Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет технологій та дизайну

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність: 05.01.02 - Стандартизація та сертифікація

Структуризація якісних характеристик зносостійких покриттів для підвищення конкурентоздатності продукції машинобудування

Скрипка Костянтин Ігорович

Київ 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України на кафедрі метрології, стандартизації та сертифікації

Науковий керівник доктор технічних наук, доцент Зенкін Микола Анатолійович Київський національний університет технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України, м. Київ, доцент кафедри інженерної механіки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гавриш Олег Анатолійович Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, м. Київ, професор кафедри міжнародної економіки.

доктор технічних наук, професор Тарельник В'ячеслав Борисович Сумський національний аграрний університет Міністерства аграрної політики України, м. Суми, завідувач кафедрою технічного сервісу

Провідна установа Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра управління якістю, м. Донецьк

Захист відбудеться 15 червня 2007 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.01 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий 11 травня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради, доктор технічних наук, професор Березненко С.М.

1. Загальна характеристика роботи

конкурентоздатність машинобудування зносостійкий покриття

Актуальність теми. Підвищення конкурентноздатності деталей машин, на поверхню яких нанесені зносостійкі покриття, подовження ресурсу їх роботи та економного використання матеріальних ресурсів є актуальним завданням для сучасної вітчизняної машинобудівної галузі. Вирішення таких задач на теперішній час значною мірою визначається рівнем використання новітніх інформаційних технологій на всіх етапах життєвого циклу продукції. Аналіз практичних задач щодо забезпечення якості виготовлення та відновлення деталей машин з метою підвищення їх конкурентноздатності показує, що розв'язання проблеми неможливе без впровадження на підприємствах інтегрованих інформаційних систем управління якістю, ефективне функціонування яких забезпечується за рахунок інформатизації та комп'ютеризації процесів виробництва та якісного використання інформаційного ресурсу.

Основною трудністю при створенні інтегрованої інформаційної системи на виробництві є сумісність всіх програмних засобів у контексті уніфікації форматів представлення і збереження даних, правильному розподіленні доступу до них.

На жаль на підприємствах машинобудування ще не достатньо визначені можливості вдосконалення систем управління якістю продукції (СУЯ) за рахунок використання систем обробки інформації та прийняття рішень, що згадується в нормативних документах як певна рекомендація, але такі регламентуючі документи поки що не розроблені.

Процес виготовлення та відновлення зношених деталей машин представляє собою складну багатофакторну задачу, яка потребує для свого рішення розгляду великого масиву різнорідних початкових даних, логічних зв'язків, законів взаємодій, що, в свою чергу, викликає ускладнення у застосуванні інженерних методів розрахунків і потребує використання сучасних інформаційних технологій, одним з елементів яких є експертні системи.

Вирішення таких задач повинно базуватись на науково-обґрунтованих методах застосування інтегрованих експертних систем (ЕС), знанні закономірностей формування якості та відповідному якісному математичному забезпеченні ЕОМ.

Тому проведення комплексних досліджень у сфері підвищення конкурентноздатності деталей машин з нанесеними зносостійкими покриттями на основі застосування методів і моделей представлення знань в інтегрованих експертних системах, розробка нормативної документації, що регламентує порядок використання експертних систем та інтеграцію інтелектуального програмного забезпечення в інформаційні системи управління якістю підприємства, є актуальною задачею для машинобудівної галузі та має науковий і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертаційна робота відповідає напрямкам наукових досліджень Київського національного університету технологій та дизайну, а саме: “Наукові основи комплексних систем проектування та виготовлення продукції в легкій промисловості” (№ державної реєстрації 0199U0030013) з проблем устаткування, систем керування технологічними процесами і контролю якості виробів та “Розробка сучасних інструментальних методів управління підприємством, технологічними процесами виготовлення конкурентноспроможної продукції” (№ державної реєстрації 0105U0023089) з проблем методології розробки нормативної документації інформаційної підтримки життєвого циклу продукції.

Мета й задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення конкурентноздатності продукції машинобудування за рахунок розробки принципів структуризації характеристик якості зносостійких покриттів деталей машин, що забезпечує ефективне функціонування систем прийняття проектних рішень, та механізмів використання інтелектуального програмного забезпечення в автоматизованих системах управління якістю продукції.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

1. Систематизувати та розробити концептуальні та методологічні аспекти вибору механізмів функціонування систем обробки інформації та прийняття проектних рішень при виготовленні та відновленні деталей машин з нанесеними зносостійким покриттями запланованої якості.

2. Розробити методологію формалізації інформації та структур баз даних (БД) і баз знань (БЗ) в системах прийняття рішень при виборі раціональних параметрів виготовлення та відновлення деталей машин на етапі прийняття проектних рішень в процесі підготовки виробництва.

3. Розробити методики та алгоритм формування нормативно-інформаційних логістичних систем оптимізації структури та опису форматів БД та представлення знань в ЕС вибору якісних та кількісних параметрів нанесення зносостійких покриттів. Провести експериментальну перевірку роботи алгоритмічних описів системи та узгодженості їх з технологіями структуризації та систематизації табличних даних для суміщення управляючої структури ЕС із базами даних.

4. Розробити методики ефективної роботи системи прийняття рішень при проектуванні процесу нанесення зносостійких покриттів, яка базується на розробці наукових і практичних підходів до створення інформаційно-логічної моделі процесу, класифікації даних у БД і БЗ для використання форматів даних, зручних для оперування ними, інтерфейсу, форм документів та методики підготовки і введення даних в БД й БЗ.

5. Вибрати стандартні процедури експериментальних досліджень та оцінки ефективності застосування ЕС прийняття оптимальних рішень в технологіях відновлення робочих поверхонь деталей машин з нанесенням зносостійких покриттів, які описані в міжнародних, міждержавних та національних нормативних документах.

6. Розробити методологічні підходи та положення для створення нормативного забезпечення функціонування інтелектуального програмного продукту прийняття проектних рішень на основі розробки стандартів підприємств як нормативно-управляючих документів, що регламентують інформаційно-обмінні процеси в єдиному інформаційному просторі управління якістю продукції.

Об'єкт дослідження. Конкурентноздатність виготовленої та відновленої продукції машинобудування.

Предмет дослідження. Підвищення конкурентноздатності продукції машинобудування за рахунок структуризації та формалізації інформації про якісні характеристики виробів з нанесеними зносостійкими покриттями на етапі прийняття проектних рішень в системі управління якістю продукції.

Методи дослідження. Проведені в роботі дослідження базуються на використанні методів штучного інтелекту, теорії математичної логіки, методів системного аналізу, теорії прийняття рішень, апарату теорії формальних систем, теорії опору матеріалів. У ході досліджень використовувались методи моделювання, порівняння, абстрагування, конструктивізації та експертних оцінок.

Наукова новизна одержаних результатів. Новизна полягає у встановленні закономірностей, структурних взаємозв'язків між інформаційними параметрами якості зносостійких покриттів деталей машин на основі функціонального моделювання інформаційних потоків в СУЯ, у визначенні та систематизації типових прямих та зворотних зв'язків елементів інформаційних систем забезпечення якості прийняття проектних рішень згідно з вимогами стандартів ISO серії 9000:2000.

При цьому одержані наступні результати:

1. Розроблено та реалізовано методологію формалізації показників якості деталей машин в створенні баз даних, баз знань та розрахункових характеристик зносостійких покриттів.

2. Науково обґрунтовано та згруповано вихідні дані про якісні характеристики зносостійких покриттів деталей машин в окремі БД з універсальними форматами їх представлення без втрати інформаційності.

3. Теоретично обґрунтована структура нормативної інформаційно-логічної моделі прийняття проектних рішень експертної системи та описана модель математичного супроводження процесу коригування показників якості зносостійких покриттів у блоці оптимізації кваліметричних характеристик процесору формування рішень на етапі їх прийняття в системі інформаційної підтримки забезпечення якості деталей машин.

4. Вперше сформовано структуру стандартів системи інформаційного забезпечення якості роботи користувачів ЕС на етапі прийняття проектних рішень при виготовленні та відновленні продукції машинобудування та розроблені концептуальні підходи щодо створення нормативної документації та процедур її підготовки.

5. Розроблено методологію, заходи та етапи впровадження систем інформаційної підтримки ЖЦП машинобудування на основі використання сформованої структури стандартів інформаційної системи забезпечення якості роботи єдиного інформаційного простору в СУЯ згідно стандартів CALS-технологій ISO 10303 STEP.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені в дисертації теоретичні та експериментально підтверджені методології структуризації інформації для системи забезпечення якості продукції машинобудування на етапі прийняття проектних рішень в ЕС як основної складової СУЯ реалізовані у наступному:

- перевірені, узгоджені та реалізовані на практиці алгоритмічні описи, правила та процедури роботи з нормативними даними вибору технологій обробки табличних даних для інтеграції управляючої структури ЕС з базами даних вибору раціональних параметрів процесів відновлення деталей машин на етапі прийняття проектних рішень в СУЯ;

- розроблено методику проведення випробувань та виконані експериментальні дослідження, які підтвердили ефективність використання структурованої інформації в базах даних та базах знань в ЕС управління якістю продукції;

- розроблена структурна схема системи прийняття рішень з блоком оптимізації кваліметричних характеристик, розроблені формати БД та взаємозв'язки між ними, які можна використовувати в різних галузях промисловості;

- розроблено й впроваджено структури та формати БД та БЗ ЕС на етапі прийняття проектних рішень з вибору раціональних параметрів відновлення деталей поліграфічних машин на АТЗТ Книга”, м. Київ;

- розроблена методологія використання форматів баз даних управляючої дії та їх синхронізація у відповідності до стандартів ISO 10303 STEP практично реалізована при розробці управляючої програми “ІКС-Скарбничий” та внутрішнього програмного забезпечення реєстратора розрахункових операцій “Міні-ФП3” на підприємстві “Інформаційні комп'ютерні системи”;

- розроблено проект стандарту підприємства “Супроводження програмного забезпечення” як регламентуючого документа в системі інформаційної підтримки СУЯ, положення якого використовуються при обслуговуванні програмного забезпечення “ІКС-Скарбничий” (реєстр. № ІКС-Інж2-001 СТП).

Особистий внесок здобувача. У роботі здобувачем особисто вирішені теоретичні та експериментальні задачі з розробки принципів структуризації інформації в системах прийняття рішень вибору раціональних параметрів нанесення зносостійких покриттів на деталі машин з метою підвищення їх ресурсу роботи на основі побудови інформаційно-логічних моделей систем управління якістю.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідалися на 8 Міжнародних конференціях і семінарах, а саме: “Проблеми управління якістю” (Київ, 2001), “Современные методы сборки в машиностроении и приборостроении” (Свалява, 2002, 2004), “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях” (Славське, 2003), “Качество, стандартизация: теория и практика”, (Ялта, 2004, 2006), “Наукові розробки молоді на сучасному етапі” (Київ, 2005).

Публікації. Основні положення роботи знайшли своє відображення у 18 друкованих працях, з яких 10 статей у наукових журналах і збірниках наукових праць, що входять до переліку ВАК України, 8 тез доповідей на міжнародних науково-технічних конференціях і семінарах, у тому числі 8 робіт опубліковано без співавторів.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Робота викладена на 293 стор. (з додатком), містить 33 рисунки, 14 таблиць, список використаних джерел з 164 найменувань на 15 сторінках і сім додатків на 124 стор.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність розглянутої проблеми, сформульовано мету роботи та задачі досліджень, визначено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі проведено інформаційно-аналітичний огляд і дана критична оцінка стану забезпечення конкурентоздатності деталей машин, на поверхневі шари яких нанесені зносостійкі покриття (ЗП), розглянуто узагальнену структуру СУЯ продукції машинобудування, визначено необхідність застосування інформаційно-пошукових систем на етапі прийняття проектних рішень для виготовлення та відновлення деталей машин із запланованими якісними характеристиками.

Встановлено, що ефективне використання інформаційно-логістичних моделей (ІЛМ) в СУЯ продукції при управлінні інформаційними потоками базується на структуризації інформації та уніфікації форматів представлення даних при побудові систем опису процесів управління якістю виготовлення та відновлення деталей машин з нанесеними зносостійкими покриттями.

Огляд використання інформаційних систем забезпечення якості прийняття проектних рішень в управлінні якістю продукції машинобудування показав, що на сьогоднішній день не достатньо уваги приділяється використанню методів і моделей сучасних інформаційних технологій.

Встановлено, що на даний час, на жаль, немає єдиного науково-методологічного підходу та методичних доробків щодо взаємозв'язку між вимогами до розробки та впровадженню систем якості за стандартами ISO серії 9000 та процесами створення інформаційно-технологічних СУЯ продукції для кожного конкретного виробництва, зокрема на етапі розробки механізмів систем збирання, обробки та прийняття проектних рішень вибору параметрів нанесення ЗП на поверхні деталей машин із запланованими якісними характеристиками. Ці складові в сучасній літературі розглядаються лише на рівні морфологічного аналізу інформаційно-технологічних систем управління даних про вироби, маршрутизації документів та управлінні проектами як складової підсистеми СУЯ без детального аналізу її елементів та параметрів. Відсутність такого аналізу знижує ефективність СУЯ, які впроваджуються на підприємствах машинобудівної галузі.

В результаті аналізу визначено, що з позицій концепції управління інформаційними потоками, логістизація факторів, які впливають на рівень якості в СУЯ, є основним інструментом нормалізації та структуризації для встановлення взаємозв'язків та якісного використання різних видів інформації про процеси виробництва, що в теперішній час не достатньо широко використовується.

Аналіз літературних джерел дозволив встановити, що створенню єдиного інформаційного простору підприємства заважає ряд факторів, серед яких основне місце займає нестача нормативних БД та інформаційно-логістичних моделей (ІЛМ), які б точно описували, зокрема, процеси виробництва та відновлення деталей машин з нанесеними ЗП.

Виконаний аналіз структури керуючих дій логістичної системи формування інформаційних потоків в автоматизованій СУЯ продукції дозволив визначити керуючу систему, до якої надходить інформація про процес формування якості. Стан процесу змінюється під впливом факторів зовнішнього середовища та факторів дій.

Узагальнена структура керуючих дій логістичної системи формування інформаційних потоків показана на рис. 1. Ефективність функціонування такої системи залежить від коректної побудови алгоритму прийняття рішень, з чим і були пов'язані подальші дослідження у роботі.

Рис. 1 Узагальнена структурна схема логістичної системи управління якістю

В доробках вчених, які аналізували інформаційні потоки в системах управління, зазначено, що взаємодію та обмін інформацією у виробничій діяльності представляють вектори U і V, а вся доступна інформація про процеси, якими треба керувати, міститься в М функціях часу. Величина є компонентою М-мірного вектору стану процесу, що керується:

.

Вплив зовнішнього середовища описується інформацією, яка міститься в N-мірному векторі, тобто

.

До керуючої системи надходить інформація про систему (процес), що управляється. Крім того, в цю систему вводяться вектори L і E, які характеризують відповідно обмеження та критерії ефективності функціонування системи в цілому. У керуючу систему надходить інформація, яка міститься у векторах U, Y, X, F, L, E, на основі якої приймаються рішення Z, що перетворюються в управляючі дії - конкретні заходи (r).

Проведений аналіз показав, що реалізація структури логістичної системи управління якістю можлива тільки при встановленні номенклатури дій з керування інформаційними потоками в експертних системах управління якістю продукції для кожного конкретного виробництва, особливо на етапі прийняття проектних рішень.

Для проведення експериментальних досліджень в якості об'єкту були вибрані накочувальні вали друкарських машин, тому що під час роботи деталі цього типу піддаються багатьом видам впливу навантажень і зовнішніх факторів, що дає можливість випробувати різні види моделей поведінки поверхневого шару.

Аналіз використання стандартних технологій структурного системного аналізу, спираючись на досвід зарубіжних розробників програмних продуктів для систем автоматичного проектування (CAD, CAM, CAE, RDM, PDM та ін.) показав, що для розробки елементів структуризації інформації про якісні характеристики і на етапі прийняття проектних рішень для відновлення деталей машин з нанесенням зносостійких покриттів придатні DFD-діаграми, де алгоритми роботи процесору прийняття рішень експертних систем забезпечують прямі й зворотні напрямки інформаційних потоків, які є корегуючими діями для правильного вибору.

Таким чином, визначено, що організація інформаційного забезпечення в СУЯ в кожному конкретному випадку будується на основі інтеграції методів та методологій побудови систем автоматизації етапів ЖЦП, особливо на етапі прийняття проектних рішень при виборі параметрів нанесення зносостійких покриттів із запланованими якісними характеристиками, що дозволить підвищити ресурс роботи деталей машин, забезпечуючи їх конкурентноздатність.

У другому розділі сформовано критерії структуризації якісних характеристик ЗП деталей машин для створення інформаційної моделі системи прийняття рішень як складової частини інтегрованої СУЯ.

В умовах невизначеності та нечіткої вхідної та вихідної інформації запропоновано використовувати узагальнену модель прийняття рішень М, в якій поточна ситуація описується сукупністю кількісних та якісних показників і представлена в загальному випадку як конкатенація нечітких множин лінгвістичних змінних (So), сукупність ситуацій, яка охоплює всі можливі ситуації, доповнюючи поточну ситуацію So (S = (S1,...,Sm), та сукупність кількості критеріїв, які формують набір кількісних та якісних ознак-характеристик (k = (k1,...,km). В процесі пошуку рішення формується безліч можливих рішень x=(x1,...,xk), з яких необхідно вибрати оптимальне рішення xo. Оцінку оптимального пошукового рішення серед безлічі можливих ситуацій ми проводили, використовуючи функцію переваги f(S,k,x), яка може давати абсолютну або відносну оцінку рішень. Ця модель має наступний вигляд: M=(So,S,k,x,xo,f),

Реалізація системи прийняття рішень вибору параметрів нанесення ЗП деталей машин здійснювалася за допомогою спеціально створених БД для аналізу та обробки суб'єктивних оцінок показників якості характеристик процесу нанесення зносостійких покриттів, які одержують від експертів в кількісній і якісній формах та об'єктивних значень параметрів, отриманих в результаті проведених розрахунків з використанням імітаційних числових моделей.

У результаті проведених теоретичних досліджень, спрямованих на розробку структури ЕС “Зносостійкі покриття - Відновлення” і структуризацію процедур системи прийняття проектних рішень вибору раціональних параметрів нанесення ЗП деталей машин із запланованими якісними характеристиками, конкретизовані правила й оцінка процесу вибору оптимальних рішень з урахуванням інтегральної оцінки їх якості.

Побудова структури БД та БЗ в системах збору та обробки інформації, їх взаємодія з розрахунковими модулями ЕС виконувалась з урахуванням ідентифікації моделі зносу деталі і включала наступні етапи: аналіз експериментальних даних і вибір моделі зношування, оцінка значень коефіцієнтів моделей зношування та перевірка адекватності моделей, вибір рівнянь, що описують поведінку деталі з урахуванням механізму зношування, розробка методики і алгоритму розрахунку, виконання розрахунків і аналіз результатів.

Для розв'язання багатофакторної задачі вибору оптимальних рішень для нанесення ЗП в роботі вибрані фактори, що впливають на якість поверхневого шару валів друкарських машин, зміцнення яких забезпечується нанесенням металокерамічних покриттів методом газоплазмової наплавки.

Розроблені блок-схема, прототип експертної системи та методологія вибору розрахункових моделей механізмів зношування деталей машин.

Якість вибору проектного рішення на кожному етапі визначалася за сукупністю одиничних критеріїв, де в умовах мінімуму витрат функцію прийняття оптимального технічного рішення (ТР) прийнято як

К(ТРопт) = min K(TP), TPU

де U - множина припустимих рішень (область припустимих рішень обмежується показниками якості, умовами виробництва тощо).

Теоретичні дослідження з розробки моделей для функціонування алгоритму прийняття рішень дозволили розробити структуру ЕС прийняття проектних рішень процесу виготовлення та відновлення деталей машин із зносостійкими покриттями, до якої вперше введено блок оптимізації кваліметричних характеристик покриттів (рис. 2).

Рис. 2 Структура експертної системи “Зносостійкі покриття - Відновлення”

Структуризація баз знань експертної системи “Зносостійкі покриття - Відновлення” та окремих БД, що містять систематизовану інформацію, зокрема, про якісні характеристики ЗП, створює умови ефективного функціонування ЕС. Так, у БД “Форма” містяться описи і графічні зображення основних типів форм деталей, БД “Поверхня” містить не тільки кількісні, а й якісні параметри поверхневого шару з різних матеріалів, БД “Середовище” зберігає інформацію про фактори агресивності середовища режиму експлуатації, такі як температура, вологість, абразивність та ін., у БД “Покриття” міститься інформація про різні типи покриттів, БД “Матеріал” містить інформацію про матеріал деталі, його адгезійні властивості тощо та БД “Знос” містить інформацію про закони зносу деталей, пар деталей і моделі руйнування й спрацьовування деталей.

Обробка інформації з вищенаведених баз у модулі “Експерт” дає можливість скорегувати правила для коректного вибору покриття. Блок оптимізації кваліметричних параметрів дає можливість коригувати процес вибору оптимальних параметрів нанесення ЗП з запланованими якісними характеристиками за рахунок введення й урахування техніко-економічних показників, які є важливим критерієм при одиничному й дрібносерійному виробництві.

Науково обґрунтовані послідовність обробки даних в блоці оптимізації кваліметричних характеристик ЗП, структура загальної системи забезпечення ресурсу роботи деталі на основі взаємодії елементів СУЯ при відновленні деталей машин, а також структура інформаційної підтримки роботи ЕС, яка організовує адаптивне проектування рецептури нанесення ЗП при виготовленні та відновленні за рахунок зміцнення поверхні деталі. Використання системного структурного аналізу при виборі техніко-економічних показників дало широкі можливості синтезу різноманітних сплавів для захисних покриттів та можливість отримання сплаву на етапі прийняття проектного рішення для конкретної виробничої ситуації, що є основним важелем у плануванні структури й форматів баз знань експертної системи СУЯ.

У третьому розділі виконані експериментальні дослідження, метою яких було підтвердити розроблені теоретичні положення та перевірити адекватність функціонування логістичної системи збору, обробки інформації предметної області “Зносостійкі покриття - Відновлення” на нових та відновлених деталях друкарських машин в умовах виробництва поліграфічної продукції на промисловому обладнанні АТ „Книга”, м. Київ.

Ефективність роботи автоматизованої системи прийняття проектних рішень перевірялась на основі розробленої в процесі виконання досліджень методики обробки результатів експертного опитування з визначенням вагових коефіцієнтів та значимості факторів впливу на правила вибору раціонального рішення, розрахунок яких проводиться в блоці оптимізації кваліметричних характеристик ЕС. Для оцінки якості прийняття експертного рішення при використанні систем прийняття рішень у виробничих умовах нами запропонований алгоритм перевірки компетентності експертів на основі критичної статистики 2 (рис. 3).

В умовах однорідності групи експертів та відсутності протилежних точок зору по суті питання, що розглядається, слід очікувати, що у загальній сукупності ранжировок (R) матриця рангів буде мати одиничний ранг (у математичному розумінні) (L). Ця обставина дозволяє звести задачу оцінки ступеня погодженості думок експертів до задачі регресійного аналізу, пов'язаної з оцінкою несуперечливості регресійної моделі наявним вхідним даним. Регресійна модель, що прогнозується для нашого випадку має вигляд

R=L + , (1)

де - матриця залишкових випадкових компонент (матриця регресійних залишків).

Всі матриці у співвідношенні (1) мають однакову вимірність N n (N - кількість експертів, n - кількість показників, що аналізуються). Прогнозована матриця L визначається наступним співвідношенням

, (2)

де Gl, sl - власні вектори матриць та (“Т” - знак транспонування), що відповідають максимальному власному значенню цих матриць.

Рис. 3 Блок-схема алгоритму обробки результатів експертного опитування

Якщо задати величину дисперсії Do у загальній сукупності ранжировок за стовпцями матриці , яка чисельно характеризує вірогідність результатів розрахунку коефіцієнтів вагомості показників якості, то для оцінки можливості прийняття гіпотези про відповідність вхідних даних прийнятої регресійної моделі можна використовувати наступну критичну статистику гама квадрат

, (3)

де tr(A) - сума діагональних елементів матриці A.

Припускаючи, що дані розрахунків за рівнянням (3) розподілені за законом 2 з n(N-1) ступенями свободи, ми зробили висновок, що рішення про прийняття гіпотези приймається при виконанні умови

, (4)

де - значення - ї точки 2 розподілу з n(N-1) ступенями свободи, - ймовірність помилкового рішення.

При виконанні умови (4) прогнозована матриця L може бути використана для розрахунку коефіцієнтів вагомості показників якості, що аналізуються.

При невиконанні умови (4) зі складу групи слід виключити експерта, думка якого істотно відрізняється від думки групи, номер якого в таблиці опитування відповідає умові

,

де dk - k-й діагональний елемент матриці {RRT-LLT}.

Методика, яка застосовується в нашому випадку, дозволяє уникнути великих розбіжностей при певній недовірі до точки зору експерта і її прийнято за основний алгоритм обробки даних в блоці оптимізації кваліметричних характеристик при переведенні якісних параметрів покриттів в кількісні для подальшої обробки в процесорі прийняття рішень.

Перевірка адекватності математичних, алгоритмічних моделей, ефективності роботи інтелектуальних програмних засобів в експертних системах предметної області “Зносостійкі покриття - Відновлення” проводилась на нових та відновлених деталях друкарських машин на обладнанні поліграфічного підприємства АТ “Книга” м. Київ.

Випробування проводились згідно з положеннями стандартів щодо проведення скорочених випробувань складних виробів (ГОСТ 27.002-89 та ГОСТ 15971-90), в яких визначені плани скорочених випробувань та методи визначення мінімального об'єму спостережень для планів проведення скорочених випробувань. Розроблена система збору та обробки інформації використовує методи обчислення оцінок якісних характеристик ЗП за параметрами найбільш поширених законів розподілу в залежності від планів випробувань. Проведення програмних випробувань базувалося на відтворенні умов експлуатації деталей машин, стохастична природа яких враховувалась за рахунок того, що випробування виконувались при одночасній дії силових та теплових факторів з програмним навантаженням на працюючі складні вироби (накочувальні вали друкарських машин) спеціальними пристроями. Умови випробувань повністю відображали спектр експлуатаційних впливів на деталі машин.

Експериментальні дослідження з перевірки роботи ЕС прийняття проектних рішень на етапі вибору раціональних параметрів зміцнення поверхневого шару деталей друкарських машин виконувались в кілька етапів: на першому етапі проводилася оцінка зносу поверхневого шару деталей машин методом вимірювання фізико-механічних характеристик покриттів (ГОСТ 9450-76), на другому - оцінка зносу поверхневого шару деталей машин (ДСТУ 2850-94) методом порівняння характеристик зносу накочувальних валів друкарських машин, на третьому - перевірка коректності результатів порівняльного експерименту методом триботехнічних випробувань (ДСТУ 3366 _ 96).

Експериментально підтверджено, що на етапі прийняття проектних рішень використання ЕС при виборі раціональних параметрів нанесення зносостійких покриттів в процесах відновлення деталей друкарських машин час вибору режимів нанесення зносостійких покриттів скоротився майже в 2 рази. Деталі, відновлені за рекомендаціями, виданими ЕС, мають значно меншу спрацьованість робочої поверхні і супроводжуються стабільним відтворенням захисних структур поверхонь тертя при забезпеченні економії матеріалу захисного покриття.

У четвертому розділі приведені апробовані принципи роботи та послідовність створення структур спеціалізованих БД і БЗ в ЕС СУЯ, що базуються на використанні однакових стандартизованих форматів даних. Вони дають можливість перетворити процесор прийняття рішень ЕС на універсальне ядро модуля прийняття рішень, який не залежить від галузі його використання.

В результаті практичної перевірки різних форматів даних було визначені оптимальні для ефективного функціонування систем прийняття рішень структури даних у БД (кодів і типів даних значень відповідних полів), логічні зв'язки між ними, які були розроблені та описані у відповідності до стандартів CALS_технологій ISO 10303 STEP (рис. 4).

Кодування всередині БД відбувається за певними правилами: коди в кожній базі є унікальними, якщо вони є ключовими; числові поля кодів не мають; з кодами полів оперують тільки при обробці символьних та графічних полів, а режими кодуються таким чином, щоб у процесорі прийняття рішень можна було отримати числовий ідентифікатор технологічного режиму, який включає всі складові. Для кодування показників якості використовували чотирьохзначне ціле число, старші два розряди якого означали номер групи показників, а молодші два - номери показника.

Запропонована для впровадження програмна реалізація першого прототипу ЕС виконана на основі стандартних визначень UML (розробка проекту програмного засобу), мови програмування Java (середовище для розробки програмного продукту Java 2 Software Development Kit Standard Edition, Version 1.3.0). Для розробки модулів обробки БД та БЗ, пов'язаних із стандартними функціями й інтерфейсом “Користувач - ЕС” експертної системи, використано відкритий код пакету RDFExpert фірми Baltimore Technologies ltd.

На основі результатів апробації експертної системи “Зносостійкі покриття - Відновлення” розроблені положення, процедури й процеси стандарту підприємства “Супроводження інтелектуального програмного забезпечення”, який затверджений до використання на підприємстві “Інформаційні комп'ютерні системи”, м. Київ. Положення, викладені у вищеназваному стандарті підприємства, дають змогу удосконалити нормативне забезпечення засобів інформаційної підтримки ЖЦП в СУЯ, а також мають уніфіковану структуру, придатну для широкого використання.

Рис. 4 Схема логічних зв'язків баз даних та їх кодування: а - коди полів і зв'язки між ключовими полями БД; б - зв'язки між ключовими полями БЗ та БД; в - кодування показників у ключових полях

В роботі визначені положення та етапи впровадження інформаційних технологій в СУЯ підприємств машинобудівної галузі, розроблено методологічні схеми послідовної реалізації проекту розробки й впровадження автоматизованої СУЯ як інтегрованої інформаційної системи логістично-інформаційної підтримки ЖЦП, сформульовані проблеми кожного етапу реалізації та описані очікувані результати.

Таким чином, практична інтеграція інтелектуального програмного забезпечення, розробленого на основі структуризації якісних характеристик зносостійких покриттів, в комплексну систему УЯП підприємств машинобудування будується на узгодженості форматів представлення даних на етапі вивчення пропозицій щодо складання проекту розробки й впровадження КС УЯП для кожного конкретного випадку.

Практичне застосування ЕС вибору раціональних параметрів нанесення зносостійких покриттів при відновленні деталей друкарських машин дозволило досягти значного економічного ефекту від її впровадження у виробничий процес.

Висновки

1. На основі інформаційно-аналітичного огляду стану проблеми забезпечення конкурентноздатності продукції машинобудування виявлено необхідність розробки спеціальних структур нормативних даних для систем прийняття проектних рішень вибору параметрів нанесення зносостійких покриттів із запланованими якісними характеристиками.

2. Встановлено, що теоретичною базою розробки нормативного забезпечення побудови і використання інформаційних систем є форми структурного аналізу взаємозв'язків баз даних, баз знань та розрахункові моделі формалізації вибору показників якості зносостійких покриттів в експертних системах управління якістю продукції. Це дозволяє розробляти системи управління нормативно-інформаційною базою даних на етапі прийняття проектних рішень з використанням алгоритмів штучного інтелекту.

3. Розроблено системи й структури інформаційно-логістичних та математичних моделей прийняття проектних рішень в експертних системах управління якістю продукції, які забезпечують якість використання інформації в систематизованих та уніфікованих базах даних та базах знань при формуванні та виборі параметрів нанесення зносостійких покриттів деталей машин.

4. Визначені закономірності та склад системи цілей інформаційно-логічних моделей системи управління якістю та взаємозв'язок із системою управління інформаційними потоками в реалізації представлення знань про предметну область в структурі експертної системи як складової інформаційної системи управління якістю продукції на етапі прийняття проектних рішень.

5. Запропоновано модель та методику формування нормативно-інформаційних логістичних систем на основі структурного підходу до процесу розробки проектних рішень.

6. Розроблена й описана модель математичного супроводження процесу коригування показників якості зносостійких покриттів у блоці оптимізації кваліметричних характеристик експертної системи на етапі прийняття проектних рішень при виборі параметрів відновлення деталей машин. Розв'язана задача оптимізації режимів зміцнюючих технологій поверхні деталей за рахунок коригування вагових коефіцієнтів для формування правил баз знань та забезпечення якості роботи цієї системи. Побудовано інформаційну модель прийняття рішень в експертній системі управління якістю продукції предметної області “Зносостійкі покриття - Відновлення”.

7. Розроблені методика, алгоритм обробки результатів експертного опитування з визначенням вагових коефіцієнтів та значимості факторів впливу на правила вибору раціонального рішення, розрахунок яких проводиться в блоці оптимізації кваліметричних характеристик ЕС.

8. Розроблена та описана структура баз даних експертної системи „Зносостійкі покриття - Відновлення”, схема логічних зв'язків БД та структура алгоритмів роботи ЕС у відповідності до стандартів CALS_технологій ISO 10303 STEP.

9. Розроблено проект стандарту підприємства на супроводження інтелектуального програмного забезпечення, як складової частини системи управління якістю, що є одним із регламентуючих документів у процесному управлінні підприємством.

10. Експериментально та практично підтверджено, що використання систематизованих, структурованих та уніфікованих нормативних баз даних та баз знань експертних систем вибору раціональних параметрів нанесення зносостійких покриттів в процесах відновлення деталей друкарських машин на етапі прийняття проектних рішень скоротило час розробки рецептури майже вдвічі, ресурсу роботи деталі подовжений більш ніж на 10%, а економічний ефект від впровадження системи прийняття проектних рішень складає понад 35 тис. грн. на рік.

Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Скрипка К.І., Богданов М.Г. Експертна система якісного аналізу економічної спроможності підприємств // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини, Зб. наукових праць. - 2001. - № 9. - С. 192 _ 196.

2. Ляшенко Б.А., Зенкін М.А. Скрипка К.І. Від банку даних до баз знань у технології відновлення деталей машин // Вісник Технологічного Університету Поділля, Ч.1 Технічні науки. - 2001. - № 3. - С. 217 _ 220.

3. Скрипка К.І., Швецький Б.О. Використання UML для розробки систем збору, обробки інформації і прийняття рішень // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2001. - №5. - С. 234 _ 238.

4. Скрипка К.І. Бази знань і експертні системи. Повідомлення 1 // Легка промисловість. - 2001. - №4. - С. 58 _ 59.

5. Скрипка К.І. Бази знань і експертні системи. Повідомлення 2 // Легка промисловість. - 2002. - №1. - С. 58 _ 59.

6. Скрипка К.І. Методи оцінки технічного рівня виробів і продукції // Вісник Технологічного Університету Поділля, Ч.2 Технічні науки. - 2002. - № 3. - С. 243 _ 249.

7. Скрипка К.І., Зенкін M.А. Системний підхід до проектування та виробництва захисних покрить //Збірник наукових праць “Наукові нотатки”, Луцьк, 2003, - С. 303 _ 308.

8. Скрипка К.І., Зенкін M.А. Експертна система автоматизованого вибору способів відновлення спрацьованих деталей // Вісник Житомирського державного технологічного університету. - 2004. - № 1. - С. 66 _ 68.

9. Скрипка К.І., Волков О.І. Інформаційне забезпечення процесу оцінки складної наукоємної продукції // Научно-технический журнал “Технологические системы”. - 2004. - № 5-6. - С. 21 _ 23.

10. Скрипка К.І. Нормативне забезпечення процесів життєвого циклу інтелектуального програмного забезпечення //Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. Зб. наукових праць. - 2005. - №6. - С. 66 _ 69.

11. Скрипка К.І., Зенкін М.А. Інформаційне забезпечення конкурентоспроможності продукції // Проблеми управління якістю: Матеріали першої Всеукраїнської наукової конференції, Київ, 2001, - C. 49 _ 51.

12. Скрипка К.И., Зенкин Н.А. Куроптева Е.О. Информационное обеспечение процесса управления качеством // Современные методы сборки в машиностроении и приборостроении: Материалы второго международного научно-технического семинара (26-28 февраля 2002 г.), Свалява, 2002, - C. 83 _ 84.

13. Скрипка К.И., Зенкин Н.А. Методология обеспечения качественных характеристик покрытия при изготовлении и эксплуатации деталей // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях: Материалы третьей промышленной конференции (24-28 февраля 2003 г.) Славское, 2003, - C. 193 _ 194.

14. Скрипка К.І. Моделювання технологічного процесу формування зміцнюючого покриття // Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении: Материалы четвертого международного научно-технического семинара (24-26 февраля 2004 г.), Свалява, 2004, _ C. 160 _ 162.

15. Скрипка К.І. Нормування кваліметричних характеристик покриттів для відновлення деталей // Качество, стандартизация, контроль: теория и практика: Материалы четвертой международной научно-практической конференции (28-30 сентября 2004 г.), Ялта, 2004, - С. 68 _ 69.

16. Синько О.Ю., Неволько А.М., Скрипка К.І. Автоматизовані системи контролю якості вимірювань об'ємів сипучих речовин // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: Матеріали четвертої всеукраїнської ювілейної конференції молодих вчених та студентів (17-19 травня 2005 р.), Київ, 2005, - С. 25.

17. Скрипка К.І. Методологія вдосконалення інформаційної підтримки життєвого циклу продукції машинобудування // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: Матеріали четвертої всеукраїнської ювілейної конференції молодих вчених та студентів (17-19 травня 2005 р.), Київ, 2005, - С. 34.

18. Скрипка К.І. Методологічна схема впровадження системи інформаційної підтримки життєвого циклу продукції машинобудування // Материалы шестой международной научно-практической конференции (26-28 сентября 2006 г.), Ялта, 2006, - С. 176.

Анотація

Скрипка К.І. Структуризація якісних характеристик зносостійких покриттів для підвищення конкурентноздатності продукції машинобудування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 - стандартизація та сертифікація. - Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2007.

У дисертації вирішена актуальна науково-технічна проблема підвищення конкурентноздатності продукції машинобудування за рахунок розроблених принципів структуризації характеристик якості зносостійких покриттів деталей машин, що забезпечує ефективне функціонування систем прийняття проектних рішень.

У роботі теоретично обґрунтована та розв'язана задача оптимізації вибору раціональних параметрів нанесення газоплазмових зносостійких покриттів на поверхню деталей машин, доведена ефективність роботи експертної системи, процесор прийняття рішень якої побудований на використанні стандартного байєсовського механізму логічного висновку. Розроблено алгоритм обробки даних в блоці оптимізації кваліметричних характеристик зносостійких покриттів та структура загальної системи забезпечення ресурсу роботи деталі на основі взаємодії елементів системи управління якістю при виготовлення та відновленні деталей машин. Розроблені методологія, заходи та етапи впровадження систем інформаційної підтримки життєвого циклу продукції машинобудування на основі використання сформованої автором структури стандартів інформаційної системи забезпечення якості роботи єдиного інформаційного простору в системі управління якістю згідно стандартів CALS-технологій ISO 10303 STEP.

Ключові слова: зносостійкі покриття, показник якості, структуризація, експертна система, конкурентноздатність продукції машинобудування.

Аннотация

Скрипка К.И. Структуризация качественных характеристик износостойких покрытий для повышения конкурентоспособности продукции машиностроения. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 - Стандартизация и сертификация. - Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2007.

Решена актуальная научно-техническая проблема повышения конкуренто-способности продукции машиностроения за счет разработанных принципов структуризации характеристик качества износостойких покрытий деталей машин, обеспечивающей эффективное функционирование систем принятия проектных решений.

Регламентирование этих структур предусматривает разработку нормативной документации, которая устанавливает порядок использования экспертных систем, а также мероприятий по интеграции интеллектуального программного обеспечения в информационные системы управления качеством предприятия.

Организация информационного обеспечения в системе управления качеством продукции машиностроения в каждом конкретном случае строится на основе интеграции методов и методологий построения систем принятия проектных решений при выборе параметров нанесения износостойких покрытий с запланированными качественными характеристиками, что позволяет повысить ресурс работы изготовленных и восстановленных деталей машин, обеспечивая их конкурентоспособность.

Эффективность работы автоматизированной системы принятия проектных решений проверялась на основе разработанной в процессе выполнения исследований методики обработки результатов экспертного опроса с определением весовых коэффициентов и значимости факторов влияния на правила выбора рационального решения. Предложена методика оценки компетентности экспертов по отношению к качеству принятия экспертного решения на основе критической статистики 2.

Работа алгоритмических описаний и блок-схем информационно-логистической системы была проверена на примере выбора материалов и оптимизации параметров процесса нанесения износостойких покрытий на рабочие поверхности раскатных валов полиграфических машин с использованием созданного в рамках исследований первого прототипа программного продукта - экспертной системы “Износостойкие покрытия - Восстановление”.

По результатам проведенных исследований были разработаны методология функционирования экспертной системы выбора параметров нанесения износостойких покрытий на поверхности деталей машин в процессе их изготовления и восстановления, а также методологические подходы и положения нормативного обеспечения функционирования комплекса интеллектуального программного продукта в экспертных системах принятия проектных решений системы управления качеством машиностроительных предприятий.

Для эффективного использования интеллектуального программного обеспечения был разработан проект стандарта предприятия на сопровождение программного обеспечения, в котором особое внимание уделено процессу подготовки и ввода данных в базы данных и базы знаний экспертной системы. Положения, изложенные в вышеназванном стандарте, дают возможность усовершенствовать нормативное обеспечение средств информационной поддержки жизненного цикла продукции машиностроения в целом в системах управления качеством и имеют унифицированную структуру для широкого использования. Разработанные методики, стратегии и положения применены при разработке проекта стандарта, который предназначен обеспечить качество функционирования интеллектуального программного обеспечения в общем информационном пространстве системы нормативно-информационной поддержки жизненного цикла продукции.

Практическая интеграция интеллектуального программного обеспечения, разработанного на основе структуризации качественных характеристик износостойких покрытий, в комплексную систему управления качеством продукции машиностроения строится на согласованности форматов представления данных на этапе изучения предложений по составлению проекта разработки и внедрения комплексной системы управления качеством продукции для каждого конкретного случая. Поэтому для обеспечения такой согласованности были использованы положения стандартов CALS-технологий.

Разработаны методология, мероприятия и этапы внедрения систем информационной поддержки жизненного цикла продукции машиностроения на основе использования сформированной автором структуры стандартов информационной системы обеспечения качества работы единого информационного пространства в системе управления качеством согласно стандартов CALS-технологий ISO 10303 STEP.

Ключевые слова: износостойкие покрытия, показатель качества, структуризация, экспертная система, конкурентоспособность продукции машиностроения.

Summary

Konstantin I. Skrypka Structurization of Quality Parameters of Wearproof Coatings for Rising of Competitiveness of Machinery Products. - The manuscript.

The dissertation for the scientific degree of candidate of engineering sciences on speciality 05.01.02 - Standardization and Certification. - Kyiv National University of Technologies and Design, Kyiv, 2007.

In dissertation the actual scientific and technical problem of rising of competitiveness of machinery products due to the developed principles of structurization of details of machines wearproof coatings quality characteristics, that provides the effective functioning of the artificial intellect systems, was solved.

In the thesis the problem of optimization of choice of rational parameters of applying of PVD wearproof coatings on the surface of details of machines was established and solved, efficiency of work of all system and block of qualimetric characteristics' optimization of expert system was proved, the decision processor of which have been built on the standard Bayes mechanism of logical conclusion. The methodology, measures and stages of integration of the systems of information support of machinery products life cycle on the basis of the use of formed by an author structure of standards of the information system of providing of quality of work of total information environment in the quality management system in obedience to the standards of the CALS-technologies ISO 10303 STEP were developed.

Keywords: wearproof coatings, quality index, struсturization, expert system, competitiveness of machinery products.

Размещено на Allbest.ru

...