Software & Systems

Качество продукции является важнейшим фактором, влияющим на конкурентоспособность предприятия. Особенности многономенклатурного машиностроительного производства связаны прежде всего с тем, что одновременно разрабатывается и производится большое числе различных изделий. Это приводит к дефициту времени, необходимого на выполнение работ на этапах жизненного цикла продукции. В связи с этим нарушается, например, стадийность работ при конструкторской и технологической подготовке производства, отсутствуют четкие критерии качества изделий, что приводит к непредсказуемым результатам. Надо отметить, что, как правило, первые образцы наукоемкой продукции создаются в подобных условиях, в результате период вывода ее на рынок удлиняется в связи с необходимостью выполнения доработок.

Раньше для достижения желаемого качества продукции было достаточно контроля на отдельных этапах жизненного цикла изделия (ЖЦИ). Известно (ГОСТ 2.103-68), что для эффективного обеспечения качества продукции необходимо управлять им [1, 2] на каждом этапе и стадии ЖЦИ (рис. 1). В связи с этим понятна актуальность задачи создания автоматизированных систем управления качеством продукции (АСУ КП). С целью управления качеством изделий на всех этапах их жизненного цикла во многих фирмах создается система управления качеством (СУК) продукции, функционирование которой определяется стандартами серии ИСО 9000.

Необходимость оперативного внесения кор- ректив в качественные показатели продукции и широкий спектр выпускаемой современным машиностроительным предприятием продукции обусловили актуальность задач создания АСУ КП. В работах [2, 3] была рассмотрена теоретико-мно- жественная модель структуры АСУ КП, на основе которой выполнялись дальнейшие разработки.

Критерии качества продукции

Для управления качеством изделия необходимы данные о состоянии качества продукции на протяжении всего ЖЦИ. Такими данными являются критерии оценки качества изделия. Важен рациональный выбор критериев, так как случайный подбор может привести к необоснованным решениям. Следует помнить, что каждый критерий будет служить не только основой оценки, но и базой для выработки управляющих воздействий на проектно-конструкторскую и производственную деятельность. Вследствие этого подбор критериев должен основываться на следующих принципах, выявленных путем анализа деятельности исполнителей на этапах ЖЦИ [4–6].

1. Комплекс критериев качества продукции должен соответствовать принципам серии стандартов ИСО 9000.

Он является частью всей системы управления качеством предприятия, следовательно, как и система управления качеством, комплекс критериев должен соответствовать целям серии стандартов ИСО 9000 (преемственность систем).

2. Иерархическая структура критериев качества должна соответствовать иерархии АСУ КП (исходя из принципа наследственности производных систем).

При несоответствии структуры критериев качества структуре АСУ КП комплекс критериев каче- ства отделяется от системы, становится непонятно, где какие критерии применяются. В данном случае была разработана АСУ КП с иерархической структурой, поэтому и структура критериев качества носит иерархический характер (рис. 2).

3. Комплекс критериев должен быть понятен каждому пользователю СУК.

Работнику предприятия должно быть понятно, какого именно результата от него ожидают, поэтому должны быть соблюдены определенные терминология и семантика.

4. Комплекс критериев должен давать возможность однозначного трактования и понимания.

Недопустимо, чтобы критерии качества каждый работник понимал и применял по-своему, поэтому не должно быть избыточности информации.

5. Комплекс критериев должен быть адекватным оцениваемой технической системе и непротиворечивым.

Система измерения критерия должна соответствовать системе измерения показателей изделия, а критерии на всех этапах ЖЦИ и уровнях должны быть логически увязаны.

6. Количество критериев должно быть минимальным и достаточным для объективной оценки качества изделия в АСУ КП предприятия.

Количество критериев не должно быть избыточным: большое количество критериев трудно воспринимается пользователем. Более того, при внимании к незначительным критериям возникает риск недооценки влияния наиболее важных критериев.

7. Комплексность критериев.

Качество изделия следует оценивать в комплексе, то есть оценивать его с позиции не только данного этапа ЖЦИ, но и последующих. Таким образом обеспечивается логическая взаимосвязь работ, выполняемых на более ранних этапах ЖЦИ.

8. Измеримость критериев.

Для оценивания качества показатели изделия необходимо измерять. Измерения будут носить как качественный, так и количественный характер.

9. Детализация критериев.

При переходе на последующие стадии ЖЦИ критерии должны детализироваться, качественные критерии заменяться количественными.

В соответствии со структурой АСУ КП подсистемы 2-го уровня (Rn2), оценивающие качество изделия на соответствующей стадии ЖЦИ, имеют соответствующие стадии критерии качества изделия. Например, в подсистеме управления качеством на стадии разработки технического проекта (ПТ) (R52) установлены следующие частные критерии (рис. 3) [3]:

-      Кp521 (оценивается уровень качества конструкторской проработки изделия, разработанного на стадии ПТ);

-      Кp522 (оценивается уровень качества техно- логической проработки изделия, разработанной на стадии ПТ, то есть захватывает следующие этапы ЖЦИ);

-      Кp523 (оценивается уровень качества документации, разработанной на стадии ПТ).

Подобное разделение позволяет отдельно оценить качество как самой документации, разработанной на данной стадии, так и изделия, то есть информацию, содержащуюся в документации.

Методика принятия решений

В АСУ КП оценка качества изделия ведется на основе количественных и качественных показателей качества и экспертных оценок. Эта информация может быть нечеткой и недостаточно определенной для того, чтобы быть выраженной математическими зависимостями. Адекватная обработка неопределенной информации, где входные данные не являются точными, традиционными методами невозможна, так как не позволяет учесть присущую этим данным неопределенность. При этом нечеткая логика и теория нечетких множеств являются эффективным подходом в решении данной проблемы. Поэтому для описания правил принятия решений АСУ КП эффективно применение продукционных моделей знаний, основанных на нечетком выводе [6, 7].

Продукционные модели нашли широкое применение для представления знаний и вывода заключений в экспертных системах, основанных на правилах. При этом нечеткие правила продукций во многом близки к логическим моделям и позволяют адекватно представить практические знания экспертов и произвести расчет значений комплексных критериев на основе нечетких множеств. Применяя продукционные модели, можно оценить количественные и качественные показатели качества в комплексе.

На основе системы критериев качества и модели нечеткой сети Петри была построена продукционная модель знаний для АСУ КП. Для наглядного представления алгоритма работы продук- ционной модели на рисунке 4 показана ранее смоделированная нечеткая сеть Петри [6].

Рассмотрим подробно продукционную модель на стадии разработки технического предложения (ТП) – оператор P331 (рис. 5).

Обозначения маркировок сети: P=[F, K, R] – множество позиций; T=[T4, T331, T32] – множество переходов.

F4Î{0; 1} – заявка на разработку ТП; T4 – процесс его разработки; Кp331=[K1(P331), K2(P331), K3(P331), K4(P331) ] – множество критериев оценки качества изделия. Каждый критерий комплексно оценивает соответствующую группу количественных показателей качества.

Началом работы на данной стадии является по- дача заявки на разработку ТП, то есть F4=1. После разработки ТП, то есть срабатывания перехода T4, производится его количественная оценка соответствующими показателями качества.

Если F4=1, то K1(P331)=[0, 1], и K2(P331)=[0, 1], и K3(P331)=[0, 1], и K4(P331)=[0, 1], и K1(P332)=[0, 1], и K2(P332)=[0, 1], и K3(P332)=[0, 1].

Полученные количественные оценки показателей качества комплексно оцениваются соответствующим критерием качества, то есть используем алгоритм нечеткого вывода (рис. 6):

Если K1(P331)Î[0, 0, 6], или K2(P331)Î[0, 0, 65], или K3(P331)Î[0, 0, 6], или K4(P331)Î[0, 0, 5], то Кp331=1.

Если K1(P331)Î[0, 6, 0, 9], или K2(P331)Î[0, 65, 0, 95], или K3(P331)Î[0, 6, 0, 9], или K4(P331)Î[0, 5, 0, 9], то Кp331=2.

Если K1(P331)Î[0, 9, 1], и K2(P331)Î[0, 95, 1], и K3(P331)Î[0, 9, 1], и K4(P331)Î[0, 9, 1], то Кp331=3.

Уже на данной стадии можно частично оценить качество ТП: Кp331=1 – качество недостаточное, то есть один или несколько показателей качества данной группы не соответствуют ТЗ; Кp331=2 – качество достаточное, то есть все показатели качества данной группы соответствуют ТЗ; Кp331=3 – качество хорошее, то есть все показатели качества данной группы соответствуют ТЗ и близки к оптимальным.

Комплексная оценка всей стадии разработки ТП производится подсистемой R32 на основе количественных и качественных показателей качества ТП (рис. 7).

Если Кp331Î[1] или Кp332Î[1], то R32=1.

Если Кp331Î[2] и Кp332Î[2; 3], то R32=2.

Если Кp331Î[3] и Кp332Î[2; 3], то R32=3.

По результатам оценки качества разработанного ТП подсистема R32 принимается решение:

-      цикл разработки ТП повторяется, то есть ре- зультат оценки – недостаточное качество изделия;

-      уровень качества изделия на стадии ТП достаточен, и разработка изделия переходит на следующую стадию.

Если R32=1, то F4=1.

Если R32Î[2; 3], то F5=1.

Каждый критерий оператора оценивает свои соответствующие показатели изделия. Оценка производится путем сравнения показателей с допустимыми граничными значениями, которые назначаются исходя из требований ТЗ, безопасности и госстандартов. При этом возможны следующие ограничения показателей:

-      ограничения накладываются только на нижнее значение характеристики изделия, при этом чем выше его абсолютное значение, тем выше качество изделия (рис. 8а);

-      ограничения накладываются только на верхнее значение характеристики изделия, при этом чем ниже его абсолютное значение, тем выше качество изделия (рис. 8б);

-      ограничения накладываются на нижнее и верхнее значения характеристики изделия, при этом чем ближе его абсолютное значение к золотой середине, тем выше качество изделия (рис. 8в);

-      ограничение на простое наличие необходимого показателя, например, наличие защитных ограждений в опасной для человека рабочей зоне;

-      ограничение на отсутствие показателей, например, отсутствие вредных выбросов в окружающую среду.

В заключение отметим, что представленная продукционная модель знаний для АСУ КП позволяет адекватно представить практические знания экспертов и произвести расчет значений комплексных критериев на основе нечетких множеств.

Появляется возможность комплексно оценивать количественные и качественные показатели качества изделия.

Следующими шагами становятся разработка методики работы с АСУ и ее применение на базовом предприятии.

Литература

1.     Колчин А.Ф., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумарков С.В. Управление жизненным циклом продукции. М.: Анархист, 2002. 304 с.

2.     Бурдо Г.Б., Семенов Н.А., Сорокин А.Ю. Модель автоматизированной системы управления качеством в многономенклатурном машиностроительном производстве // Программные продукты и системы. 2013. № 4 (104). С. 248–252.

3.     Бурдо Г.Б., Сорокин А Ю. Модели и критерии автоматизированной системы управления качеством наукоемкой машиностроительной продукции // Гибридные и синергетические интеллектуальные системы: матер. II Междунар. симпоз. Калининград: Изд-во БФУ им. Канта, 2014. С. 78–87.

4.     Дитрих Я. Проектирование и конструирование: системный подход; [пер. с польск.]. М.: Мир, 1981. 456 с.

5.     Кондаков А.И. САПР технологических процессов. М.: Академия, 2007. 272 с.

6.     Борисов В.В., Круглов В.В., Федулов А.С. Нечеткие модели и сети. М.: Горячая линия–Телеком, 2007. 284 с.

7.     Батыршин И.З., Недосекин А.О., Стецко А.А., Тара- сов В.Б., Язенин А.В., Ярушкина Н.Г. Нечеткие гибридные системы. Теория и практика; [под ред. Н.Г. Ярушкиной]. М.: Физматлит, 2007. 208 с.