автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системный анализ и управление процессами контроля изделий машиностроения

На правах рукописи 003053Т12

Болычбвцевл Любовь Алексеевна

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Специальность 05.13.01 -

Системный анализ, управление и обработка информации (в машиностроении)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курск -

2007

003053712

Работа выполнена в

Курском государственном техническом университете на кафедре «Конструирование и технология электронно-

вычислительных средств»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Шлыков Виктор Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кореневский Николай Алексеевич;

кандидат технических наук, доцент Жмакин Анатолий Петрович

Ведущая организация:

Рязанская государственная радиотехническая академия

Защита состоится: / мауог^а. 2007 года в

на заседании диссертационного совета Д212.105.03 при Курском государственном техническом университете

по адресу: 305040, ул. 50 лет Октября 94 (Конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курского государственного технического университета

Автореферат разослан « 2 » 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.105.03

Ф. А. Старков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема качества продукции возникла одновременно с рождением производства, и поскольку производство существует и развивается, актуальность ее будет расти. В условиях становления и упрочения рыночных отношений вопросы совершенствования контроля качества стоят для производителя массовой продукции на одном из первых мест.

Для того чтобы иметь возможность наладить, стабилизировать, а затем и наращивать производство, предприятие должно выпускать успешно продающийся продукт. Но если еще несколько лет назад неискушенный отечественный потребитель выбирал товар, ориентируясь в основном на его цену, то сегодня одной из главных гарантий конкурентоспособности товара является его качество.

Рост требований к качеству выпускаемой продукции влечет за собой существенные затраты на развитие и совершенствование технического контроля, в отдельных отраслях превышающие половину себестоимости продукции. Но из-за несовершенства методик контроля зачастую имеют место как приемка негодных изделий, так и отнесение к браку годных, что приводит к серьезным материальным потерям (на ряде предприятий машиностроения потери достигают полутора процентов себестоимости некоторых видов деталей).

Поэтому предприятия, не равнодушные к своему имиджу и перспективам развития, ставят перед учеными научно-техническую задачу повышения качества контроля как процедуры.

Существенный вклад в решение этой задачи, начиная с основоположника теории контроля Н. А. Бородачева, внесли отечественные ученые Ю. К. Беляев, Л. Г. Евланов, М. А. Земельман, Л. К. Исаев, В. Д. Кудрицкий, И. Н. Рыбаков, М. П. Цапенко, И. М. Шенброт и др. Структурно-алгоритмическое направление исследований, описываемое понятиями «многоэтапный контроль», «последовательный контроль» и т. п., нашло свое отражение в трудах А. С. Бондарев-ского, Е. Т. Володарского, Н. А. Рубичева и др.

В настоящее время повышение качества контроля в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности обеспечивается в основном за счет использования прецизионной аппаратуры. Однако такой, «инструментальный», путь, не исключая полностью ошибок при приемке изделий, влечет за собой существенное увеличение стоимости контроля. Поэтому именно структурно-алгоритмическое направление в теории контроля в настоящий момент представляется наиболее перспективным. Оно не раскрыло пока своих потенциальных возможностей, поскольку из-за сложности подобных структур и их слабой теоретико-методологической проработки они не получили пока ни официального научного признания, ни широкого практического использования.

Таким образом, в настоящее время сложилась проблемная ситуация, которая может быть определена как противоречие между потребностями производства в обеспечении высокого качества измерительного контроля технических объектов в машиностроении и отсутствием научно обоснованных с единых системных позиций методов структурной организации контроля. Данное противоречие предопределяет выбор цели научного исследования.

Проведенная характеристика рассматриваемой предметной области позволяет утверждать, что тема диссертационных исследований является своевременной и актуальной.

Связь работы с научными программами, темами. Положения работы использованы при создании оборудования для комплексной отладки систем авиационной техники в ОКБ «Авиаавтоматика».

Основная часть диссертационной работы выполнена в рамках тематического плана научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет», проводимых по заданию Федерального агентства по образованию Российской Федерации в 2004 — 2005 годах.

Цель исследования - повышение качества числового измерительного контроля за счет разработки его структурной организации на основе системного анализа процессов контроля технических объектов в машиностроении.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели требуется осуществить решение комплекса взаимосвязанных задач:

- установление и систематизация функционального назначения различных модификаций средних рисков в структуре числового измерительного контроля;

- установление информативных показателен объектов контроля, позволяющих трактовать контролирующую систему (КС) как линейный преобразователь информации; нахождение исчерпывающих характеристик КС, линейно связывающих ее входные и выходные переменные;

- формулировка и обоснование общих свойств числового измерительного контроля на базе его линейной модели;

- анализ возможных составных структур контроля, построенных путем комбинирования типовых контролирующих систем;

- синтез составной КС из ее типовых структур, алгоритмическая и программная реализация составной КС, удовлетворяющей заданным требованиям к качеству контроля.

Объект исследований — числовой измерительный контроль технических объектов машиностроения и приборостроения.

Предмет исследований - математические модели и методы структурной организации измерительного контроля промышленных объектов.

Методы исследования базируются на применении общих подходов и положений метрологии, теории контроля, теории автоматического управления, специальных разделов математики, в частности, методов теории вероятностей и математической статистики в приложении к задачам массового производства, методов математического моделирования и обработки информации.

Научная новизна диссертационных исследований. На базе проведенного системного анализа числового контроля:

- предложена линейная математическая модель КС, при использовании которой формализация качественных показателей контроля отличается значительно меньшим уровнем вычислительной сложности по сравнению с существующими методами формализации;

- разработан аппарат весовых множителей КС, который, в отличии от известных методов исследования, позволяет проводить количественное оценивание основных характеристик составного контроля;

- предложен новый структурно-алгоритмический метод совершенствования измерительного контроля технических объектов, позволяющий повысить его качество;

- разработана общая процедура принятия решений в рамках различных схем контроля (включая составной контроль), являющаяся основой для формирования перспективных КС.

Практическая значимость и результаты внедрения диссертационных исследований.

Полученные результаты позволяют весомо снизить риски заказчика при умеренном росте рисков изготовителя и могут быть использованы при:

- совершенствовании технологии производства продукции машиностроительной промышленности;

- оценках качества функционирования действующих систем контроля;

- проектировании новых средств автоматического и автоматизированного контроля изделий машиностроения, приборостроения.

Полученные научные результаты могут являться базой для дальнейших системных исследований измерительного контроля и разработки его частных методик в машиностроении, а также могут быть распространены на другие области техники.

Предложенные алгоритмы и схемы технического контроля внедрены в производство в ОКБ «Авиаавтоматика» при создании комплекса полунатурного моделирования изделий авиационной техники в виде:

- схемы составного контроля изделий на стендах отладки, сдачи и испытаний;

- алгоритма и программы отладки комплексов авиационной техники.

В Курск ГТУ результаты диссертационных исследований использованы при подготовке бакалавров по направлению 210202.62 «Проектирование и технология ЭС» при изучении дисциплины «Управление качеством электронных средств».

Основные результаты, выносимые на защиту:

- линейная математическая модель контролирующей системы, значительно упрощающая нахождение качественных показателей числового измерительного контроля;

- аппарат весовых множителей каналов контролирующей- системы, применимый для исследования сложных контролирующих систем;

- способ повышения качества числового измерительного контроля на основе комбинирования типовых КС в рамках структурно-алгоритмической организации контроля.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе результатов подтверждаются полнотой и корректностью исходных посылок, обоснованностью теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов, качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как автором, так и другими исследователями.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований докладывались на нескольких международных научных конференциях, в том числе: на Международной научно-технической конференции «Информационная техника и электромеханика» (ИТЭМ), 22-24 апреля 2003 года, г. Луганск, Украина;

на Международной научной конференции по математическому моделированию, 9-14 сентября 2003 года, г. Херсон, Украина;

'на IV Международной научно-технической конференции «Распознавание -2003», 22-25 октября 2003 года, г. Курск, Россия;

на Международной научной конференции по вычислительной математике МКВМ - 2004, 21-25 июня 2004 года, г. Новосибирск, Россия;

на IV Международной научно-технической конференции «Метрология-2004», 12-14 октября 2004 года, г. Харьков, Украина;

на V Международной научно-технической конференции «Распознавание -2005», 10-13 октября 2005 года, г. Курск, Россия;

на Международной научной конференции по математическому моделированию, 6-10 сентября 2005 года, г. Феодосия, Украина;

на VIII Международной конференции по математическому моделированию, 12-16 сентября 2006 года, г. Феодосия, Украина;

на V Международной научно-технической конференции «Метрология 2006», 10-12 октября 2006 года, г. Харьков, Украина.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 11 журнальных статей, 6 - в сборниках научных трудов и материалах конференций; 7 работ опубликовано в зарубежных изданиях. 5 статей [1-3, 8, 10] опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК России.

Личный вклад соискателя. Все научные положения и результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. Личный вклад в совместных публикациях таков:

[1, 15] - дан критический анализ средних рисков, предложена их классификация, определены их место и роль в структуре системы контроля; [2, 4] -предложена математическая модель косвенного конгроля, выполнен ее анализ; [3] - разработан общий подход и исследованию текущего контроля; [5, 13] - дан сравнительный анализ процедур контроля и распознавания образов, построены их математические модели; [6] - выведены математические зависимости между условными и безусловными средними рисками; [7] — выпол-

нен методологический анализ числового контроля, исходя из основополагающего принципа его организации; [8] - построена линейная математическая модель числового контроля; [9] - проведен расчет методической погрешности для случая дифференцируемого в среднеквадратичном процесса; [11]-решена задача оптимизации дискретного измерения по критерию смежного перехода; [10]-выведены аналитические зависимости характеристик системы последовательного контроля от характеристик ее составных частей; [12]-получены общие выражения для потерь качества числового многопараметрического контроля; [14] - установлены условия качественного функционирования контролирующей системы; [16, 17] - развит подход к построению и анализу составных форм контроля.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 124 страницах машинописного текста. Имеется перечень условных обозначений, список использованных литературных источников из 92 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показаны: актуальность тематики исследований; связь работы с научными программами, темами; цель и задачи исследования; научная новизна; практическое значение; реализация результатов работы. Рассмотрен личный вклад автора в совместных публикациях. Приведена структура работы и апробация ее результатов.

В первом разделе: излагаются основные понятия и положения теории контроля, используемые в работе; рассматриваются факторы, влияющие на качество технического контроля, описываются существующие методы повышения его качества; обосновывается необходимость системного анализа проблемы качества; формулируются задачи исследования.

Основополагающими понятиями в теории контроля являются понятия рисков изготовителя и заказчика. Они (преимущественно средние риски) являются главными составляющими качества контроля, им посвящен основной спектр теоретических работ. Однако различий в интерпретации этих терминов ведут к разночтениям и даже некоторому отсутствию понимания между специалистами. В первом разделе аргументируется трактовка средних рисков, которой придерживается автор диссертационной работы. В табл. 1 показаны наименования и условные обозначения, использованные в работе; определения и классификация рисков изготовителя и заказчика приведены на рис. 1.

Проведенное в первом разделе детальное рассмотрение современных концепций технического контроля показывает, что задача повышения качества контроля как процедуры переросла свои изначальные рамки и нуждается в системном подходе. В дальнейших разделах диссертационной работы осуществлено решение поставленной базовой задачи исследований путем её декомпозиции и решения ряда взаимосвязанных частных научно-технических задач.

Таблица 1

Интегральные информативные параметры потоков КС

Наименование и теоретико-множественное обозначение потока Объем потока Количество истинно годных объектов в потоке Количество истинно негодных объектов в потоке

Входной А + А (истинно годные + истинно негодные объекты) N ЛГ И"

Первый выходной В - объекты, признанные годными Nв К К

Второй выходной В - объекты, признанные негодными "в

Второй раздел является центральным в диссертации. В нем распространен на контроль общий подход теории управления к исследованию автоматических систем: система рассматривается как преобразователь её входной информации (входных переменных) в выходную (выходные переученные). Операторная запись этого преобразования выступает в роли исходной математической модели системы.

Рис. 1. Классификация рисков изготовителя и заказчика.

У - контролируемый параметр объекта, у' - результат его измерения; АТГ - контрольная норма

На основе проведенного исследования было показано, что числовой измерительный контроль может быть описан в рамках линейной математической модели. Дня построения этой модели потребовалось исследовать функциональную роль средних рисков в структуре числового контроля.

Наряду с известной функцией безусловных средних рисков (называемых часто простй средними рисками) как показателей качества! контроля (их взвешенной суммой оцениваются потери качества контроля как методики), условные средние риски также несут свою функциональную нагрузку. Показано, что апостериорно-условные риски выступают в роли асимптотических оценок потерь качества выходных потоков и вместе с объемами этих потоков их полностью определяют. Априорно-условные риски являются исчерпывающими характеристиками самой КС, и в силу экспериментального обнаружения служат критерием соответствия КС своему назначению.

Найденные структурные связи между рисками, а также проведенный выбор в качестве интегральных информативных параметров потоков (интегральных переменных) количеств в них годных и негодных объектов (см. табл. 1), легли в основу «интегрального варианта» построения линейной математической модели контроля, в котором состояние контролируемого объекта описывается случайным событием с двумя возможными исходами: «годен», «негоден».

Интегральный вариант. Структуру линейного преобразования информативных параметров входного потока (ЛГ.ЛГ) в информативные параметры выходных потоков (¡Ув,N1) и ( Л^ ) отражает модель контроля,

которую с целью компактности изложения приведем в матричной форме:

/

где Т„ и — матрицы преобразований выходных потоков:

Тв =

1 -Л

а

о

Рг

Т- =

в

( -Р\

о

о

1 ~р1)

а IV, , - векторы информативных параметров входного и выходных потоков КС:

Гл^ №

— . N3 = , N5 =

и*, ТО ' в V в)

На базе интегрального варианта линейной модели числового измерительного контроля в разделе выявлены его общие свойства:

- условия физической возможности системы контроля — аксиома контроля: безусловный средний риск изготовителя не может превышать вероятности годности контролируемого объекта, а безусловный средний риск заказчика - вероятности его негодности;

- условие целесообразности системы контроля: контроль целесообразен тогда и только тогда, когда сумма априорно-условных рисков изготовителя и заказчика строго меньше единицы;

- теорема о равенстве средних рисков: при неравенстве безусловных средних рисков, по крайней мере, в оДном из выходных потоков КС будут присутствовать ошибочно идентифицированные объекты:

Мв = Ы' <=> р, = рг, или что эквивалентно N - = Лг" <=> рх= р2.

Основной недостаток интегрального варианта: математическая модель типовой КС выступает как жесткая «конструкция», в которой контрольная и технологическая нормы совпадают. Это ограничивает область ее применения.

Дифференциальный вариант. Этот подход к системному исследованию контроля вызван стремлением преодолеть отмеченные выше несовершенства интегрального варианта. Для построения дифференциальной модели КС в работе обоснована целесообразность выбора в качестве метрологических характеристик системы контроля следующих показателей: плотности {в) распределения обобщенной инструментальной погрешности с, а также границ контрольной (х'н и х'в) и технологической (хн и хе) норм,

В дифференциальном представлении входной и выходные потоки КС исчерпывающе описываются плотностями распределения /Х{х), /в(х), /в{х)

контролируемых параметров соответствующих им объектов. Будем трактовать их как дифференциальные переменные КС. Через них, можно выразить все интересующие нас характеристики контроля. Основные из них - уровень входного качества р и безусловные средние риски р{ и рг:

Р= Р, = ¡/в(х)4х, р2 = \/в{х)с1х.

XI. [.V, ,г, ] г- тг, ] хе[хИ ]

К ним уместно добавить информативные интегральные параметры всех потоков - количества в них годных и негодных объектов:

М' = М $Гв{х)<Ь, М'^М ¡/Б{Х)ск-,

хс[г_ ,х, ] хе[хя,х,] хс[х„ ,х, ]

= М ¡/Х(х)ск, ¡/в(х)ск, М^ = N \/${х)ск.

хе[хн,х.] Х«[х„,х.] хе[х„,х,]

Примечание: плотности распределения /в(х), /¡¡(х) являются ненормированными и в сумме дают нормированную плотность распределения /г(х).

Доказано, что типовую контролирующую систему (ТКС) можно исчерпывающе описать весовыми множителями каналов, определяемыми только метрологическими характеристиками ТКС:

Ф) = *(*) = ']/е{8)(18+ ]/е(с)с1е.

Весовые множители каналов позволяют построить линейную математическую модель ТКС, выразив ее выходные переменные через входную

/в О) = Ф) /,(*), /я(х) = с[(х) /Х(х).

Весовые множители каналов ТКС обладают следующими свойствами:

— являются функциями текущего состояния X - х контролируемого объекта; для каждого фиксированного состояния х представляют собой постоянные величины;

- при любом значении аргумента х в сумме дают единицу

Ф) + Ч(х) = 1.

В третьем разделе анализу подвергнуты составные процедуры контроля, состоящие из совокупности контрольных процедур меньшего ранга'. Анализ выполнен в двух вариантах - интегральном и дифференциальном.

Интегральный вариант реализован для последовательной КС, представляющей собой последовательно-параллельное соединение нескольких типовых контролирующих систем - ТКС,, / = 1,..., и. (рис.2). Первый выход (выходной поток) каждой предыдущей ТКС является входом (входным потоком) последующей. Исходный входной поток (контролируемая партия) поступает на вход первой ТКС. Первый выход последней ТКС служит первым выходом КС в целом. Вторые выходы (выходные потоки) всех ТКС объединены в один общий второй выход соединения.

Рис. 2. Структура последовательной контролирующей системы

1 Составной контроль - вид контроля, при котором поток проконтролированных объектов, признанных контролирующей системой годными (либо негодными - в зависимости от поставленной задачи), подвергается последующим проверкам. Вид составного кошроля, при котором повторным проверкам подвергаотся годные изделия, носигназвание последовательного контроля.

Основная задача анализа составной (в данном случае последовательной) КС +- выразить ее характеристики через характеристики составляющих ее элементов.

В разделе 3 диссертационной работы построена интегральная линейная модель последовательной КС (приведем ее в матричной форме):

1=1 (=1

Как и ранее, Тв и Т5 - матрицы преобразований выходных потоков, а Т£ и -то же для /-ой подсистемы (см. стр. 7 реферата).

Эта модель является точным аналитическим представлением, описывающим функционирование последовательной КС. Она проста, наглядна, удобна в инженерной практике. Пользуясь этой моделью, можно рассчитать все параметры выходных потоков КС (их объемы, потери качества и др.), а также оценить результативность последовательного контроля в целом.

Дифференциальный вариант. Для установления возможных видов соединений ТКС (или КС меньшего ранга) и нахождения исчерпывающих характеристик соединений, введем дополнительные понятия.

Определение. Весовыми множителями каналов контролирующей системы (любого ранга) называются отношения ее выходных переменных к входной переменной.

Ф) = ЛМ/ЛМ; ?(*) = М*)1Ш

Рис. 3.

Простейшие схемы составных контролирующих систем: а) схема С, б) схема В

Весовые множители каналов КС представляют собой коэффициенты передачи каналов. При последовательном соединении каналов двух и более КС их весовые множители перемножаются, при параллельном - складываются. Это создает базис для расчета весовых множителей каналов любых сложных структур КС и позволяет найти все характеристики составного контроля.

В работе проведен анализ поведения весовых множителей каналов и выходных законов распределения для контроля по традиционной методике (схема А), гарантийного контроля (схема В), а также простейших структур составного контроля. Схема С (последовательная двухзвенная КС, рис. 3, а) реализована посредством идентичных типовых ТКС; схема Б (двухзвенная КС, в которой повторной проверке подвергаются забракованные на первом этапе изделия, рис. 3, б) - посредством ТКС, осуществляющих гарантийный контроль.

д(х) А

Рис. 4. Графики весовых множителей каналов:

а) традиционный контроль - схема А (пунктирно - составной контроль, схема С);

б) гарантийный контроль - схема В (пунктирно - составной контроль, схема Б).

На рис. 4 качественно представлены графики весовых множителей каналов КС для случая равномерного распределения контролируемого параметра и погрешности его измерения. Площади заштрихованных фигур пропорциональны средним рискам заказчика р2 (площади под графиками <у(х)) и изготовителя рх (площади под графиками ц(х)) для соответствующих схем контроля (схемы А, В, С, Б).

В табл. 2 приведены параметры выходных потоков КС для следующих исходных данных: контролируемый параметр и погрешность измерения распределены равномерно в интервалах [а, Ь] = [9.5,10.5] и [~ет ,£■„,] = [-0.1,0.1] соответственно; контрольная норма (X, х^] = [9.7,10.3] и отстоит от технологической нормы [хи, л:в] = [9.6,10.4] на величину максимального отклонения погрешности измерения ет =0.1. Заданные величины измеряются в неких условных единицах - их размерность намеренно не конкретизирована, поскольку в зависимости от вида контролируемого параметра может быть различной. Объем контролируемой партии N=1000.

Таблица 2

Параметры выходных потоков КС

Вид схемы контроля Принятая часть партии Забракованная часть партии

Общее количество Годные Брак Общее количество Годные Брак

А - Традиционный 800 750 50 200 50 150

788 752 46 202 51 151

В - Гарантийный 600 600 0 400 200 200

612 612 0 388 195 193

С - Составной 1 733 716 17 267 83 184

741 723 18 259 80 179

Б - Составной 2 667 667 0 333 133 200

672 672 6 328 135 193

Нижняя строка табл. 2 для каждой схемы контроля содержит результаты имитационного моделирования, подтверждающие проведенные теоретические расчеты, показанные в верхней строке. Значения рисков изготовителя и заказчика отражает диаграмма на рис. 5.

В условиях рассматриваемой задачи структурная организация контролирующей системы (даже в рамках простейших составных схем), позволяет добиться уменьшения риска заказчика в 3 раза, увеличивая при этом риск изготовителя менее чем в 1,7 раза, или свести риск заказчика к нулю - при этом рост риска изготовителя в полтора раза меньше, чем в простой гарантийной схеме (см. рис. 5).

В диссертационной работе приведены аналогичные теоретические и полученные путем имитационного моделирования результаты контроля партии изделий того же объема /V — 1000 и входного качества /> = 0.8 для иных распределений контролируемого параметра и погрешности его измерения (с тем же средним арифметическим отклонением £ =0.05): нормального и равномерного, нормального и нормального соответственно.

Р\, 2 0,020 0,015 0,010 0.005

Рг

РI

Р\

Р\

-Рг

-Рг -

■ ■ ■ ■ ■ '■

Рг

В

1>

Вид схемы контроля

Рис. 5. Средние риски при различных схемах контроля: СП - средний риск изготовителя р]; Шщ! - средний риск заказчика рг

Теоретические результаты, подкрепленные расчетными данными, позволяют предложить способ повышения качества числового измерительного контроля, основанный на применении составных контролирующих систем.

В четвертом разделе построена одна из возможных структур контроля, обеспечивающая заданные требования к его качеству. Алгоритм контроля базируется на результатах предыдущих исследований. Он использован в задачах контроля при создании оборудования для комплексной отладки систем авиационной техники ОКБ «Авиаавтоматика», однако применим и к любым иным производствам.

Общая постановка задачи. Известны плотности распределения: /Дл) характеристического показателя (контролируемого параметра) объекта и /с(е) инструментальной погрешности системы контроля. Задана технологическая норма Требуется организовать процедуру контроля объекта таким образом, чтобы вероятность его ошибочного отнесения к браку или ошибочного принятия (иначе говоря, безусловные средние риски изготовителя рх и заказчика /?,) не превышали заданных величин и .

В диссертационно Я работе приводится алгоритм построения последовательной контролирующей системы {блок-схема алгоритма показана на рис. б), обеспечивающей решение поставленной задачи. Алгоритм иллюстрируется конкретным примером.

Рис. 6. Блок-схема алгоритма структуры контроля с заданными требованиями к его качеству

Исходные данные: Контролируемый параметр объекта X распределен нормально со средним значением Зё, совпадающим с номиналом х0 = 100, и со средним квадратическим отклонением ах - 2 (условных единиц). В этих же единицах задается технологическая норма: хн = 95, хв = 105. Обобщенная погрешность измерения показателя распределена равномерно с нулевым средним значением и максимальным отклонением ет - 1,0. Допускаемые вероятности ошибочности результатов контроля =0,005, =0,001.

В условиях поставленной практической задачи потери входного качества р= 0,0124 . Поскольку значение р превышает контроль объекта необходим.

Выполним контроль по типовой схеме. Безусловные средние риски изготовителя и заказчика найдутся из соотношения

л/ъгс

-ехр

2сг2

0,5, е-3'125 =0,0043.

42Я

Несмотря на то, что риск изготовителя меньше допустимого ( р, < р,„), риск заказчика по-прежнему превышает заданную границу (р2>р2),). Поэтому контроль на этом шаге можно завершить лишь при его отрицательном исходе. В случае положительного исхода, требования к его качеству не выполняются, и объект нуждается в дополнительных проверках.

Необходимое число т ступеней последовательного контроля, определяем из соотношения

При заданных исходных показателях Л = 4.3 и, следовательно, для выполнения поставленных требований к качеству контроля, достаточно двух дополнительных ступеней.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача повышения качества числового измерительного контроля технических объектов в машиностроении путем структурно-алгоритмической организации контроля. Для этого был проведен системный анализ процесса контроля и средств его реализации, потребовавший решения комплекса взаимосвязанных задач. Полученные решения можно сформулировать в виде следующих выводов и результатов:

1. Установлены место и роль условных средних рисков в структуре числового измерительного контроля, что позволяет построить математическую модель контролирующей системы.

2. Показано, что контролирующую систему (КС) можно рассматривать как преобразователь информации, содержащейся в ее входном потоке, в информацию, содержащуюся в ее выходных потоках. Сама КС задается оператором, связывающим входную информацию с выходной. При таком подходе оператор любой КС можно описать в рамках линейной модели.

Предложено два подхода к системному исследованию измерительного контроля: «интегральный» и «дифференциальный». Для построения «дифференциального варианта» разработан аппарат весовых множителей каналов КС.

На основе линейной модели числового контроля получены и проанализированы его общие закономерности.

3. На базе дифференциального подхода к построению линейной модели контроля анализируются его возможные составные структуры. С этой целью введены в рассмотрение понятия: «последовательное» и «параллельное» соединения каналов КС. Оба понятия, заимствованные из теории управ-

ления, близки по содержанию и свойствам к своим прототипам, но не тождественны им. Знание этих свойств позволяет рассчитать весовые множители каналов КС любой сложной структуры.

4. Описана и обоснована общая схема анализа сложных структур контроля. Она предполагает проведение вычислительных действий в такой последовательности: определение весовых множителей каналов составной КС; нахождение ее выходных переменных; расчет показателей качества контроля (входное качество, средние риски и др.).

Проведен анализ качества выходных потоков контролирующих систем, построенных по различным схемам на базе типовых КС и КС, осуществляющих гарантийный контроль. Показано существенное повышение качества измерительного контроля, достигаемое путем применения составных процедур контроля за счет весомого снижения риска изготовителя. (Риск заказчика возрастает при этом не столь значительно, как при использовании иных, в частности, гарантийных схем контроля).

Предложенные подходы к исследованию контроля отличаются своей общностью и могут быть использованы для организации контроля изделий в машиностроении и других отраслях промышленности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шлыков, В. А. Характеристики числового контроля: разновидности рисков и их назначения (Методологический анализ) / В. А. Шлыков, JI. А. Болычевцева // Телекоммуникации. - 2002. - № 11. - С. 44-48.

2. Шлыков, В. А. Косвенный числовой контроль: его исследование и построение математической модели / В. А. Шлыков, Л. А. Болычевцева // Телекоммуникации. - 2003. - № 4. - С. 45-48.

3. Болычевцева, JI. А. Текущий контроль и задачи управления / Л. А. Болычевцева, В. А. Шлыков // Телекоммуникации. - 2003. - № 8. - С. 45-47.

4. Болычевцева, Л. А. Априорные и апостериорные модели объектов косвенного контроля / Л. А. Болычевцева, В. А. Шлыков // Bicumc Схщноукра-"шського нацюналыюго ушверситету ш. В. Даля. Науковий журнал. - 2003. -№6- С. 75-78.

5. Болычевцева, Л. А. Распознавание образоз как количественная процедура эмпирического познания объектов материального мира / Л. А. Болычевцева, В. А. Шлыков // Тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции «Распознавание-2003», 22-25 октября 2003 г. - Курск: КГТУ, 2003. - С. 67-68.

6. Болычевцева, Л. А. Числовой контроль: частные и средние риски / Л. А. Болычевцева, В. А. Шлыков // «Математические модели в образовании, науке и промышленности»: сборник трудов Международной научной конференции МКММ-2003 -С. П.: МАИ ВШ, 2003. - С, 28-31.

7. Болычевцев, А. Д. Технический контроль и его разновидности (элементы методологического анализа) / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева // В1сник Схщноукрашського нацюнального ушверситету ¡м. В. Даля. Науковий журнал. - 2004. - № 2 - С. 22-30.

8. Болычевцев, А. Д. Контроль как линейное преобразование потока контролируемых объектов / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, В. А. Шлыков // Измерительная техника. - 2004. - № 3. - С. 10-15.

9. Аппроксимация методической погрешности дискретного усреднения случайного процесса степенным рядом / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, Н. А. Любимова и др. // Труды международной конференции по вычислительной математике МКВМ-2004, 22-25 июня 2004 г. - Новосибирск: ИВМ и МГСО РАН, 2004. - ч. I. - С. 251-255.

10. Болычевцев, А. Д. Последовательный контроль: контролирующая система и ее характеристики / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева,

B. А. Шлыков // Метрология. - 2004. -№ 9. - С. 3-16.

11. Оптимизация дискретного измерения непрерывных случайных сигналов / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, Л. Б. Быстрицкая и др. // Научные труды IV Международной научно-технической конференции «Метрология-2004» - Харьков: Институт метрологии, 2004. - т. 2. -

C. 289-291.

12. Болычевцев, А. Д. Оценка качества числового многопараметрического кошроля / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, Л. Б. Быстрицкая // ААЭКС. -2005.-№ 1.-С. 26-30.

13. Болычевцева, Л. А. Контроль как составная часть процедуры распознавания образов / Л. А. Болычевцева, В. А. Шлыков // Тезисы докладов V Международной научно-технической конференции «Распознавание-2005», 10 -13 октября 2005 г. - Курск: КГТУ, 2005. - С. 171-172.

14. Болычевцев А. Д. Общие закономерности числового контроля / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева // УкраТнський метролопчний журнал. - 2005. -№1.-С. 20-24.

15. Условные средние риски, их место и роль в структуре контроля / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, Л. Б. Быстрицкая и др.// УкраТнський метролопчний журнал. - 2005. - № 3. - С. 5-10.

16. Числовой измерительный контроль и его математическая модель / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, Л. Б. Быстрицкая и др. // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2006. - № 2 (25). - С. 81-85.

17. Анализ возможных направлений совершенствования и исследования однопараметрического измерительного контроля / А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, Л. Б. Быстрицкая и др. // Научные труды V Международной научно-технической конференции «Метрология-2006», 10 — 12 октября 2006 г. — Харьков: Институт метрологии, 2006. - т. 2. - С. 356-359.

Соискатель

Л. А. Болычевцева

ИД № 06430 от 10.12.01 г. Подписано в печать 11.01.07. Формат 60 х 84 1/16 Печатных листов 1,0. Тираж 100 экз. Заказ -/

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета 305040, г. Курск, уд. 50 лет Октября, 94

Перечень сокращений и условных обозначений.

Введение.В

Раздел 1. АНАЛИЗ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПОНЯТИЙ И ПОЛОЖЕНИЙ ТЕОРИИ КОНТРОЛЯ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Классификационная схема технического контроля.

1. 2. Критерии качества контроля.

1.3. Традиционный подход к анализу средних рисков и его недостатки.

1.4. Системный анализ и проблема качества контроля.

1.5. Формирование современных понятий рисков.

1. 5.1. Общие сведения.

1.5. 2. Частные риски.

1. 5. 3. Средние риски. Состояние проблемы.

1. 5. 4. Базовые элементы анализа.

1. 5. 5. Безусловные средние риски.

1. 5. 6. Задача о «средних рисках».

1. 5. 7. Условные средние риски.

1. 5. 8. Общие сведения и соотношения.

1. 6. Общий подход к исследованию автоматических систем.

1. 7. Выводы. Задачи исследования.

Раздел 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЧИСЛОВОГО

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ.

2.1. Контролирующая система и потоки объектов.

2. 2. Интегральный вариант линейной модели КС.

2. 2.1. Апостериорно-условные риски как оценки потерь качества потоков.

2. 2. 2. Априорно-условные риски как исчерпывающие характеристики КС.

2. 2. 3. Качество входного потока контролируемых объектов.

2.2.4. Качество первого выходного потока.

2. 2. 5. Качество второго выходного потока.

2. 2. 6. Входные и выходные переменные КС.

2. 2. 7. Разработка математической модели КС.

2. 2. 8. Матричные формы записи математической модели КС.

2. 2. 9. Эквивалентная схема КС.

2.2.10. Достоинства и недостатки интегрального варианта

2. 3. Дифференциальный вариант линейной модели КС.

2.3.1. Существо предлагаемого подхода.

Входная и выходная переменные КС.

2.3. 2. Стратегия поиска линейной модели контроля

2. 3. 3. Метрологические характеристики типовой КС.

2.3. 4. Весовые множители каналов как исчерпывающие характеристики типовой КС.

2. 4. Общие закономерности числового контроля.

2. 4.1. Опорные зависимости.

2.4. 2. Условия физической возможности системы контроля - аксиома контроля.

2. 4. 3. Требования к безусловным рискам.

2.4. 4. Безусловные риски и условия целесообразности контроля.

2. 5. Выводы.

Раздел 3. СОСТАВНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ КОНТРОЛЯ.

ЭЛЕМЕНТЫ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА И СИНТЕЗА

3.1. Статистическая модель составного контроля.

Общая постановка задачи анализа.

3. 2. Типовая КС как структурная единица составного контроля.

3. 3. Характеристики последовательной КС и их вычисление интегральный вариант).

3.3.1. Структура последовательной КС.

3.3. 2. Опорные зависимости последовательного контроля . 79 3.3. 3. Вывод расчетных выражений априорно-условных рисков при последовательном контроле.

3.3. 4. Матричная форма представления математической модели последовательной КС.

3. 4. Характеристики составной КС и их вычисление дифференциальный вариант).

3. 4.1. Краткое резюме результатов предыдущих исследований.

3. 4. 2. Общая схема анализа составной КС.

3.4. 3. Весовые множители типовой КС.

3. 4. 4. Весовые множители каналов соединений и их свойства.

3.4. 5. Пример.

3. 5. Выводы

Раздел 4. КОНТРОЛЬ С ЗАДАННЫМИ ТРЕБОВАНИЯМИ

К ЕГО КАЧЕСТВУ.

4.1. Общая постановка задачи.

4.2. Алгоритм решения задачи.

4.3. Иллюстрирующий пример.

4. 4. Блок-схема алгоритма.

4. 4.1. Общая блок-схема.

4. 4. 2. Блок-схема вычисления интеграла вероятностей

4. 4. 3. Блок-схема вычисления числа циклов т.

4.5. Выводы.

Выводы.

Актуальность тематики

Проблема качества продукции возникла одновременно с рождением производства, и поскольку производство существует и развивается, актуальность ее будет расти. В условиях становления и упрочения рыночных отношений вопросы совершенствования контроля качества стоят для производителя массовой продукции в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях промышленности на одном из первых мест.

Для того чтобы иметь возможность наладить, стабилизировать, а затем и наращивать производство, предприятие должно выпускать успешно продающийся продукт. Но если еще несколько лет назад неискушенный отечественный потребитель выбирал товар, ориентируясь в основном на его цену, то сегодня одной из главных гарантий конкурентоспособности товара является его качество.

Для предприятия это означает необходимость создания эффективной системы менеджмента качества, соответствующей международным стандартам [1]. Эти требования охватывают совокупность мер по управлению качеством на всех этапах производственной деятельности - от самых первых шагов по планированию выпуска новой продукции до ее сбыта. Такие меры связаны с существенными дополнительными вложениями в производство.

Рост требований к качеству выпускаемой продукции влечет за собой существенные затраты на развитие и совершенствование технического контроля. По данным [2 - 6] в странах с развитой экономикой затраты на контроль качества составляют в среднем 25-30% от общей себестоимости продукции, причем чем более наукоемким и высокоточным является производство, тем более высок этот процент (в радиоэлектронной промышленности доля затрат на контрольно-измерительные операции достигает 60% и выше).

Но из-за несовершенства методик контроля зачастую имеют место как приемка негодных изделий, так и отнесение к браку годных, что приводит к серьезным материальным потерям (на ряде предприятий машиностроения потери достигают полутора процентов от себестоимости некоторых видов деталей).

Ввиду молодости нашей рыночной экономики, практические традиции регулярного управления качеством сложиться еще не успели. Многим российским руководителям трудно смириться с мыслью о необходимости вкладывать средства, и притом значительные, в разработку строгой системы технического контроля качества производимой продукции. Но эволюция во взглядах на роль контроля в производстве неизбежна, и уже сегодня предприятия, не равнодушные к своему имиджу и перспективам развития, ставят задачу повышения качества самого процесса контроля как процедуры.

Существенный вклад в решение этой задачи, начиная с основоположника теории контроля Н. А. Бородачева, внесли отечественные ученые Ю. К. Беляев, М. А. Земельман, Л. К. Исаев, В. Д. Кудрицкий, Л. Г. Евланов, И. Н. Рыбаков, М. П. Цапенко, И. М. Шенброт и др. Структурно-алгоритмическое направление исследований, описываемое понятиями «многоэтапный контроль», «последовательный контроль» и т. п., нашло свое отражение в трудах А. С. Бондаревского, Е. Т. Володарского, Н. А. Рубичева и др.

В настоящее время повышение качества контроля в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности обеспечивается в основном за счет использования прецизионной аппаратуры. Однако такой, «инструментальный», путь, не исключая полностью ошибок при приемке изделий, влечет за собой существенное увеличение стоимости контроля.

В отдельных литературных источниках встречаются иные, структурно-алгоритмические, разработки рассматриваемой задачи, отражаемые понятиями «многоэтапный контроль», «последовательный контроль». Их разработка и исследование требуют привлечения методов и принципов системного анализа.

Системный анализ - интегративное научное направление, стремительно развивающееся в последние десятилетия [7-16]. Проникая в различные области человеческой деятельности, системный анализ несет в себе концепцию нового научного мышления. В технике системный анализ и его теоретическая основа - системный подход наиболее полно проработан теорией управления, трактующей систему (любой структуры и уровня иерархии) как некое целостное образование, предназначенное для выполнения определенной цели. Оно имеет связи с внешней средой, в отношениях с которой проявляется его целостность, а его внутреннее состояние описывается неким оператором (переменными состояния) [17, 18]. В теории технического контроля идеи системного анализа до настоящего времени не нашли своего применения. Теоретические исследования велись на уровне типовой структуры контроля и сводились к оценкам по известным методикам его показателей качества. Теоретических разработок более сложных структур контроля практически не было.

Таким образом, в настоящее время сложилась проблемная ситуация, которая может быть определена как противоречие между потребностями производства в обеспечении высокого качества измерительного контроля технических объектов в машиностроении и отсутствием научно обоснованных с единых системных позиций методов структурной организации контроля.

В диссертационной работе предпринята попытка заполнить отмеченный пробел. В ней выполнен системный анализ числового измерительного контроля, позволивший вскрыть ранее не просматривавшиеся его свойства. Самое яркое из них заключается в возможности (при определенном выборе информативных параметров контролируемых потоков) рассматривать контролирующее устройство как линейную систему. Этот результат позволяет предложить новые, эффективные пути повышения качества технического контроля.

На защиту выносятся следующие основные результаты исследований:

- линейная математическая модель контролирующей системы, значительно упрощающая нахождение качественных показателей числового измерительного контроля;

- аппарат весовых множителей каналов контролирующей системы, применимый для исследования сложных контролирующих систем;

- способ повышения качества числового измерительного контроля на основе комбинирования типовых КС в рамках структурно-алгоритмической организации контроля.

Связь работы с научными программами, темами

Положения работы использованы при создании оборудования для комплексной отладки систем авиационной техники в ОКБ «Авиаавтоматика».

Основная часть диссертационной работы выполнена в рамках плана научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет», проводимых по заданию Федерального агентства по образованию Российской Федерации в 2004 - 2005 годах.

Объект диссертационных исследований - числовой измерительный контроль технических объектов машиностроения и приборостроения.

Предмет исследований - математические модели и методы структурной организации измерительного контроля промышленных объектов.

Цель и задачи исследования

Цель исследования: повышение качества числового измерительного контроля за счет разработки его структурной организации на основе системного анализа процессов контроля технических объектов в машиностроении.

Для достижения поставленной цели требуется осуществить решение комплекса взаимосвязанных задач:

- установление и систематизация функционального назначения различных модификаций средних рисков в структуре числового измерительного контроля;

- установление информативных показателей объектов контроля, позволяющих трактовать контролирующую систему (КС) как линейный преобразователь информации; нахождение исчерпывающих характеристик КС, линейно связывающих ее входные и выходные переменные;

- формулировка и обоснование общих свойств числового измерительного контроля на базе его линейной модели;

- анализ возможных составных структур контроля, построенных путем комбинирования типовых контролирующих систем;

- синтез составной КС из ее типовых структур, алгоритмическая и программная реализация составной КС, удовлетворяющей заданным требованиям к качеству контроля.

Методы исследования базируются на применении общих подходов и положений метрологии, теории контроля, теории автоматического управления, специальных разделов математики, в том числе методов теории вероятностей и математической статистики в приложении к задачам технического контроля объектов массового производства, методов математического моделирования и обработки информации.

Научная новизна диссертационных исследований

На базе проведенного системного анализа числового измерительного контроля:

- предложена линейная математическая модель КС, при использовании которой формализация качественных показателей контроля отличается значительно меньшим уровнем вычислительной сложности по сравнению с существующими методами формализации;

- разработан аппарат весовых множителей КС, который, в отличие от известных методов исследования, позволяет проводить количественное оценивание основных характеристик составного контроля;

- предложен новый структурно-алгоритмический метод совершенствования числового измерительного контроля технических объектов, позволяющий повысить его качество;

- разработана общая процедура принятия решений в рамках различных схем контроля (включая составной контроль), являющаяся основой для формирования перспективных КС.

Практическое значение полученных результатов

1. Проведен системный анализ контролирующего комплекса и формализованы процессы исследования контроля качества изделий.

2. Выведены строгие расчетные соотношения информативных параметров, позволяющие строить системы контроля с заданными свойствами.

3. Разработаны методы нахождения исчерпывающих характеристик типовых контролирующих систем.

4. Разработаны новые методы контроля качества аппаратуры.

Полученные результаты позволяют весомо снизить риски заказчика при умеренном росте рисков изготовителя и могут иметь следующие практические формы:

- совершенствование технологии машиностроительного производства;

- оценка качества функционирования действующих систем контроля и анализ их потенциальных возможностей;

- проектирование новых средств автоматического и автоматизированного контроля с заданными качествами.

Полученные научные результаты могут являться базой для дальнейших системных исследований измерительного контроля и разработки его частных методик в различных областях техники, а также могут быть использованы широким кругом специалистов:

- метрологами, решающими проблемы контроля и испытаний;

- метрологическими службами машиностроительных и приборостроительных заводов-изготовителей и заводов-заказчиков изделий и др.;

- преподавателями высших и средних учебных заведений в курсах информационно-измерительной техники и метрологии.

Реализация результатов работы

Предложенные методики, алгоритмы и схемы технического контроля внедрены в производство в ОКБ «Авиаавтоматика» при создании комплекса полунатурного моделирования изделий авиационной техники в виде:

- методики составного контроля изделий на стендах отладки, сдачи и испытаний;

- алгоритма и программы отладки комплексов авиационной техники.

В Курском государственном техническом университете результаты диссертационных исследований использованы при подготовке бакалавров по направлению 210202.62 «Проектирование и технология электронных средств» при изучении дисциплины «Управление качеством электронных средств».

Личный вклад соискателя состоит в том, что им впервые выполнен системный анализ измерительного контроля технических объектов. Отдельные стороны этого анализа отражают следующие результаты:

- выполнена классификация средних рисков, установлены место и роль их различных модификаций в структуре технического контроля;

- предложен простой и компактный вывод аналитических зависимостей безусловных средних рисков от характеристик объекта контроля и КС;

- проанализированы условия физической возможности контролирующей системы (КС), получены необходимые и достаточные условия её качественной работы;

- применен системный подход к теоретическому исследованию контроля, позволяющий построить его линейную математическую модель, выведены аналитические зависимости, связывающие характеристики входного и выходных потоков КС;

- проведен сравнительный анализ «инструментального» и «алгоритмического» направлений поиска решения проблемы качества, показаны преимущества и неиспользованные возможности второго из них;

- описана и обоснована общая схема анализа сложных структурно-алгоритмических процедур контроля.

Личный вклад автора в совместных публикациях

19] - выведены аналитические зависимости характеристик системы последовательного контроля от характеристик ее составных частей; [20, 33] - дан критический анализ средних рисков, предложена их классификация, определены их место и роль в структуре системы контроля; [21,23] - предложена математическая модель косвенного контроля, выполнен ее анализ;

22] - разработан общий подход и исследованию текущего контроля; [24, 31] - дан сравнительный анализ процедур контроля и распознавания образов, построены их математические модели; [25] - выведены математические зависимости между условными и безусловными средними рисками; [26] - выполнен методологический анализ числового контроля, исходя из основополагающего принципа его организации; [27] - построена линейная математическая модель числового контроля; [28] - проведен расчет методической погрешности для случая дифференцируемого в среднеквадратичном процесса; [29] - решена задача оптимизации дискретного измерения по критерию смежного перехода; [30] - получены общие выражения для потерь качества числового многопараметрического контроля; [32] -установлены условия качественного функционирования контролирующей системы; [34, 35] - развит системный подход к построению и анализу составных форм контроля.

Апробация результатов диссертации

Результаты выполненных исследований докладывались на следующих научно-технических конференциях:

1. Международная конференция «Информационная техника и электромеханика» (ИТЭМ), 22-24 апреля 2003 года, г. Луганск, Украина.

2. Международная конференция по математическому моделированию, 9-14 сентября 2003 года, г. Херсон, Украина.

3. IV Международная научно-техническая конференция «Распознавание - 2003», 22-25 октября 2003 года, г. Курск, Россия.

4. Международная конференция по вычислительной математике МКВМ - 2004, 21-25 июня 2004 года, г. Новосибирск, Россия.

5. IV Международная научно-техническую конференцию «Метро-логия-2004», 12-14 октября 2004 года, г. Харьков, Украина.

6. V Международная научно-техническая конференция «Распознавание - 2005», 10-13 октября 2005 года, г. Курск, Россия.

7. Международная конференция по математическому моделированию, 6-10 сентября 2005 года, г. Феодосия, Украина.

8. VIII Международная конференция по математическому моделированию, 12-16 сентября 2006 года, г. Феодосия, Украина.

9. V Международная научно-техническая конференция «Метрология 2006», 10-12 октября 2006 года, г. Харьков, Украина.

Публикации

По теме диссертационного исследования опубликовано 17 печатных работ [19-35], из них 11 журнальных статей и шесть- в сборниках научных трудов, материалах и тезисах конференций; семь работ опубликовано в зарубежных изданиях, 5 статей [19-22,27] опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 124 страницах машинописного текста. Имеется перечень условных обозначений, список использованных литературных источников из 92 наименований и приложения (44 страницы).

выводы

В работе решена актуальная научно-техническая задача повышения качества числового измерительного контроля путем структурно-алгоритмической его организации. Для этого был проведен системный анализ контроля, потребовавший решения комплекса взаимосвязанных задач. Полученные решения можно сформулировать в виде следующих выводов и результатов:

1. Установлены место и роль средних рисков в структуре числового измерительного контроля, а именно:

- безусловные средние риски являются взвешенными составляющими потерь качества контроля;

- апостериорно-условные средние риски выступают в роли показателей качества выходных потоков контролирующей системы и вместе с объемами этих потоков являются их (потоков) исчерпывающими характеристиками;

- априорно-условные средние риски служат исчерпывающими характеристиками контролирующей системы.

Проведенные исследования позволяют построить математическую модель контролирующей системы.

2. Контролирующую систему (КС) можно рассматривать как преобразователь информации, содержащейся в ее входном потоке (контролируемой партии объектов), в информацию, содержащуюся в ее выходных потоках (принятой и забракованной частях партии). Сама КС задается оператором, связывающим входную информацию с выходной. При таком подходе оператор любой КС можно описать в рамках линейной модели. Предложено два варианта линейного описания - «интегральный» и «дифференциальный».

В первом варианте состояние контролируемого объекта рассматривается на «событийном» уровне: «годен» - «негоден». Тогда каждый поток можно исчерпывающе описать двумя переменными (количеством годных и негодных объектов), а саму КС - двумя показателями (априорно-условными рисками изготовителя и заказчика), линейно связывающими ее входные переменные с выходными.

Второй вариант предполагает максимально подробное описание состояния контролируемого объекта. Оно рассматривается не на событийном уровне, а соотносится с его (объекта) контролируемым параметром. Тогда плотность распределения последнего выступает в роли переменной соответствующего потока, а сама КС описывается двумя весовыми множителями каналов и предстает как линейный преобразователь одной входной переменной в две выходные.

3. На базе линейной модели числового контроля получены и проанализированы его общие закономерности:

- безусловный средний риск изготовителя не может превышать вероятности годности контролируемого объекта, а безусловный средний риск заказчика - вероятности его негодности (условия физической возможности системы контроля - аксиома контроля);

- контроль целесообразен лишь в том случае, если сумма априорно-условных рисков изготовителя и заказчика строго меньше единицы (условие целесообразности контроля);

- при неравенстве безусловных средних рисков, по крайней мере, в одном из выходных потоков КС будут присутствовать ошибочно идентифицированные объекты (теорема о равенстве средних рисков).

4. На базе дифференциального подхода к построению линейной модели контроля анализируются его возможные составные структуры. С этой целью введены в рассмотрение и исследованы понятия: «последовательное» и «параллельное» соединения каналов КС. Оба понятия, заимствованные из теории управления, близки по содержанию к своим прототипам, но не тождественны им.

Сформулированы основные свойства весовых множителей. При последовательном соединении каналов двух и более КС их весовые множители перемножаются, при параллельном - складываются. Это создает базис для расчета весовых множителей каналов любых сложных структур КС и позволяет найти все характеристики составного контроля.

К названным свойствам добавляется еще одно: сумма весовых множителей КС по первому и второму каналам тождественно равна единице. Это свойство удобно использовать для проверки правильности выполненных вычислений весовых множителей составных КС.

5. Описана и обоснована общая схема анализа контроля сложных структур. Она предполагает проведение вычислительных действий в такой последовательности: определение весовых множителей каналов составной КС; нахождение ее выходных переменных; расчет показателей качества контроля (входное качество, средние риски и др.).

Проведен анализ качества выходных потоков контролирующих систем, построенных по различным схемам на базе типовых КС и КС, осуществляющих гарантийный контроль. Показано существенное уменьшение потерь качества контроля, достигаемое в структурно-алгоритмических схемах за счет весомого снижения риска изготовителя (риск заказчика возрастает при этом не столь значительно, как при использовании иных, в частности, гарантийных схем контроля).

Предложенные подходы к исследованию контроля отличаются своей общностью и могут быть использованы для организации контроля изделий в различных отраслях промышленности.

1. МС ИСО 9001: 1994. Система качества. Модель для обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании.

2. Богданов В. М., Кузнецов В. А. и др. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники. М.: Радио и связь, 2000. -356 с.

3. Бондаревский А. С. Развитие операций контроля в радиотехнике и вопросы их точности // Радиотехника. 1995. - № 4- 5. - С.164-170.

4. Долгов В. А., Касаткин А. С., Сретенский В. Н. Радиоэлектронные автоматические системы контроля (системный анализ и методы реализации). М.: Советское радио, 1978. - 384 с.

5. Кузнецов В. А., Якунина Г. В. Метрология: теоретическая, прикладная и законодательные основы. М.: ИПК «Изд-во стандартов», 1998.

6. Назаров Н. Г., Архангельская Е. А. Современные методы и алгоритмы обработки измерений и контроля качества продукции. М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2000. - 164 с.

7. Берталанфи Л. Общая теория систем. М.: Наука, 1968. - 246 с.

8. Щедровицкий Г. П. Проблемы методологии системного исследования. -М.: Знание, 1964.-48 с.

9. Системный анализ и структуры управления / Под ред. В. Г. Шорина. -М.: Знание, 1975.-304 с.

10. Попков Ю. С., Посохин М. В., Гутнов А. Э., Шмульян Б. Л. Системный анализ и проблемы развития городов. -М.: Наука, 1983. 512 с.

11. Катренко А. В. Системный анализ объектов и процессов компьютеризации. Львов: Новый свет, 2003. - 424 с.

12. Петров Э. Г., Чайников С. И., Овесгельдыев А. О. Методология структурного системного анализа и проектирование крупномасштабных ИУС. Харьков: Рубикон, 1997. - 140 с.

13. Денисов А. А., Колесников Д. Н. Теория больших систем управления. -Л.: Энергоиздат, 1982.-288 с.

14. Спицнадель В. Н. Утверждая приоритет. Оценка современной техники и производства. Л.: Лениздат, 1988. - 144 с.

15. Спицнадель В. Н. Основы системного анализа М.: Бизнес-Пресса, 2000.-326 с.

16. Лямец В. И., Тевяшев А. Д. Системный анализ. Харьков: ХНУРЭ, 2004.-448 с.

17. Основы автоматического управления / Под ред. В. С. Пугачева. М.: Наука, 1968.-680 с.

18. Ту Ю. Современная теория управления. М.: Машиностроение, 1971.-472 с.

19. Болычевцев А. Д., Болычевцева Л. А., Шлыков В. А. Последовательный контроль: контролирующая система и ее характеристики. // Метрология 2004. - № 9. - С. 3-16.

20. Шлыков В. А., Болычевцева Л. А. Характеристики числового контроля: разновидности рисков и их назначения (Методологический анализ). // Телекоммуникации. 2002. - № 11. - С. 44-48.

21. Шлыков В. А., Болычевцева Л. А. Косвенный числовой контроль: его исследование и построение математической модели. // Телекоммуникации. 2003. - № 4. - С. 45-48.

22. Болычевцева Л. А., Шлыков В. А. Текущий контроль и задачи управления. // Телекоммуникации. 2003. - № 8. - С. 45-47.

23. Болычевцева Л. А., Шлыков В. А. Априорные и апостериорные модели объектов косвенного контроля. // Вюник СхщноукраТнського нащ-онального ушверситету iM. В. Даля. 2003. - № 6. - С. 75-78.

24. Болычевцева JI. А., Шлыков В. А. Числовой контроль: частные и средние риски. Сборник трудов Международной научной конференции МКММ-2003 «Математические модели в образовании, науке и промышленности. - С. П.: МАН ВШ, 2003. - С. 28-31.

25. Болычевцев А. Д., Болычевцева JI. А. Технический контроль и его разновидности (элементы методологического анализа) // В1сник Схщ-ноукраУнського нацюнального ушверситету ¡м. В. Даля. 2004. - № 2 -С. 22-30.

26. Болычевцев А. Д., Болычевцева JI. А., Шлыков В. А. Контроль как линейное преобразование потока контролируемых объектов. // Измерительная техника. 2004. - № З.-С. 10-15.

27. Болычевцев А. Д., Болычевцева Л. А., Быстрицкая Л. Б. Оценка качества числового многопараметрического контроля ААЭКС (Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы). -2005.-№ 1.-С. 26-30.

28. Болычевцева Л. А., Шлыков В. А. Контроль как составная часть процедуры распознавания образов Тезисы докладов V Международной научно-технической конференции «Распознавание-2005», 10 13 октября 2005 г., г. Курск, КГТУ. - С. 171-172.

29. Болычевцев А. Д., Болычевцева Л. А. Общие закономерности числового контроля. // УкраТнський метролопчний журнал. 2005. - № 1. -С. 20-24.

30. А. Д. Болычевцев, Л. А. Болычевцева, Л. Б. Быстрицкая, Шлыков В. А. Условные средние риски, их место и роль в структуре контроля // УкраТнський метролопчний журнал. 2005. - № 3. - С. 5-10.

31. Болычевцев А. Д., Болычевцева Л. А., Быстрицкая Л. Б., Шлыков В. А., Чурсин А. А. Числовой измерительный контроль и его математическая модель // Вестник Херсонского национального технического университета. 2006. - № 2 (25). - С. 81-85.

32. Большая Советская энциклопедия, т. 2. М.: Сов. энциклопедия, 1975.

33. ГОСТ 16504-81. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения; введ. 01.01.1982 // Государственная приемка продукции. Основные правила и организация работы. М., 1988. -СЛЪ6-\62.

34. Федоров В. К., Сергеев Н. П., Кондрашин А. А. Контроль и испытания в производстве и проектировании радиоэлектронных средств. М.: Техносфера, 2005. - 504 с.

35. Болычевцев А. Д., Смолин Ю. А. Контроль партий изделий, обеспечивающий заданные требования к их качеству. // Вюник СхщноукраУнсько-го нацюнального ушверситету ¡м. В. Даля.-2003.-№6.-С. 117-122.

36. Болычевцев А. Д., Цапенко М. П., Шенброт И. М. Качество контроля. // Измерительная техника. 1984. - № 11. - С. 3 - 7.

37. Болычевцев А. Д. Средние риски. Элементы теоретико-методологического анализа. // Измерительная техника. 2001. - № 9. - С. 29 - 33.

38. Болычевцев А. Д. Методология и практика технического контроля в контрольно-измерительных и управляющих системах. Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук. Новосибирск: НЭТИ, 1992.

39. Болычевцев А. Д. Функциональный контроль // Измерительная техника.- 1992.-№20.-С. 15-18.

40. Болычевцев А. Д. Элементы теории числового измерительного контроля // Метрология. 1989. - № 6. - С. 3 - 13.

41. Болычевцева JI. А., Шлыков В. А. Априорные и апостериорные модели объектов косвенного контроля // В1сник СхщноукраГнського нацюнального ушверситету iM. В. Даля. 2003. - № 6. - С. 75 - 78.

42. Евланов JI. Г. Контроль динамических систем. М.: Наука, 1979. - 432 с.

43. Шенброт И. М., Гинзбург М. Я. Расчет точности систем централизованного контроля. М.: Энергия, 1970. - 408 с.

44. Короткое В. П., Тайц Б. А. Основы метрологии и точности измерительных устройств. М.: Изд-во стандартов, 1978.-400 с.

45. Рубичев Н. А., Фрумкин В. Д. Достоверность допускового контролякачества. M.: Изд-во стандартов, 1990. - 172 с.

46. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы. М.: Энер-гоатомиздат, 1985. - 440 с.

47. Бородачев Н. А. Основные вопросы теории точности производства. -M.- Л.: Изд-во АН СССР, 1950.- 416 с.

48. Электрические методы автоматического контроля / Под ред. К. Б. Ка-рандеева. М.: Энергия, 1965. - 384 с.

49. Балашов В. П. Автоматизация радиоизмерений. М.: Сов. радио, 1966.

50. Карташова А. Н. Достоверность измерений и критерии качества испытаний приборов. М.: Изд-во стандартов, 1967. - 158 с.

51. Михайлов А. В. Эксплуатационные допуски и надежность в РЭА. -М.: Сов. радио, 1970. 216 с.

52. Контроль качества продукции в машиностроении / Под ред. А. Э. Ат-реса. М.: Изд-во стандартов, 1974. 448 с.

53. Разумный В. М. Оценка параметров автоматического контроля. М.: Энергия, 1975.-124 с.

54. Фрумкин В. Д., Рубичев Н. А., Котляр А. В. Достоверность контроля средств радиоизмерений. М.: Изд-во стандартов, 1975. 95 с.

55. Дунаев Б. В. Точность измерений при контроле качества. Киев: Техника, 1981.-151 с.

56. Барзилович Е. Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа., 1982. - 231 с.

57. Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. Киев: Вища школа, 1983. 455 с.

58. Пономаренко М. Ф. Анализ достоверности при контроле. Киев: КПИ, 1983.- 124 с.

59. Карпов П. И., Литвинов В. Г., Яворский В. А. Инженерные методы оценки и контроля качества. М.: Изд-во стандартов, 1984. 216 с.

60. Кудрицкий В. Д., Синица М. А., Чинаев П. И. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1977. - 256 с.

61. Бондаревский А. С., Ткачева В. Н. Систематизация выражений рисков поставщика и потребителя при однопараметрическом контроле // Надежность и контроль качества. 1983. -№ 12. - С. 44 - 50.

62. Рыбаков И. И. Метрологические характеристики контроля. // Измерительная техника. 1984. - № 11. - С. 5 - 7 .

63. Болычевцев А. Д., Смолин Ю. А., Шулик П. В. Локальные риски: термины, формулы, анализ // Измерительная техника. 2000. - № 3. - С. 12 -16.

64. Болычевцев А. Д. Технический контроль. Фрагменты методологического анализа. // ААЭКС. 1997. -№ 1. - 173 - 179.

65. Рубичев Н. А., Фрумкин В. Д. Вероятностный анализ многоэтапного до-пускового контроля по одному параметру при независимости погрешностей измерения. // Измерительная техника. -1988. № 9. - С. 10 - 13 .

66. Черкесов Г. Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. -СПб.: Питер, 2005.-479 с.

67. Бондаревский А. С. Наука о точности метрология информационных операций. // Законодательная и прикладная метрология. - 2001. - № 6. -С. 43-56.

68. Болычевцев А. Д. Контроль как гарантия качества продукции и требования к точности используемых измерительных средств // Метрология. 2000. - № 11 - С. 20 - 32.

69. Болычевцев А. Д. Средние риски: расчетные соотношения // Метрология. 2002. - № 6 - С. 3 - 13.

70. Бондаревский А. С. Метод оценки точности контроля, не требующийзнания закона распределения контролируемого параметра // Измерительная техника. 2001. - № 6. - С. 3 - 8.

71. Данилевич С. Б. Специфика измерений и допускового измерительного контроля // Измерительная техника. 2003. - № 8. - С. 16 - 19.

72. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: «Наука», 1969. - 576 с.

73. Болычевцев А. Д., Добрыдень В. А., Павленко Ю. Ф., Смолин Ю. А. Числовой контроль: усредненные риски и условия целесообразности // Измерительная техника.-2001.-№5.-С. 10-14.

74. Хинчин А. Я. Работы по теории массового обслуживания. М.: Физ-матгиз, 1963.

75. Кузьмин И. В., Кедрус В. А. Основы теории информации и кодирования. Киев: Вища школа, 1986. - 238 с.

76. Лернер А.Я. Начала кибернетики. М.: Наука, 1967 - 400 с

77. Юдин М.Ф., Селиванов М.Н., Тищенко О.Ф., Скороходов А.И. Основные термины в области метрологии. Словарь-справочник. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 113 с.

78. Исаев Л. К., Черноярский А. А., Земельман М. А. Головашкин М. А., Бикбулатов И. А. Метрологические аспекты испытаний и контроля // Измерительнаятехника- 1981.-№ 3.- С. 12-15.

79. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике. М.: Наука, 1967.-608 с.

80. Волков Е. А. Численные методы. М.: Наука, 1982. - 355 с.

81. Камхин Я. Б. Исследование эффективности двухступенчатого автоматического контроля размеров изделий моделированием на ЭЦВМ // Измерительная техника. 1972. - № 7. - С. 16 - 20.

82. Коченов М. И. Вопросы точности автоматического контроля размеров. В кн.: Вопросы точности и надежности в машиностроении. - М.:

83. Изд-во АН СССР, 1962. 250 с.

84. Володарский Е. Т., Кухарчук В. В, и др. Метрологическое обеспечение измерений и контроля. Винница: ВГТУ, 2001.-219 с.

85. Болычевцев А. Д. Числовой измерительный контроль повышенного качества // Измерительная техника. 1990. - № 5. - С. 3 - 5.

86. Болычевцев А. Д. Многоступенчатый измерительный контроль // Измерительная техника. 1990. - № 8. - С. 15-17.

87. Федюшин А. И. Об одном показателе качества многоступенчатого контроля // ААЭКС. № 2. - 2002. - С. 12 - 16.

88. Лучкин С. Л. Об одном способе повышения достоверности результатов контроля // Метрология. 1976. - № 9. - С. 10-15.

89. Ординарцева Н. П. Метрологические аспекты технического контроля. // Измерительная техника. 1993. - № 5. - С. 6 - 7.