Software & Systems

В последнее время в эксплуатации изделий стала все больше проявляться тенденция комплексности. При этом достаточно сложные устройства рассматриваются не как система, а как единый элемент некоторого технического комплекса. Такие элементы производятся серийно и могут быть использованы на объектах различного назначения. Они применяются в информатике и связи (трансляторы, передатчики), энергетике (подстанции, трансформаторы, силовые щиты), транспорте (трансмиссии, подвески, тележки, шасси) и т.д.

Для прогнозирования состояния этих изделий бывает достаточно только выявить тенденции изменения надежности в целом. Тогда следует обратиться к анализу данных мониторинга отказов и неисправностей, зарегистрированных в процессе эксплуатации, чтобы оценить уровень их надежности. Это вполне возможно, если в основу оценки положить статистику рекламаций.

В качестве методологии решения поставленной задачи примем аппарат потенциального распределения вероятностей.

Мониторинг рекламаций и качество изделий

Характерной особенностью жизненного цикла изделий конкретного функционального назначения является то, что в большинстве случаев их рассматривают как единый комплекс. Для таких комплексов требования по безотказности обычно не нормируются. Иными словами, производитель получает рекламации, но оценить текущий уровень изделия не может, поскольку не имеет соответствующего методического аппарата. Данное положение объясняется тем, что существующие подходы к оценке безотказности основаны на понятийном аппарате теории надежности, который ориентирован на нормируемые показатели [1, 2]. В этих условиях нельзя дать оценку изменению уровня безотказности изделия в эксплуатации, потому что его показатели не нормированы. Поиск закономерностей между внедренными мероприятиями и отсроченным результатом осложняется неявной зависимостью между ними. Следовательно, невозможно определить эффект от мероприятий по совершенствованию производства.

В общем случае такой оценкой может быть категория «качество», составной частью которой является надежность: если рекламации позволяют судить о качестве изделия вообще, то можно дать и оценку их уровня надежности в частности. Здесь нет подмены классических показателей надежности и методов их оценки, а предлагается давать оценку изменению некоторого обобщенного показателя, характеризующего надежность в целом, когда сделать это существующими способами невозможно. Такой подход позволит контролировать технический уровень изделия в процессе его жизненного цикла. Мониторинг надежности является при этом одним из основных элементов системы управления качеством продукции (рис. 1).

Для изделий, показатели безотказности которых не нормируются, целесообразно использовать понятие «техническое совершенство» [3, 4]. Оно отражает влияние научно-технического прогресса на разработку новых и модернизацию существующих образцов. Количественную оценку технического совершенства можно определить путем сравнения с базовым изделием или во времени.

Эту величину принято называть техническим уровнем [3].

Разработка методов комплексной оценки технического уровня представляет актуальную проблему, решение которой позволит обосновать направления работ и оценить их эффективность на ранних этапах создания новых и модернизации существующих изделий [5]. Подход к оценке технического уровня образцов военного и общего назначения приведен в информационно-аналити­ческой системе «Пилот» с последней версией «Оценка и Выбор» [4]. Отметим, что поиск способов решения подобных задач определяется также необходимостью своевременного реагирования на рыночную конъюнктуру в условиях жесткой конкуренции [2]. Сложившаяся ситуация целиком относится к производству важнейшей группы механических устройств, которые обеспечивают передачу и трансформацию вращения: редукторов, муфт, дифференциалов и т.п. В то же время они относятся и к функциональным элементам транспортных систем: движительным комплексам, переключателям реверса, трансмиссиям, шасси, специальным устройствам и к военной технике. На их примере рассмотрим метод оценки технического уровня изделия по рекламациям.

Оценка технического уровня преобразователей вращения на базе потенциального распределения вероятностей

Поставленная задача формулируется следующим образом: дать оценку изменению технического уровня технического комплекса по показателю надежности, если получены данные о рекламациях на данное изделие за ряд предыдущих лет, включая текущий год.

Рядом авторов предлагались различные ва- рианты решения задачи [1, 4, 6, 7], но в них не рассматривались вопросы качественных характеристик при оперативной оценке надежности по рекламациям. Если же в основу анализируемой информации положить экспертные оценки, они априори субъективны и всегда содержат определенную долю вероятности. Вместе с тем в категории «качество изделия» главным условием оценки технического уровня является объективность весовых коэффициентов в комплексных (интегральных) показателях, характеризующих этот уровень.

Допустим, что в процессе эксплуатации устройств конкретного типа выявлены основные неисправности, сведения о которых представлены в таблице 1. В данном примере собрана информация по преобразователям вращения типа редуктора. При этом принимается условие, что в выбранном периоде информация достоверна.

Один из подходов к решению данной задачи – аппарат потенциального распределения вероятностей [8]. Для его применения предлагается воспользоваться комплексным показателем, по которому можно оценить изменение технического уровня редуктора на протяжении наблюдаемого периода. В этом случае целесообразно выдвинуть гипотезу о линейной свертке частных безразмерных показателей. Для определения весовых коэффициентов такой свертки существует ряд известных методов [1, 7, 9]. Все они базируются на моделях поведения среды, которое постулируется неформальным образом.

Вместе с тем большей объективностью обладают модели, построенные с использованием принципа максимума неопределенности [4, 8, 10]. Оценить указанные весовые коэффициенты возможно методом потенциального распределения вероятностей.

Предположим, что в течение n лет ведутся сбор и обработка данных об отказах (неисправностях) изделия. Каждый год выявляется совокупность повторяющихся неисправностей, характеризующих его надежность. Пусть таких неисправностей будет m. Обозначим через xij ,  число проявлений неисправностей в соответствующие годы. Вес j-й неисправности в распределении средств на достижение требуемого уровня надежности в общем случае неизвестен.

Принцип потенциального распределения для сравнения изделий в качестве комплексного показателя требует использования критерия Байеса. В нашем примере этот показатель будет отражать технический уровень редуктора. За характеристику его технической конкуренции примем показатель надежности:

,                                                  (1)

где rij – безразмерные показатели (rij = xij/xБj), xБj – количество неисправностей в базовом году.

Базовым будем считать период времени, равный году, в котором xБj¹0 (). Из таблицы 1 этому условию удовлетворяет 1991 год. Заметим, что за базовый период времени может быть принят и любой другой, кратный году.

Тогда весовые коэффициенты pj (), отражающие модель поведения среды и условия эксплуатации [6, 8], находятся по выражению

.                               (2)

Физический смысл данного показателя в том, что относительное приращение веса j-й неисправности пропорционально приращению показателя относительно уровня этой же неисправности. При этом рассматривается вся совокупность неисправностей, а коэффициент пропорциональности зависит от достигнутого уровня.

Результаты оценки можно трактовать как значимость (вес) каждой неисправности в определении технического уровня изделия. В свою оче­редь, этот уровень оценивается надежностью (табл. 2).

Таблица 2

Весовые коэффициенты значимости неисправностей редуктора (расчеты проведены по формуле (2))

Table 2

Weight coefficients of reducing gear defects relevance (calculations are performed according to the formula (2))

Из таблицы 2 видно, что наибольший вес (важность) в техническом уровне редуктора, который обусловлен его надежностью, имеет неисправность позиции 1 – «Выкрашивание металла на рабочих поверхностях пальцев и роликах шестерен-сателлитов». Это объясняется самым высоким числом ее проявлений за время мониторинга надежности по рекламациям. Он равнен 25 событиям за время наблюдения (см. табл. 1). Событие «Разрушение подшипника 6-32410МТ1» оказывается вторым, хотя по числу проявлений второй должна быть неисправность «Проворачивание (вырыв, вытягивание) шпилек из корпусных деталей редуктора», повторяющаяся 15 раз. Однако предложенный метод учитывает неопределенность поведения среды по отношению ко всей совокупности исследуемых редукторов. Отражая важность последствий разрушения подшипника в редукторе по сравнению с проворачиванием или вытягиванием шпилек, расчет приводит нас к иной объективной оценке. То же можно наблюдать и по остальным позициям. Неисправность «Разрушение подшипника 76-1000919БТ2 ведущего вала МСХ» опережает по важности «Ударное включение МСХ», а неисправность «Проворачивание (вырыв, вытягивание) шпилек из корпусных деталей редуктора», проявившаяся 15 раз, замыкает расчетный ряд с весом 0,1.

Очевидно, что предложенный подход позволяет объективно ранжировать неисправности по степени их влияния на показатель надежности, а в целом на оценку технического уровня редуктора при неопределенных условиях эксплуатации и неполной исходной информации.

При выборе и прогнозировании мероприятий по повышению качества продукции традиционно используют периоды, кратные году, поэтому важно определить ежегодные (мгновенные) значения показателя, характеризующего технический уровень изделия в наблюдаемые или заданные периоды. Такие данные, полученные по формуле (1), сведены в общую таблицу и наглядно представлены в виде графика на риcунке 2.

Предложенная комплексная характеристика показывает изменение технического уровня редукторов в процессе их эксплуатации и совершенствования по мере внедрения соответствующих мероприятий на производстве. За критерий сравнения принимается базовое состояние изделия в выбранном периоде времени. Жирной прямой линией показан тренд, отражающий рост технического совершенства в целом.

Из рисунка 2 видно, что, хотя ежегодная оценка технического уровня меняется скачкообразно и зависит от количества выявленных неисправностей, сохраняется устойчивая тенденция роста технического совершенства. Следовательно, разработанные и внедренные мероприятия по устранению неисправностей из года в год дают положительный эффект, заключающийся в уменьшении их числа. В результате надежность редуктора растет. Тем самым обеспечиваются рост технического уровня W и его техническое совершенство.

Достоверность разработки была проверена путем сравнения оценок технического уровня однотипных изделий, приведенных в литературе с оценками, рассчитанными по предлагаемой методике [4, 7]. Для этого, не сопоставляя абсолютные значения технических уровней, определенных двумя способами, достаточно сравнить приоритетность образцов. Технические уровни позволили ранжировать однотипные изделия специального назначения УАБ-300 по возрастанию их технического совершенства в следующем порядке:

1.     Mk 82 GP (Израиль);

2.     GBU-22 (США);

3.     BGL-250 (Франция);

4.     GBU-12Е/B, B/B, C/B, D/B (США);

5.     GBU-12B, A/B (США).

Сравнив этот порядок приоритетов с аналогичным, построенным по результатам расчетов в [4], можно убедиться в их полном совпадении.

Необходимо отметить, что в рассмотренном примере в качестве xij (, ) выбрано число проявлений неисправностей в соответствующие годы, которое является характеристикой парка редукторов. Более объективной величиной может служить ее удельное значение, приходящееся на один редуктор. Если в распоряжении исследователя окажется информация о численности парка редукторов на каждый год, то можно перейти к удельным значениям  ( ), где Ni – количество редукторов в парке в i-м году.

В заключение отметим, что предложенный метод позволяет оперативно и объективно оценивать технический уровень изделий и эффективность мероприятий по повышению их надежности на производстве. При этом учитывается неопределенность поведения среды эксплуатации.

Рассмотренный подход к оценке технического уровня изделий не заменяет методы экспертиз, но является более объективным, так как не требует привлечения квалифицированных специалистов. Следовательно, исключается субъективная составляющая оценки изделия.

На основе данного метода можно прогнозировать и оценивать эффективность мероприятий по обеспечению надежности изделия путем сопоставления его технического уровня до и после внедрения.

Литература

1.     Arefyev I. Forecasting and control object of management in the environment of system pert (the method of integrated characteristics). Maritime Univ. (Biblioteka cyfrowa), Szczecin, 2012, 293 p.

2.     Летательные аппараты и безопасность полета; [под ред. А.А. Дьяченко]. М.: Изд-во ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1987. 625 с.

3.      Азгальдов Г.Г. Мое видение качества // Зубры.Ру, 2010. Библиотека LABRATE.RU. URL: http://www.labrate.ru/azgaldov/ my_vision_of_quality-2010.htm (дата обращения: 08.05.2014).

4.     Семенов С.С., Харчев В.Н., Иоффин А.И. Оценка технического уровня образцов вооружения и военной техники. М.: Радио и связь, 2004. 552 с.

5.     Чернышев В.Л., Рагулин С.В., Щокин В.М., Афу- зов А.С. Оценка технического уровня танковых трансмиссий и пути его повышения // Технологии ХХI века: сб. докл. 10-й Междунар. науч.-технич. конф. Алушта, 2003.

6.     Arefyev I., Klawdiev A. Prognozowanie informacyjne stanu systemu transportowego. Politechniki Śląskij, no. 75, Transport. Gliwice, 2012, pp. 5–8.

7.     Петухов А.О. Разработка методики оперативной оценки и анализа безотказности тракторов серийного производства по материалам рекламаций // Дисс. … канд. техн. наук. М.: Изд-во НАТИ, 2010.

8.     Мартыщенко Л.А., Воловик А.В., Клавдиев А.А. [и др.]. Методы нормирования надежности сложных систем оружия. Л.: Изд-во МО, 1992. 330 с.

9.     Арефьев И.Б., Клавдиев А.А. Оценка логистических показателей в условиях ограниченной информации // Программные продукты и системы. 2009. № 3. С. 24–26.

10.  Клавдиев А.А., Пасевич В. Адаптивные технологии информационно-вероятностного анализа транспортных систем. СПб: Изд-во СЗТУ, 2009. 305 с.

Reference

1.     Arefyev I. Forecasting and control object of management in the environment of system pert (the method of integrated characteristics). Maritime Univ. (Biblioteka cyfrowa), Szczecin, 2012, 293 p.

2.     Dyachenko A.A. (Ed.) Letatelnye apparaty i bezopasnost poleta [Aircraft planes and flight safety]. Moscow, VVIA im. prof. N.E. Zhukovskogo Publ., 1987, 625 p.

3.     Azgaldov G.G. Moe videnie kachestva [My vision of quality]. 2010, available at: http://www.labrate.ru/azgaldov/my_vi­sion_of_quality-2010.htm (accessed May 8, 2014).

4.     Semenov S.S., Harchev V.N., Ioffin A.I. Otsenka tekhni­cheskogo urovnya obraztsov vooruzheniya i voennoy tekhniki [Eva­luating technical level of weapons and military equipment]. Moscow, Radio i svyaz Publ., 2004, 552 p.

5.     Chernyshev V.L., Ragulin S.V., Shchokin V.M., Afu- zov A.S. Evaluating technical level of armor transmissions and methods of increasing the level. 10 mezhdunar. nauch.-tekhnich. konf. “Tekhnologii XXI veka” [Proc. 10th Int. Scientific and Technical Conf. “Technologies of 21st century”]. Alushta, 2003.

6.     Arefyev I., Klawdiev A. Information forecasting state transportation system. Zeszyty Naukowe. Seria: Transport [Scientific Papers. Transport series]. Silesian Univ. of Technology Publ., Gliwice, 2012, no. 75, pp. 5–8.

7.     Petukhov A.O. Razrabotka metodiki operativnoy otsenki i analiza bezotkaznosti traktorov seriynogo proizvodstva po materialam reklamatsiy [Developing a method for operational evaluation and analysis of mass-produced tractors reliability based on complaint letters]. PhD tesis, Moscow, NATI Publ., 2010.

8.     Martyshchenko L.A., Volovik A.V., Klavdiev A.A. Meto­dy normirovaniya nadezhnosti slozhnykh sistem oruzhiya [Reliability normalization principles for complex weapon systems]. Leningrad, MO Publ., 1992, 330 p.

9.     Arefyev I.B., Klavdiev A.A. Evaluating logistic indexes when information is limited. Z.N. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. Tver, 2009, no. 3, pp. 24–26 (in Russ.).

10.  Klavdiev A.A., Pasevich V. Adaptivnye tekhnologii infor­matsionno-veroyatnostnogo analiza transportnykh sistem [Adaptive technologies of information and probabilistic transport systems analysis]. St. Petersburg, SZTU Publ., 2009, 305 p.