 -I! (1 - 2 I =1

*3.10 _ _ 1о§2 1 -11(1 - _ 1=1

*3.12 _ _ 10§2 1 -11(1 - 1=1

где Кп - оценка группы единичных показателей: К1 -технологических показателей; К2 - экономических показателей; К3 - показателей качества продукции.

43.10.1' *3.1

43.12.1' *3.12.1

где единичные показатели соответственно:

*11 - производительность процесса; *12 - материалоемкость процесса; *13 - выход годного; *14 - удельная энергоемкость процесса; *15 - стойкость оснастки; *16 -воспроизводимость процесса по показателям качества продукции; *17 - период освоения технологии;

*151, * 152, *15з - стойкость штамповой оснастки, резьбонакатного и вспомогательного инструмента соответственно;

*1.6.1, * 1.6.2, *1.63, *1.6.4, *1.65, *1.6.6, *1.6.7, *1.6.8 - ЗНаЧеНИЯ

коэффициентов Срк для важных потребителю параметров качества;

*21 - себестоимость продукции; *22 - рентабельность; *2 3 - суммарные затраты на контроль; *2.4 - стоимость оснастки; *2 5 - стоимость оборудования; *26 - резерв

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2010. № 4.

Рис. 6. Граф зависимости комплексной оценки результативности сквозной технологии производства крепежных изделий от единичных показателей:

Ко - комплексный показатель результативности СТПКИ; к, - значения относительных единичных показателей результативности СТПКИ;

Киз- значения оценки группового показателя: технологических единичных параметров, экономических единичных параметров, показателей качества продукции;

О, д - соответствующие уровни значимости (весомости) групповых и единичных относительных показателей соответственно; а, /3- обозначение конъюнктивной - тесной и дизъюнктивной - слабой связи между единичными показателями и групповым показателем

Яз.ш Яш.5 9110.4 Яыоз

ЯЗ.Ю.2 я3.10/

Я 3 10.9 Язжн Яз. 10.7

СП

Применение логики антонимов для комплексного анализа... Закиров Д.М., Осипов Д.С., Гун И.Г. и др

мощностей; к2.7 - требуемый межоперационный задел продукции; к28 - полное время цикла изготовления; к2.4.1, к242, к243 - стоимость штамповой оснастки, резьбонакатного и вспомогательного инструмента соответственно;

к31 - химический состав металла по основным элементам; к32 - прокаливаемость металлопроката, твердость на расстоянии от края 1,5 мм (по Джимини); к33 - средний балл содержания неметаллических включений; к34 - предел прочности; к35 - относительное удлинение; к36 - глубина обезуглероженного слоя; к3.7 - микроструктура; к38 - группа на осадку металла; к39 - макроструктура; к310 - геометрические размеры заготовок; к311 - твердость; к312 - геометрические размеры готового изделия; к313, к314, к315 - шерожватость соответствующей поверхности;

к3101 - диаметр стержня; к3102 - эллипсность стержня; к3103 - длина стержня под накатку резьбы; к3104 - диаметр стержня под накатку резьбы; к3105 - геометрия фланца; к3106, к310.7 - диаметр вписанной и описанной окружности шестигранника соответственно; к3108 -длина от фланца до торца; к3109 - угловые размеры; к3121 - средний диаметр резьбы; к3122 - наружный диаметр резьбы; к3123 - расстояние до первого полного витка резьбы; к3124 - радиальное биение; бп, - соответствующие уровни значимости

(весомости) групповых и единичных относительных показателей соответственно.

Осуществляя оценку различных технологий по приведенной здесь методике, можно выбирать наиболее результативную из возможных альтернатив, что обеспечивает высокую конкурентоспособность продукции и предприятия в целом.

Это только часть работы, проводимой в ОАО «Бел-ЗАН» по наращиванию объемов производств, повышению удовлетворенности потребителя, повышению качества и конкурентоспособности. Помимо этого проводится планомерная модернизация производства.

Список литературы

1. ГОСТ Р 51814.2-2001. Системы качества в автомобилестроении . Метод анализа видов и последствий потенциальных дефект ов.

2. Михайловский ИА., Осипов Д.С., Долженков А.С. Квалимег-рическая оценка результативности сквозных технологий производства шаровых пальцев для шарниров зарубежных автомобилей // Материалы науч.-техн. конф. «Бояршиновские

чтения»: сб. докл. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 18-21. Рашников В.Ф., Салганик В.М., Шемшурова Н.Г. Квалимегрия и управление качеством продукции: учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ. 2000. 184 с.

Динцис Д. Ю. Методы принятия решений в условиях неполной определенности набазетеории нечетких множеств (логики антонимов) // Журнал депонированных рукописей. 2001. № 8, авг. Тисенко В.Н. Нечеткие множества в задачах комплексных испытаний при реализации инновационных проектов. СПб.: Политехника, 1998. 104 с.

Копанева И.Н. Мониторинг и управление качеством процесса производства с применением логики антонимов: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.02.23 / Санкт-Петербургский гос. те<н. ун-т). СПб., 2002. 18 с.

Литвак Б.Г. Экспертная информация. Методы получения и анализа. М.: Радио и связь. 1982. 184 с.

Гун Г.С. Управление качеством высокоточных профилей. М.: Металлургия, 1984. 152 с.

Гун Г.С. Метод комплексной оценки качества металлопродукции // Изв. вузов. Черная металлургия. 1982. № 8. С. 62-66.

Bibliography

GOST R 51814.2-2001. Quality Systems in Automotive Industry. Системы качества в автомобилестроении. Failure Mode and Effects Analysis Method.

Mikhailovsky I.A., Osipov D.S., Dolzhenkov A.S. Qualitative impact assessment of through technologies of production of ball pins for ball joints of foreign cars// Matherials of sci.-tech. conf. «Boyarshinov readings»: sum. rep. Magnitogorsk: MSTU, 2004. P. 18-21.

Rashnikov V.Ph., Salganik V.M., Shemshurova N.G. Qualimetry and product quality control: tutorial. Magnitogorsk: MSTU, 2000. 184 p.

Dintsis D.Yu. Methods of decision making under incomplete certainty on the basis of fuzzy set theory (antonyms logic) // Journal of deposited manuscripts. 2001. № 8, August.

Tisenko V.N. Fuzzy sets in problems of complex tests in the implementation of innovative projects. St. Petersburg: Politechnica, 1998. 104 p.

Kopaneva I.N. Monitoring and quality control of manufacturing process using the logic of antonyms: autoref. of Ph. D. diss.: 05.02.23 / St. Petersburg State Technical University. St. Petersburg, 2002. 1 8 p.

Litvak B.G. Expert information. Methods for obtaining and analyzing. Moscow: Radio I Svyaz, 1982. 184 p.

Gun G.S. Quality management of high precise profiles. Moscow: Metallurgy, 1984. 152 p.

Gun G.S. The method of comprehensive assessment of quality of metal production // Universities News. Ferrous Metallurgy. 1982. № 8. P. 62-66.

УДК б58.5б2

Клочков Ю.С.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УРОВНЯ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

Во главе любого бизнес-процесса стоит менеджер, в нятия решений, основанных на фактах, такому руково-

обязанности которого (в соответствии с ГОСТ дителю необждимы показатели качества, позволяющие

РИСО 9001-2008) вждит постоянное совершенствова- оценить изменение технологических процессов.

ние управляемой им области деятельности [1]. Для при- Так как большинство процессов подчиняются нор-