автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Управление качеством целевого функционирования производственно-технологических комплексов по изготовлению радиоэлектронных средств

На правах рукописи

ГОРБУНОВ Александр Анатольевич

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЦЕЛЕВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Специальность: 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в Открытом Акционерном Обществе «Холдинговая компания «Ленинец»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

В.М. Балашов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кандидат технических наук

А.Г. Варжапетян М.А. Добросельский

Ведущее предприятие: Открытое Акционерное Общество «Научно-производственное предприятие «Конверсия»

Защита состоится « » марта 2006 г. в « » часов на заседании диссертационного совета Д223.009.03 при Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д. 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 9 » февраля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.В.Фомин

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Совершенствование систем управление в настоящее время характеризуется активным внедрением современных технологий в практику управления в различных сферах практической деятельности человека. Многообразие архитектурных решений и относительное удешевление обработки информации создали реальные предпосылки перехода от автоматизации отдельных задач к автоматизации множества производственных процессов.

Вместе с тем повышаются требования к качеству проектных и исследовательских разработок при создании автоматизированных систем. Концепция реинжиниринга производственных процессов и нарастающее внедрение систем с архитектурой «клиент-сервер», являющиеся ведущими тенденциями последних лет, обуславливают возрастание роли системного подхода, как при моделировании предметной области, так и при обосновании выбора архитектуры комплекса средств автоматизации. Таким образом, в теории и практики создания производственно-ориентированных систем обработки информации наметилась устойчивая тенденция возвращения к обсуждению методологических вопросов, позволяющая задать теоретические ориентиры, необходимые для более осознанной и конкретной инженерной деятельности.

Неоднозначная экономическая ситуация в России привела к значительному сокращению объема научных исследований, не носящих узкоутилитарного характера. Резко снизилось число работ методологического характера.

Таким образом, актуальность разработки общеметодологических вопросов формальных и инструментальных основ процессов управления и принятия решений в производственно-технологических комплексах

очевидна.

РОС НАЦИОНАЛЫ!' ' 1

БИБЛИОТЕКА 1

Использование системных принципов при проектировании, моделировании эксплуатации производственно-технологических комплексов (НТК) требует, в свою очередь, уточнения понятийного аппарата, развития теории качества и разработки эффективных процедур управления качеством продукции на всех этапах жизненного цикла.

Отсутствие методологического аппарата и средств автоматизированной обработки информации делает систему управления техническим обслуживанием IHK инертной, не позволяет перейти к эксплуатации технических средств по состоянию, влечет неоправданные дополнительные затраты. Выход из сложившейся ситуации возможен только на основе новых подходов к автоматизации системы управления, и в частности — процессов принятия решения.

Однако разработка программно-методического обеспечения процедур принятия управленческих решений отстает от темпов развития информационных систем, а приоритетность эффективного использования информации в процедурах анализа и принятия решений возрастает.

В настоящее время созданы предпосылки разработки и внедрения в управленческую деятельность информационно-аналитических систем, баз данных и экспертных систем.

Для процессов управления ПТК характерна большая степень неопределенности и влияния случайных факторов. Это затрудняет применение детерминированных моделей и методов управления и обуславливает целесообразность использования ситуационного подхода и статистических методов управления ПТК.

В условиях мелкосерийного производства радиоэлектронных средств необходимость эффективного статистического управления ПТК, включая процессы технологической подготовки и собственно производственные процессы, усиливается также и тем, что относительный (в процентном отношении) ущерб от брака при кратковременных процессах оказывается

больше, чем при долговременных.

Применение статистического управления ПТК (СУ 111 К) обусловлено вариабельностью контролируемых показателей качества в партиях и необходимостью корректировок текущего технического состояния с целью компенсации влияния многочисленных производственных факторов. Преимуществом СУ НТК становится возможность оперативного управления производственными процессами по результатам выборочного контроля процесса (контрольных границ и объема выборок), характеристики плана которого определяются по априорно заданным вероятностям пропуска момента разладки и перерегулировки НТК. Известные методы расчета планов контроля не учитывают групповую обработку изделий электроники на большинстве операций, не обладают необходимой точностью оценки уровня наладки ПТК, не учитывают интегральные затраты на контроль изделий, регулировку ПТК и потери от брака.

С учетом изложенного выше задача повышения эффективности операционного контроля изделий радиоэлектроники путем оптимизации планов выборочного контроля при статистическом управлении ПТК представляет существенный научный и практический интерес, что и определяет актуальность настоящей диссертационной работы.

Выполненные исследования направлены на развитие следующих критических технологий Российской Федерации: «Информационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукции (CALS-, CAD-, CAM-, САЕ-технологии)», «Прецизионные и нанометрические технологии обработки, сборки и контроля», «Энергосбережение».

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование процессов обеспечения качества при статистическом управлении производственно-технологическими комплексами по изготовлению радиоэлектронных средств.

Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и

5

решены следующие задачи:

1. системный анализ процессов обеспечения качества радиоэлектронных средств и производственно-технологических комплексов, уточнение основных задач статистического управления 111 К, определение видов и групп разладки НТК.

2. математическая формулировка и обоснование оценки затрат на корректировку ПТК и оценки эффективности распределения ресурсов при корректировке состояния ПТК по результатам контроля состояния.

3. разработка и обоснование статистических моделей управления для производственно технологических комплексов радиоэлектронного профиля.

4. разработка и обоснование критериев эффективности статистического управления производственно-технологическими комплексами при изготовлении радиоэлектронных средств.

5. разработка информационного обеспечения для расчета характеристик планов контроля состояния ПТК по предложенным технико-экономическим критериям.

6. теоретическая и экспериментальная оценка эффективности применения предложенных и разработанных методик.

Методы исследования. Методологическую и общетеоретическую базу исследований составляют теоретические основы технологии производства радиоаппаратуры, системология, теория принятия решений, методы теории оптимального управления, теории принятия решений, теории множеств и баз данных, теории классификации, численные методы анализа и математического моделирования, теория планирования эксперимента и имитационного моделирования. Основные теоретические результаты подтверждены экспериментально и при внедрении основных выводов и положений диссертационной работы.

Научная новизна. В результате проведенных исследований

получены следующие новые научные результаты:

1. на основе системного анализа методологии поддержки принятия решения в производственно-технологических комплексах уточнена содержательная направленность отдельных этапов процесса поддержки принятия решения и определены потенциальные возможности использования ситуационного подхода к принятию управленческих решений в производственно-технологических комплексах.

2. предложены и разработаны методики косвенной оценки затрат по корректировке технического состояния ГТГК и оценки эффективности распределения фиксированных ресурсов при проведении корректировки технического состояния ПТК по результатам контроля состояния, обеспечившие уменьшение дисперсии оценки.

3. предложены статистические модели управления ПТК, позволившие повысить эффективность управления с учетом вариабельности показателей качества продукции между партиями, случайного характера разладки ПТК и неточности уровня наладки.

4. предложены и разработаны критерии эффективности статистического управления ПТК по величине уровня брака за межрегулировочный период и интегральным стоимостным затратам на контроль и корректировку состояния ПТК, а также потери от брака.

5. разработаны и обоснованы методики выбора характеристик плана контроля состояния ПТК по априорно заданному предельно допустимому уровню брака, обеспечивающие квазиоптимальность по стоимостным показателям при случайном характере разладок ПТК.

Практическая ценность полученных результатов заключается в

следующем:

• предложены и разработаны методики оценки эффективности распределения ресурсов при корректировке технического состояния 111К по результатам контроля состояния;

• предложена и разработана инженерная методика расчета характеристик плана контроля состояния ПТК по априорно заданному предельно допустимому уровню брака за межрегулировочный интервал;

• предложена и разработана инженерная методика расчета характеристик квазиоптимального по стоимостным показателям плана контроля состояния при случайном характере разладок ПТК; Основные новые результаты, выносимые на защиту.

• результаты системного анализа методологии поддержки принятия решения в ПТК, позволившие уточнить содержательность этапов процесса поддержки принятия решения и определить возможности использования ситуационного подхода к управлению ПТК;

• методики оценки затрат по корректировке состояния ПТК и оценки эффективности распределения фиксированных ресурсов при корректировке ПТК по результатам контроля состояния;

• статистические модели управления ПТК, учитывающие вариабельность показателей качества продукции между партиями, случайный характер разладки ПТК и неточность уровня наладки;

• критерии эффективности статистического управления ПТК по величине уровня брака за межрегулировочный период и интегральным стоимостным затратам на потери от брака, контроль и корректировку состояния ПТК.

• инженерная методика расчета характеристик плана контроля состояния ПТК по априорно заданному предельно

допустимому уровню брака за межрегулировочный интервал;

• инженерная методика расчета характеристик квазиоптимального по стоимостным показателям плана контроля состояния НТК при случайном характере разладок;

Реализация результатов работы.

Научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы реализованы создании и модернизации производственно-технологических систем для изделий радиоэлектроники, телекоммуникационных систем, средств связи и приборостроения, которые в период с 2003 по 2005 гг. внедрены в:

• ЗАО «Котлин-Новатор»;

• ОАО «Экспериментальный завод»;

• ЗАО «Промышленно-инновационная компания»;

• ЗАО «НТЦ Эврика» и других предприятиях;

Апробация работы. Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Межотраслевой научно-практической конференции «Радиоэлектронные системы. XXI век» (Санкт-Петербург, 2004 г.).

Публикации. По результатам проведенных автором исследований опубликовано 5 научно-технических статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и включает 154 страниц основного текста, 25 рисунков, 20 таблиц. Библиографический список включает 93 наименования.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель, основные задачи, объект и предмет исследования. Показана научная новизна и практическая значимость выполненной работы. Выполнен ретроспективный анализ развития теории сложных технических систем, сформулированы направления исследования ПТК, связанные с решением задач управления в условиях частичной неопределенности. Для оценки качества функционирования продукции (процесса) предложена интегральная характеристика - качество целевого функционирования, оцениваемая той мерой (технико-экономическими показателями, параметрами распределения и т.д.), которая наиболее существенна для потребителя в данное время и при данных обстоятельствах.

В первой главе выполнен системный анализ процессов управления в производственно-технологических комплексах по изготовлению радиоэлектронных средств.

Получившие за последнее десятилетие широкое распространение автоматизированные системы обработки данных и организационно-производственного управления основаны на использовании локальных и глобальных вычислительных сетей. Многообразие архитектурных решений и относительное удешевление обработки информации создали предпосылки перехода от автоматизации отдельных задач к автоматизации множества производственных процессов, осуществляемых разрабатывающей организацией или промышленным предприятием.

Использование системных принципов при проектировании, моделировании и эксплуатации производственно-технологических комплексов потребовало, в свою очередь, уточнения понятийного аппарата, развития теории качества и разработки эффективных процедур управления качеством продукции для различных этапов жизненного цикла.

На основе системного анализа процессов управления производственно-технологическими комплексами выделены основные этапы процесса управления и проблемы, связанные с принятием эффективных решений в этой системе, уточнена содержательная направленность отдельных этапов процесса поддержки принятия решения.

Установлено, что отсутствие методологического аппарата и средств автоматизированной обработки информации делает систему управления техническим обслуживанием ПТК инертной и не позволяет перейти к организации эксплуатации технических средств по фактическому техническому состоянию, сопровождается неоправданными дополнительными затратами.

Выход из сложившейся ситуации возможен только на основе разработки и внедрения новых подходов к автоматизации системы управления, и в частности - процессов принятия решения.

В качестве основы информационно-методического обеспечения процессов исследования и анализа систем управления производственно-технологическими комплексами предложена методика, включающая пять этапов.

Для процессов управления производственно-технологическими комплексами характерна большая степень неопределенности и влияния случайных факторов. Это затрудняет применение детерминированных моделей и методов управления и обуславливает целесообразность использования ситуационного подхода.

Основным элементом системы управления ПТК является система поддержки принятия управленческих решений, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Схема системы поддержки принятий решений Из-за существенной неопределенности изменений, возникающих в производственно-технологических комплексах, невозможна разработка универсального алгоритма выбора обоснованной стратегии реакции на все возможные возмущения. Этим и объясняется целесообразность применения ситуационного анализа, целью которого является разработка стратегий управления, соответствующих фактическому состоянию НТК.

Эффективность применения статистических методов в системе обеспечения качества промышленной продукции объективно обусловлена возможностью получения достаточно точных выводов и основанных на них технических решений благодаря снижению вероятности принятия ошибочных гипотез при анализе данных. Выборочный характер данных можно считать характерным признаком всей производственной ситуации, в которой ведется работа по обеспечению качества. Применение конкретного статистического метода из возможных альтернатив связано с

соблюдением предпосылок математического характера и определенными требованиями к структуре экспериментальных данных, получаемых в процессе производственного контроля и испытаний продукции.

Задачей статистического регулирования ПТК определено своевременное выявление и уточнение характера разладки с последующей реализацией корректирующих воздействий с целью предупреждения брака, обеспечение оптимального времени настройки производственного оборудования, оснащения, инструмента и технологического процесса по параметрам точности и стабильности.

С развитием микроминиатюризации технических систем возрастает вероятность возникновения дефектов, связанных с неоднородностью применяемых конструкционных и технологических материалов, определяющим влиянием технологических режимов обработки и технологических сред, нестабильностью физико-механических свойств материалов и параметров технологических процессов. Проблема усугубляется еще и тем, что информация, получаемая с операций финишного контроля готовых узлов, не может быть использована для управления технологическими процессами вследствие широкой номенклатуры продукции. Именно поэтому возрастает роль операции-онного контроля, рационального размещения контрольных постов и уточнения требуемых метрологических характеристик используемых стандартных и нестандартных средств измерений. Однако применение средств операционного контроля сопровождается существенными затратами на приобретение и эксплуатацию контрольно-измерительного оборудования, значительной трудоемкостью, что сдерживает получение статистически значимых характеристик технологического процесса.

В условиях мелкосерийного производства радиоэлектронных средств необходимость эффективного статистического управления производственно-технологическими системами, включая процессы технологической

подготовки и собственно производственные процессы, усиливается тем, что относительный (в процентном отношении) ущерб от брака при кратковременных процессах оказывается больше, чем при долговременных.

Установлена приоритетность статистического регулирования ПТК; инструментом реализации плана статистического управления определены контрольные карты, являющиеся эффективным средством профилактики дефектности продукции и идеологией предупреждения несоответствий.

Основные задачи, решаемыми статистическим управлением производственно-технологическими комплексами, включают:

• анализ конструкторско-технологических вариантов исполнения и оптимизация ПТК по выходу годных;

• контроль технологичности;

• аттестация ГПК по точности и стабильности;

• оперативный контроль и управление ПТК.

Повышение эффективности статистического управления ПТК и действенности методов и средств операционного контроля обеспечивается при автоматизации процедур статистического управления производственными процессами с учетом особенностей производственных условий, а также их назначения в иерархической структуре производства, оснащенного другими автоматизированными системами.

На основе анализа организационно-технических особенностей производственно-технологических комплексов изготовления радиоэлектронных средств установлена тенденция нарастающего использования групповых способов обработки, когда в производственном процессе одновременно участвует группа (десятки и/или сотни) одинаковых изделий с формированием контрольной выборки путем случайного отбора установленного числа изделий из партии.

Для непрерывных и циклических ПТК приведена классификация разладок на параметрическую и катастрофическую, уточнены

14

состав и характеристика групп параметрической разладки для моделей внезапного и постепенного нарушения работоспособности производственно-технологических систем. По результатам анализа научно-технических публикаций и практического опыта производства радиоэлектронных средств установлено, что при реализации производственно-технологических комплексов имеется значительно большее число причин, приводящих к внезапным разладкам по сравнению с постепенными.

Во второй главе показано, что при системном синтезе производственно-технологических комплексов особое значение приобретает структурирование требований к показателям назначения НТК с целью выбора характеристик элементов комплекса из условия минимизации его стоимости (F) при заданном значении показателя назначения Ф. Аналитическое решение задачи на этапе разработки ПТК невозможно из-за отсутствия априорной информации о Ф(х), где х -набор характеристик элементов ПТК и сводится к двум процессам:

\F(xa)-* min

к поиску начального приближения х0 из условия 1 (1)

[ф(х0) = р

где Ф - упрощенное аналитическое выражение для показателя Ф.

к уточнению начального приближения по схеме =хк+ек> к = 0,1,2,...

F( хк +£»)-> min

дФ (2)

где

7л о*,

Если пренебречь затратами на компоновку и размещение 111 К, то стоимость производственно-технологического комплекса образуется суммой стоимостей элементов F-^FS> гДе Fs зависит от дисперсии

s

погрешности ds и вероятности у ^отказа qs элемента ПТК. При

dK - 0, d = d° exp——— или F = Fn-aln%,a a q°s

4Ь_Л1„%| (3)

Поиск параметров зависимости (3) для конкретного типа элементов осуществляется методом наименьших квадратов по данным о совокупности прототипов.

Задача структурирования требований (ЗСТ) к показателям назначения заключается в оптимизации функции стоимости от вектора параметров F(х) при ограничении на его выбор. Решение ЗСТ сводится к решению уравнений Куна-Таккера:

[gradF = Xgrad<X>

{Ф(*)=Р ' * '

В частном случае невозможности их построения (когда Ф задана алгоритмически) или сложности их сведения к конечному уравнению предложены итерационные процедуры решения ЗСТ, основанные на допущении о представимости F и Ф отрезками ряда Тейлора.

Итерационная процедура уточнения х0 с использованием градиента 4/ = grad0 и значений ф(хк ), определяемых на имитационной модели в последовательности получаемых точек, построена по схеме

хм ~ хк + е<> ¿ = 0,1,2,.., и.

где <5>

Условия сходимости процедуры х0\хк хн имеют вид ц + М0 < 1

\Ф-УФ,Ъ)

и = max к

(<ФЬ\

^ и 1д = \Р-Ф0\- (6)

* 2 (ФЬЪ 16

При линеаризации условий оптимальности решение ЗСТ сведено к итерационным процедурам поиска и уточнения нулевого приближения с аналитическим расчетом поправок и условий сходимости. Предложенные процедуры обладают высокой сходимостью, а значение функции стоимости в предельной точке очень мало отличается от оптимального.

В третьей главе предложены уточненные статистические модели управления производственно-технологическими комплексами, обоснован критерий эффективности статистического управления 111К по величине уровня брака за период между регулировками, изложены инженерные методики его расчета.

Ключевым моментом при расчете уровня брака за период между регулировками НТК является представление о двух состояниях Ш К, между которыми распределено все полезное время - налаженном и разлаженном - с уровнями брака д0 и д, соответственно.

Разладка ПТК обнаруживается с задержкой, за время которой продолжается обработка изделий с повышенным уровнем брака ql.

В установившемся режиме в каждом из состояний - налаженном или разлаженном ПТК может находиться с вероятностями р0 и р, соогветственно, которые определяются выражениями:

Т Т

Ро = тТт;' Pl=YtTp' (7)

где Т,ТР - средние длительности налаженного и разлаженного состояния ПТК соответственно. Сумма Тц=т+тр представляет период между регулировками ПТК.

Для ПТК групповой обработки Тр = • г, где L, - средняя длина серий (СДС) выборок разлаженной 111 К.

Уровень брака за период между регулировками ПТК имеет вид:

Я = Ро'Яо+РгЪ- (8)

С учетом (8) выражение (7) примет вид: В L

ч = -

"Чь+ТГГЪ' где 5 = Г/г.

Я + 1, в + ц

Преимущество оценки эффективности статистического управления НТК по критерию уровня брака за период между регулировками по сравнению с традиционной оценкой эффективности по величине L, состоит в том, что критерий уровня брака характеризует не только качество обнаружения разладки (через величину Z,), но и другие важнейшие характеристики НТК: уровень брака налаженного НТК q0 и надежность ПТ% (через величину В).

В подразделе 3.2 получены зависимости для основных характеристик статистического управления ПТК с помощью контрольной карты выборочных средних значений контролируемого параметра (КП), построенной на основе уточненных СМУ со следующими свойствами:

• вариации средних значений контролируемого параметра между партиями в соответствии с нормальным законом распределения;

• два характерных вида разладки ПТК: 1 - увеличение вариаций средних значений КП между партиями; 2 - смещение среднего значения контролируемого параметра в последовательности партий;

• случайный характер разладки ПТК вследствие случайности времени и уровня разладки в каждом межрегулировочном цикле;

• неточность уровня наладки ПТК в каждом цикле регулировки.

Для ПТК со СМУ 1 вероятность брака в последовательности партий:

при налаженном ПТК <?„ = 2

при разлаженном ПТС qx= 2 и СДС выборок:

1-F U<l + c.JJ_

1-F (

(10) (П)

при налаженном IITK ¿0 = 0,5 • при разлаженном НТК Z, = 0,5

1-F

1-F

[№« + '1, S..

(12) (13)

Для ЛТК со СМУ 2 вероятность брака в последовательности партий:

(14)

(15)

• при налаженном ПТК q0 -1- F + F SH ~SÖ

1 J_ Л2

/ > r

• при разлаженном ПТК q, = \-F <Wa 1. i + F I ,

+ ^

и СДС выборок:

• при налаженном ПТК L„ ■■

• при разлаженном ПТК X, =

1-F

Jl/n + c20>

+ F

8»-8ff

1 -F

+ F

(16) (17)

Jlln + c20 J [Jl/n + cl Исследование зависимостей g от q0, qt, cQ,a и показывает:

• предельное значение вероятности брака q^, равное значению q при <j,->l, увеличивается при росте q0 и не зависит от с0,а и п. Монотонность функции q от д, при п — 5 и а = 0,0027 сохраняется только при малых q0 и с0 (q0 <0,05; с0<0,5). Увеличение q„ и с0 приводит к росту потерь от брака вследствие максимума функции q{qx), который превышает q^ в случае д0=0,1; с0=1 для СМУ 1 на 10% и для СМУ 2 на 35%.

• уменьшение значения q в диапазоне изменения , и монотонность функции q (?,) достигается при увеличении а тип.

На основании полученных зависимостей сформулированы конкретные рекомендации по выбору характеристик плана контроля ПТК по

19

критерию вероятности брака за период между регулировками и изложена инженерная методика расчета характеристик плана контроля а!,аи по критерию вероятности брака за период между регулировками ПТК.

Полученные в результате вычислительного эксперимента результаты показали, что фактические значения СДС выборок равны теоретическим (таблица 1), что подтвердило адекватность предложенных моделей.

Таблица 1

Вид СМУ ¿0 Ьоф N к Результаты проверки

Принимаемая гипотеза а

Точечные оценки значений СДС при налаженном ПТК

СМУ 1,2 348,54 352,49 106 2837 [2781; 2957] Щ 0,1 0,3

Точечные оценки значений СДС при разлаженном ПТК

СМУ 1 4,97 4,95 105 20210 [19891; 20308] Но 0,1 <0,01

СМУ 2 4,39 4,37 105 22910 [22581; 23018] Но 0,1 <0,01

В четвертой главе выполнен технико-экономический анализ мероприятий по обеспечению требуемого качества, рассмотрен стоимостной подхода к расчету характеристик плана контроля, где критерием оптимальности является минимум суммарных затрат на контроль

С.. 1 С

изделий, регулировку ПТК и потери от брака: cz =

ф Q_(B*q,L,ff п _ безразмерная функция; о."»0»-/ • B + Li

отношение стоимости потерь от брака в партии в налаженном ПТК к

стоимости одной регулировки; E=CKJCpo - отношение стоимости

контроля одного изделия к стоимости одной регулировки.

Особенность предложенного критерия заключается в том, что при

постоянных стоимостных затратах на регулировку ПТК и объеме партии

величина стоимостных затрат, связанных со статистическим

регулированием ПТК определяется безразмерным функционалом р с

20

относительными значениями экономических параметров ПТК -ОиЕ.

Установлено, что функционал стоимостных затрат имеет глобальные минимумы в следующих диапазонах изменения параметров ПТК: вероятности брака при налаженном ПТК qй = 0,01 - 0,1; отношения вероятности брака при разлаженном ПТК к вероятности брака при налаженном ПТК = 2-8; среднем числе партий, изготавливаемых в налаженном ПТК (до появления разладки) 5=10-50; отношении стоимости ущерба от брака в партии при налаженном ПТК к стоимости одной регулировки £>=0,1-10; отношении стоимости затрат на контроль изделия к стоимости одной регулировки £=0,0001-0,005. Учет значений В, ,до, £> и Е при расчете оптимальных характеристик плана контроля позволил снизить стоимостные затраты при статистическом управлении ПТК на 10-28%.

Доказано, что стоимостное различие между вариантами статистического управления ПТК с оптимальными и традиционными (п = 5\а = 0,0027) характеристиками плана контроля существенно при малых степенях разладки ПТК (до 46% для СМУ 1 и 72% для СМУ 2).

При оптимизации функционала стоимостных затрат к точности определения параметров В и. q\, описывающих случайную разладку ПТК, предъявляются достаточно жесткие требования. Подтверждено существование значимых допусков на значения параметров налаженного ПТК -О и Е, обеспечивших незначительное (менее 5 %) отклонение функционала стоимости от оптимального значения.

В подразделе 4.4 представлены методика, процедура и алгоритмы расчета квазиоптимальных характеристик плана контроля при случайном характере разладок ПТК, учитывающие влияния на оптимальное значение стоимостного функционала затрат параметров В и ^ при максимальных значениях д и Е

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации содержится решение научной задачи совершенствования процессов обеспечения качества при статистическом управлении производственно-технологическими комплексами.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Предложены и обоснованы аналитические статистические модели управления производственно-технологическими комплексами, обеспечившие повышение эффективности статистического управления ПТК на основе учета вариабельности контролируемого параметра между партиями, неопределенности и случайности характера и вида разладки, неточности уровня наладки.

2. Предложены и разработаны методики оценки затрат при корректировке технического состояния ПТК и оценки эффективности распределения фиксированных ресурсов при корректировке технического состояния ПТК по результатам контроля состояния, обеспечившие уменьшение дисперсии оценки затрат.

/

3. Получены аналитические выражения для процессов управления состоянием ПТК. По результатам моделирования уточнены диапазоны изменения технико-экономических параметров производственно-технологических комплексов, характеризующиеся глобальными минимумами функционала стоимостных затрат. Учет этих результатов позволил снизить стоимостные затраты при

I

статистическом управлении состоянием ПТК на 10 - 2 8%.

4. Предложены и разработаны критерии эффективности е статистического управления производственно-технологическими комплексами по величине уровня брака за межрегулировочный

период и интегральных стоимостных затрат на потери от брака, контроль и корректировку состояния ПТК.

5. Предложена и разработана инженерная методика расчета характеристик плана контроля состояния ПТК по априорно заданному предельно допустимому уровню брака за межрегулировочный интервал;

6. Предложена и разработана инженерная методика расчета характеристик квазиоптимального по стоимостным показателям плана контроля состояния при случайном характере разладок ПТК. Разработанные методики расчета основных характеристик планов

выборочного контроля при статистическом управлении производственно-технологическими комплексами внедрены в производство радиоэлектронных узлов ОАО «Экспериментальный завод», ЗАО «Промышленно-инновационная компания», ЗАО «Котлин-Новатор», ЗАО «Эврика» и ряде других предприятий, обеспечили повышение технико-экономической эффективности производства.

IV. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В

СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЯХ Научные статьи

1. Горбунов A.A., Смирнов Ю.М. Косвенная оценка эффективности функционирования производственно-технологической системы. Электронный журнал «Исследовано в России», № 8, 2044-2052, 2005. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/199. pdf

2. Горбунов A.A., Смирнов Ю.М. Структурирование требований к показателям функционирования производственно-технологических систем. Электронный журнал «Исследовано в России», № 8, 20532062, 2005. http://zhurnal.ape.relarn.rU/articles/2005/.200.pdf

3. Горбунов A.A. Статистическое регулирование производственно-технологических систем как средство управления качеством продукции. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион, Технические науки, 2005, вып. 5, с. 132-138.

4. Горбунов A.A. Методы и средства поддержки принятия решений в производственно-технологических системах. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения на внутренних водных путях», СПб.: СПГУВК, 2005. с. 62-67.

5. Горбунов A.A. Статистические модели управления производственно-технологическими системами. Межвузовский сборник научных трудов «Технические средства судовождения на внутренних водных путях», СПб.: СПГУВК, 2005. с. 67-72.

Материалы научно-технических конференций

6. Балашов В.М., Горбунов A.A., Климова И.Н. Автофорезные лакокрасочные композиции для сложнопрофильных антенных устройств./ Материалы научно-практической конференции «Радиоэлектронные системы. XXI век», Санкт-Петербург. 2004.

7. Балашов В.М., Горбунов А.А., Семенова Е.Г. Структурирование конструкторско-технологических параметров бортовых комплексов / Материалы научно-практической конференции «Радиоэлектронные системы. XXI век гтербург. 2004. с. 62-69

с.49-55

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 30.01.06. Сдано в производство 30.01.06.

Лицензия № 000283 от 19.10.98. Форма! 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 1,44. Уч.-изд.л. 1,24. Тираж 60 экз. Заказ №18

Отпечатано в ИГЩ Ф ГОУ ВПО СПТУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

'1

^"4 5 90

Введение

1. Системный анализ процессов управления в производственно-технологических комплексах по изготовлению радиоэлектронных средств

1.1. Методы и средства поддержки принятия решений в производственно-технологических комплексах

1.2. Принятие управленческих решений в производственно-технологических комплексах

1.3. Особенности технологии изготовления радиоэлектронных средств и статистические методы обеспечения их качества

1.4. Статистическое управление технологическими процессами как средство управления качеством продукции

1.5. Выводы по главе

2. Оптимизация распределения ресурсов по этапам технологического процесса изготовления радиоэлектронных средств

2.1. Формализация задачи распределения ресурсов при управлении производственно-технологического комплексом

2.2. Алгоритм решения оптимизационной задачи при оценке показателя функционирования процесса

2.3. Оценка эффективности корректировки производственно-технологического комплекса

2.4. Обоснование эффективности метода косвенной оценки состояния производственно-технологического комплекса

2.5. Выводы по главе

3. Оценка качества функционирования производственно-технологического комплекса по изготовлению радиоэлектронных средств

3.1. Критерии эффективности статистического управления производственно-технологическими комплексами

3.2. Оценка характеристик плана контроля производственно-технологического комплекса на основе выборочных средних значений

3.3. Экспериментальная проверка качества радиоэлектронных средств

3.4. Выводы по главе

4. Технико-экономический анализ эффективности организационно-технологических мероприятий по обеспечению требуемого качества

4.1. Оценка характеристик контроля производственно-технологического комплекса по критерию интегральных затрат

4.2. Особенности учета затрат при статистическом управлении производственно-технологическим комплексом

4.3. Оптимизация плана контроля качества продукции с учетом статистических моделей управления

4.4. Алгоритмическое обеспечение оценки квазиоптимальных характеристик плана контроля состояния производственно-технологического комплекса

4.5. Выводы по главе

Актуальность проблемы.

Современное состояние развития информатизации всех областей интеллектуальной практической деятельности, в том числе и, в первую очередь, организационного управления, характеризуется одновременным и параллельным развитием двух противоречивых тенденция.

С одной стороны, стремительное развитие научно-технического прогресса привело к существенному обновлению класса предлагаемых к использованию информационных технологий, расширяющих сущностное содержание, масштабы и географические границы совместно осуществляемой при их поддержке производственной деятельности. За последнее десятилетие получили широкое распространение автоматизированные системы обработки данных и организационно-производственного управления, основанные на использовании локальных и глобальных вычислительных сетей. Многообразие архитектурных решений и относительное удешевление обработки информации создали реальные предпосылки перехода от автоматизации отдельных задач к автоматизации множества производственных процессов, осуществляемых разрабатывающей организацией или промышленным предприятием.

Вместе с тем повышаются требования к качеству проектных и исследовательских разработок при создании автоматизированных систем. Концепция реинжиниринга производственных процессов и нарастающее внедрение систем с архитектурой «клиент-сервер», являющиеся ведущими тенденциями последних лет, обуславливают возрастание роли системного подхода как при моделировании предметной области, так и при обосновании выбора архитектуры комплекса средств автоматизации. Таким образом в теории и практики создания производственно ориентированных систем обработки информации наметилась устойчивая тенденция возвращения к обсуждению методологических вопросов, позволяющая задать теоретические ориентиры, необходимые для более осознанной и конкретной инженерной деятельности.

С другой стороны, неоднозначная экономическая ситуация в России привела к значительному сокращению объема научных исследований, не носящих узкоутилитарного характера. Резко снизилось число работ методологического характера.

Таким образом, необходимость разработки общеметодологических вопросов формальных и инструментальных основ процессов управления и принятия решений в производственно-технологических комплексах (ПТК) очевидна.

За последние десятилетия непрерывный рост требований, предъявляемых к техническим объектам, развитие распределенных автоматизированных систем управления, необходимость использования средств аппаратного и функционального резервирования, расширение спектра задач сопровождался функциональным усложнением технических объектов /1, 2/. В этих условиях традиционные методы их создания вошли в противоречие с психофизиологическими возможностями человека, что настоятельно потребовало совершенствования методологии и средства системного синтеза сложных технических объектов.

Основанием для развития методов и средств системного анализа послужило становление общей теории систем и системотехники с одной стороны, накопление и систематизация опыта создания комплексов определенного назначения - с другой /2, 3/. Разработка таких комплексов разделяется на два направления:

• внешний (системный) анализ, связанный с выбором принципов построения и функционирования комплекса в целом;

• внутренний (технический) анализ (проектирование), связанный с реализацией элементов комплекса, которые должны обладать заданными характеристиками.

Предметом системного анализа (СА) технических объектов является полный жизненный цикл объекта, включая создание, использование, развитие и утилизацию /4/.

Выбор оптимального варианта построения сложных технических объектов и способа их применения, соответствующих заданным требованиям, осложняется появлением специфических проблем, связанных с высокой степенью неопределенности целей, среды и поведения партнера (противника), поэтапным изменением свойств объекта, ограничениями на сроки и стоимость разработки /5/. При этом принципиальным является рациональное сочетание аналитических методов, имитационного моделирования и натурных испытаний. В соответствии со сказанным методология системного анализа включает следующие аспекты:

• классификацию принципов построения и функционирования объектов определенного назначения;

• технологию, схему и особенности системного синтеза;

• структурный анализ и распределение требований к элементам на ранних стадиях системного синтеза;

• принцип и правила построения имитационных моделей проектируемых объектов;

• методы оценки показателей функционирования проектируемых объектов в процессе разработки;

• методы параметрического синтеза проектируемых объектов;

• управление процессами создания новой техники.

Развитие методологии системного анализа с 1975 года до настоящего времени содержит три основных этапа /3/:

Первый этап (1975-83 г.г.) был связан с разработкой технологии С А и общих принципов имитационного моделирования; с появлением обобщающих работ по методам анализа и оптимизации сложных технических объектов; с появлением первых публикаций по распределению ресурсов и по учету изменения свойств объекта в ходе последовательных этапов создания.

Второй этап (1984-88г.г.) был связан с формулировкой общих законов строения и развития сложных технических объектов; систематизацией принципов построения технических объектов (комплексов 2 и 3 поколений); с формализацией процессов принятия технических решений; систематизацией опыта управления разработками и развитием предприятий.

Третий этап (1989-по н/в) связан с разработкой принципов построения сложных технических объектов (комплексов 4 и 5 поколения); с формулировкой и обоснованием принципов сочетания способов обработки информационных, управляющих сигналов и возмущающих воздействий в проектируемых объектах; с формализацией задач распределения ресурсов и управления проектами.

Содержанием системного анализа конкретного технического объекта является определение способа его построения и функционирования, требуемых характеристик образующих его устройств и алгоритмов; оценка и обоснование принимаемых технических решений; создание инструментальных средств для испытаний, отработки объекта в целом и (при необходимости) подготовки операторов.

Систематизацию опыта создания сложных технических объектов последовательно проводили Г. Гуд и Р. Макол /6/, Р. Джонсон , Ф. Каст и Д. Розенцвейг 111, В. Н. Захаров /8/ и JI. А. Растригин 191, Н. М. Тищенко и Дж. Джонс /10/, Ю. X. Вермишев /11/.

Основы методологии системного анализа были заложены в публикациях А.И. Кухтенко /12/, А.А. Денисова и Д. Н. Колесникова /13/. Результаты ее развития излагались в работах В.В. Дружинина и Д.С. Конторова /14/, В.И. Николаева и В. М. Брука /15/, Ю.Д. Козина /16/. Информационные технологии моделирования, диагностики и испытаний сложных объектов детально изложены в работах Д.В. Гаскарова 12 , 17/, Б.Я. Советова и С.АЛковлева /18/, О.Ю. Сабинина /19/, Дж Клира /20/.

Методология системного анализа должна быть дополнена решением следующих проблем:

• снятия неопределенности процесса системного анализа относительно целей проектирования, возможных условий применения и поведения партнеров (противников);

• рационального сочетания аналитических методов моделирования и натурных испытаний;

Решение общей задачи распределения требований к устройствам, образующим сложный технический объект, по их точности и надежности должно опираться на априорные знания о функциональной зависимости показателя функционирования от характеристик устройств и внешней среды.

Для построения таких зависимостей на основе /с-мерного интеграла, выражающего результат усреднения условных показателей функционирования по жизненному циклу изделия необходимо использовать упрощающие гипотезы о характере жизненного цикла изделия и зависимости условных показателей от них.

В общем случае задача распределения требований является многокритериальной, но методами структурирования функция качества ее можно свести к совокупности однокритериальных задач /21/.

Процесс исследований создаваемых сложных технических объектов включает проведение технических экспериментов для статистической оценки показателей функционирования, определения их зависимости от контролируемых факторов и параметрической оптимизации /21/.

Статистическая оценка показателей функционирования осуществляется по алгоритмам, использующим методы планирования экспериментов и обработки полученных данных. Необходимый математический аппарат был изложен в трудах Р. Шеннона /22/, А.А. Самарского /23/, М. Месаровича /24/, Т. Саати /25/. Применение этих методов предполагает независимость испытаний и неизменность свойств объекта и среды. Реально же в процессе проектирования по результатам испытаний производят доработки, изменяющие свойства объекта, уточняют условия применения. К.А. Пупков /26/ и И.Д. Кочубиевский /27/ предложили способы поэтапного проведения экспериментов и обработки их результатов для понижения дисперсии оценок (по сравнению с методами усреднения) за счет правильного учета информации, полученной на предыдущих этапах. Первые монографии, посвященные применению указанных методов к оценке показателей функционирования сложных технических объектов различного класса, опубликовали А.С. Шаракшанэ /28/, B.C. Михалевич и B.J1. Волкович /29/, Ю.М. Смирнов /30/.

В публикациях Ю.М.Смирнова и С. Б. Ванга /30, 31/ рассмотрена задача минимизации погрешности в оценке вероятности сложного события по частотам элементарных событий при заданных затратах на экспериментирование.

Для определения зависимости показателей функционирования от контролируемых факторов методами регрессионного анализа ее описывают отрезком ряда Тейлора в окрестности рабочей точки.

• В этом случае коэффициенты регрессии определяются по методу наименьших квадратов на основе результатов наблюдений за изменением входных и выходных параметров.

При моделировании можно проводить активные эксперименты с искусственными возмущениями по заранее спланированной программе. Если в основу активного эксперимента положить ортогональное планирование, при котором скалярное произведение разных столбцов матрицы плана X равно нулю, то коэффициенты регрессии оцениваются с минимальной дисперсией (так как опыты ставятся с одновременным варьированием всех факторов), а их значение - некоррелированы. Поскольку в линейном модели число неизвестных коэффициентов К + 1, а число различных опытов при варьировании каждой переменной на двух уровнях М=2, целесообразно уменьшать число опытов, сохраняя1 условие ортогональности X. В монографиях Ю.В. Грановского и Ю.П. Адлера /32/, В.В. Налимова /33/ и

С.М. Ермакова /34/ детально рассмотрены способы уменьшения числа опытов и способы учета ошибок при определении коэффициентов регрессии.

Задача параметрической оптимизации заключается в определении значений варьируемых параметров, при которых критерий оптимальности имеет минимальное значение, и выполняются ограничения на значения параметров. Основные допущения классической постановки задачи могут быть сформулированы следующим образом:

• критерий оптимальности - единственный и однозначный;

• все параметры - контролируемые и изменяются непрерывно;

• математическая модель (совокупность критерия и ограничений) детерминирована и может быть задана в виде алгоритма.

В общем случае задача распределения требований является многоэкстремальной, поэтому в основе всех алгоритмов поиска глобального экстремума лежит получение информации о расположении и величине локальных оптимумов. Поиск локального оптимума включает три этапа:

1. выбор формы представления модели, учитывающей ограничения;

2. определение направления движения к оптимуму;

3. определение длины шага в выбранном направлении.

Каждый метод, реализующий эти процедуры, характеризуется областью применения и эффективностью, отражающей точность поиска, скорость сходимости, число обращений к модели, устойчивость и надежность. Детальную классификацию методов по указанным признакам выполнили еще в начале 80-х годов К.И. Геминтерн и Б.И. Коган /35/, Ф. Хилл /36/, Д. Бертсекас /37/, Д.А. Молодцов /38/.

В практических задачах параметрической оптимизации встречаются с тремя типами неопределенности /5/:

• неопределенность цели - реальное изделие будет компромиссом в сочетании требуемых качеств, но каким - заранее неизвестно;

• неопределенность природы - критерии могут зависеть от неконтролируемых параметров среды;

• неопределенность поведения партнера (или противника) - значение критерия зависит от нашего выбора и выбора других лиц.

Детальный анализ способов устранения неопределенностей был выполнен Н.Н. Моисеевым, Р. Кини и К. Райфа /39/.

В 80-е годы Ю.Х. Вермишев, В.К. Кругликов и В.Н. Козлов /40/ развили общую концепцию математического эксперимента в области системного синтеза.

Практическим приложением методов анализа и синтеза к проектированию радиотехнических систем посвящены публикации В.И. Тихонова /41/, А.П. Гладкиной /42/, В.И. Меркулова и В.И. Лепина /43/.

Возможность проведение машинных экспериментов в процессе разработки сложных технических объектов позволяет определить последовательность задач, решаемых методами имитационного моделирования и натурных испытаний, но ставит вопрос о наиболее рациональном использовании ограниченного числа экспериментов с увязкой результатов, получаемых разными методами.

Принципы сочетания процессов имитационного моделирования и натурных испытаний последовательно развивали И.Д. Кочубиевский /27/, Н.И. Баклашов /44/, В.М. Египко /45/, И.В. Ипатко, С.А. Исаев и Г.С. Кондратенков /46/. Основными проблемами, требующими дополнительной проработки и определяющими направление дальнейших исследований системного синтеза сложных технических объектов, являются:

• классификация и обобщение гипотез о характере изменения свойств объекта в процессе проектирования;

• обоснование и оценка эффективности методов учета изменений объекта и условий его применения, методов оптимального распределения ресурсов при поэтапной статистической оценке показателей функционирования;

• математическая формулировка и обоснование принципов рационального сочетания процессов имитационного моделирования и натурных испытаний создаваемых объектов.

Основой для внедрения экономико-математических методов в процессы системного анализа послужили ранние работы А.Н. Волгина /47/ и Дж. Кемени /48/. Активно развивались методы многотемного планирования и распределения ресурсов по направлениям технического развития на основе нормативных моделей работ в конце 80-х годов В. П. Пересадой и Ю. М. Смирновым /49/, а в конце 90-х- А. О. Поляковым и В. В. Колбиным /50/.

Формализации организационных решений были посвящены работы А.В. Абдулова /51/ о формировании организационных структур управления и М.Б. Игнатьева /52/ о принципе адаптационного оптимума, но исследования в этом направлении ведутся недостаточно активно, полностью игнорируя ранние публикации В. А. Лефевра по теории конфликтующих структур /53/ и И. Л. Букатовой о принципах эволюционного моделирования /54/.

Эффективность производственно-технологических комплексов основана на системного учете факторов, определяющих, с одной стороны, технико-экономические параметры продукции, а, с другой стороны, требования и пожелания потребителей, распространяющиеся на все этапы жизненного цикла изделия /4, 55, 56/.

Использование системных принципов при проектировании, моделировании и эксплуатации производственно-технологических комплексов требует, в свою очередь, уточнения понятийного аппарата, развития теории качества и разработки эффективных процедур управления качеством продукции для различных этапов жизненного цикла.

Актуальность этих работ усиливается в связи с внедрением комплекса стандартов ISO 9000, распространяющихся не только на продукцию, но и, в первую очередь, на организационно-управленческие структуры предприятий и организаций, целью которых является маркетинговая деятельность, разработка и производство новой продукции, гарантийное и постгарантийное эксплуатационное обслуживание, вплоть до утилизации.

В новой редакции стандартов ISO 9000 /57/ уточнен ряд принципиальных аспектов и определений в теории управления качеством. Эти достижения базируются, в первую очередь, на трудах ведущих американских и японских специалистов. Чтобы понять сущность этих изменений, целесообразно обратиться к их философским основам.

Понятие «качество» является всеобщей философской категорией, относящейся к явлениям природы, процессам в ней происходящим, человеческому обществу и продуктам труда.

Качество представляет собой внутреннюю, не измеримую сущность и с изменением этой внутренней сущности меняется сам объект. Осознание и измерение качества можно осуществлять только посредством измерения его внешних проявлений - свойств качества. Выбор номенклатуры свойств, их ранжирование, методы измерения и оценки производятся разработчиком продукции или процесса, либо их пользователем.

Оценка качества функционирования продукции или процесса производится с помощью интегральной характеристики - качества целевого функционирования (КЦФ) /55, 58/. КЦФ может оцениваться той мерой (технико-экономическими показателями, параметрами, законами распределения и т. д.), которая наиболее существенна для потребителя в данное время и при данных обстоятельствах.

Научно-технический прогресс привёл к появлению многоканальных, многофункциональных, иерархических структур, обладающих избыточностью различного вида и робастностью. Эти структуры не укладываются в рамки классической ньютоновской механики и могут рассматриваться только с позиций системного подхода и положений теории систем. Такие структуры носят названия сложных и больших систем и требуют разработки новых методов исследования, в том числе и показателей качества.

Существующий комплекс международных стандартов ISO 9000 и система TQM регламентируют, прежде всего, комплекс необходимых организационных действий и мероприятий по менеджменту качества, не давая никаких количественных оценок и не учитывая скрытые резервы качества сложных и больших систем /59/.

Руководство комитетов ISO, понимая несовершенство такого отношения, в редакции стандартов 2000 года основное внимание уделило рассмотрению процессов обеспечения качества, причём некоторые положения и даже части комплекса стандартов исключены и не рекомендованы к использованию. С учетом быстрого развития методов инжиниринга качества и постепенного осознания необходимости их широкого внедрения для различных этапов жизненного цикла изделий, возникла настоятельная объективная необходимость исследования и создания методов оценки и управления качеством сложных систем /55/.

В новой редакции стандартов введено понятие «процесса» (последовательности явлений) с входными и выходными характеристиками, предусмотрен контроль, анализ и прямое (или статистическое) оценивание, корректирующие или предупреждающие действия /59/. Такая совокупность действий позволит получить представление о том, что процесс (или процессы) согласуются с заданными или желаемыми характеристиками.

Активное управление качеством, ориентация на сопряженность тактико-технических характеристик изделия с пожеланиями (или требованиями) потребителя, распространяющимися на различные этапы жизненного цикла, предусматривает, в первую очередь, упор не собственно на продукцию, а на процессы управления качеством при ее разработке, производстве и эксплуатации /60/.

В процессе проектирования систем рассматривается обычно две составляющих качества:

• Качество потребителя {on-line quality), т.е. совокупность свойств, интересующих потенциального потребителя.

• Качество изготовителя (off-line quality), определяющее технические и экономические характеристики разрабатываемого устройства по отношению к имеющимся возможностям проектирования и производства.

В условиях рынка определяющим является качество потребителя, включающее особенности функционирования разрабатываемого устройства, условия сопряжения с внутренними, внешними и смежными подсистемами, эргономические и экономические показатели. Концептуальной проблемой является создание системы, функции которой соответствовали бы качеству потребителя. Для обеспечения нормальной эксплуатации продукция должна быть математическим или натурным моделированием проверена при воздействии различных условий применения. Возникающие при этом отказы должны быть устранены, а для их отсутствия в дальнейшем должны быть приняты соответствующие дополнительные мероприятия. Однако эти мероприятия характеризуют процесс отработки продукции и не имеют отношения к робастному проектированию или активному управлению качеством, т.к. на рынок поступает готовая продукция, за свойства которой несёт ответственность изготовитель.

Огромная работа по формированию качества изготовителя остаётся вне рассмотрения. Но при создании новой продукции наиболее важен именно этот этап работы, включающий огромный набор методов и средств обеспечения качества на этапе планирования, проектирования, изготовления и эксплуатации систем. Особенно это важно в случае проектирования сложных технических систем.

Основной задачей при этом является изменение идеологии процесса проектирования с включением методов системного синтеза, учитывающих наличие избыточности, возможности использования методов структурирования функций качества, методов Тагути, в том числе и робастного проектирования /55, 61/.

Главной целью при этом является эффективное решение проблем проектирования не только для исправления допущенных ошибок, выявленных в процессе эксплуатации, но и проектирование самой функции качества целевого функционирования.

Для такого класса сложных систем, как производственно-технические комплексы, методология обеспечения качества должна быть дополнена результатами системного синтеза и анализа /59/. Применение методов системного синтеза и анализа является необходимым условием, определяющим эффективность формирования качества изготовителя на всех этапах создания и эксплуатации сложных систем.

Совершенствование систем управления в настоящее время характеризуется активным внедрением современных технологий в практику управления в различных сферах практической деятельности человека. Многообразие архитектурных решений и относительное удешевление обработки информации создали реальные предпосылки перехода от автоматизации отдельных задач к автоматизации множества производственных процессов.

Вместе с тем повышаются требования к качеству проектных и исследовательских разработок при создании автоматизированных систем. Концепция реинжиниринга производственных процессов и нарастающее внедрение систем с архитектурой «клиент-сервер», являющиеся ведущими тенденциями последних лет, обуславливают возрастание роли системного подхода, как при моделировании предметной области, так и при обосновании выбора архитектуры комплекса средств автоматизации. Таким образом, в теории и практики создания производственно ориентированных систем обработки информации наметилась устойчивая тенденция возвращения к обсуждению методологических вопросов, позволяющая задать теоретические ориентиры, необходимые для более осознанной и конкретной инженерной деятельности.

Неоднозначная экономическая ситуация в России привела к значительному сокращению объема научных исследований, не носящих узкоутилитарного характера. Резко снизилось число работ методологического характера.

Таким образом, актуальность разработки общеметодологических вопросов формальных и инструментальных основ процессов управления и принятия решений в производственно-технологических системах очевидна.

Использование системных принципов при проектировании, моделировании эксплуатации производственно-технологических комплексов (ПТК) требует, в свою очередь, уточнения понятийного аппарата, развития теории качества и разработки эффективных процедур управления качеством продукции для различных этапов жизненного цикла.

Отсутствие методологического аппарата и средств автоматизированной обработки информации делает систему управления и технического обслуживания ПТК инертной, не позволяет перейти к эксплуатации технических средств по состоянию, влечет неоправданные дополнительные затраты. Выход из сложившейся ситуации возможен только на основе новых подходов к автоматизации системы управления, и в частности - процессов принятия решения.

Однако разработка программно-методического обеспечения процедур принятия управленческих решений отстает от темпов развития информационных систем, а приоритетность эффективного использования информации в процедурах анализа и принятия решений возрастает.

Для процессов управления ПТК характерна большая степень неопределенности и влияния случайных факторов. Это затрудняет применение детерминированных моделей и методов управления и обуславливает целесообразность использования ситуационного подхода и статистических методов управления ПТК.

В условиях мелкосерийного производства необходимость эффективного статистического управления производственно-технологическими комплексами, включая процессы технологической подготовки и собственно производственные процессы, усиливается также и тем, что относительный (в процентном отношении) ущерб от брака при кратко-временных процессах оказывается больше, чем при долговременных.

Применение статистического управления ПТК (СУПТК) обусловлено вариабельностью контролируемых показателей качества в партиях и необходимостью корректировок текущего технического состояния с целью компенсации влияния многочисленных производственных факторов. Преимуществом СУПТК становится возможность оперативного управления производственными процессами по результатам выборочного контроля процесса (контрольных границ и объема выборок), характеристики плана которого определяются по априорно заданным вероятностям пропуска момента разладки и перерегулировки ПТК. Известные методы расчета планов контроля не учитывают групповую обработку радиоэлектронных средств на большинстве операций, не обладают необходимой точностью оценки уровня наладки ПТК, не учитывают интегральные затраты на контроль изделий, регулировку ПТК и потери от брака. С учетом изложенного выше задача повышения эффективности операционного контроля радиоэлектронных средств путем оптимизации планов выборочного контроля при статистическом управлении ПТК представляет существенный научный и практический интерес, что и определяет актуальность настоящей диссертационной работы.

Выполненные исследования направлены на развитие следующих критических технологий Российской Федерации: «Информационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукции (CALS-, CAD-, САМ-, CAE-технологии)», «Прецизионные и нанометрические технологии обработки, сборки и контроля», «Энергосбережение».

Объект исследования составляют процессы управления качеством при разработке, производстве и эксплуатации радиоэлектронных средств.

Предметом исследования являются алгоритмы, методы, информационное и программное обеспечение функционирования производственно-технологических комплексов по изготовлению радиоэлектронных средств.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование процессов обеспечения качества при статистическом управлении производственно-технологическими комплексами по изготовлению радиоэлектронных средств.

Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

4.5. Выводы по главе 4

1. Разработан стоимостный критерий эффективности статистического управления ПТК, учитывающий затраты на контроль, регулировку и потери от брака. Особенность предложенного критерия заключается в том, что при постоянных стоимостных затратах на регулировку ПТК и объеме партии величина стоимостных затрат, связанных со статистическим регулированием ПТК определяется безразмерным функционалом (p{agH,n) с относительными значениями экономических параметров ПТК -DviE.

2. Численным методом установлено, что функционал стоимостных затрат имеет глобальные минимумы в следующих диапазонах изменения технико-экономических параметров ПТК:

• вероятности брака при налаженном ПТК q0 = 0,01.0,1;

• отношения вероятности брака при разлаженном ПТК к вероятности брака при налаженном ПТК q{ lq = 2.8;

• среднем числе партий, изготавливаемых в налаженном ПТК (до появления разладки) В= 10.50;

• отношении стоимости ущерба от брака в партии при налаженном ПТК к стоимости одной регулировки D=0,1. 10;

• отношении стоимости затрат на контроль изделия к стоимости одной регулировки£=0,0001 .0,005.

3. Установлено, что стоимостное различие между вариантами статистического управления ПТК с оптимальными и традиционными (л = 5;а = 0,0027) характеристиками плана контроля может быть значительным, особенно при малых степенях разладки ПТК (для случая qQ =0,1 \qx = 0,3;В = 10;с0 =1;£> = 5;£ = 0,0001 - 46% для СМУ 1 и 72% для СМУ 2).

4. Замена оптимальных характеристик плана контроля ПТК со СМУ 2 на оптимальные характеристики контроля ПТК со СМУ 1 в случае

D > 0,5 приводит к приращению функционала стоимостных затрат не более 5%.

Доказано, что наиболее важно производить оптимизацию стоимостных затрат, связанных со статистическим управлением ПТК, по положению границ регулирования по контрольной карте. Полученный результат имеет практическое значение при управлении ПТК мелкосерийного производства, поскольку даже при сплошном контроле продукции в условиях статистического разброса контролируемых параметров положение контрольных границ может существенно влиять на стоимостные затраты.

Установлено, что первоочередная задача расчета квазиоптимальных характеристик плана контроля ТП состоит в учете влияния на оптимальное значение стоимостного функционала затрат параметров В и qx при максимальных значениях q ,Dn Е.

Показана возможность расчета квазиоптимальных характеристик плана контроля при случайном характере разладок ПТК. Разработана методика и алгоритм расчета квазиоптимальных характеристик контроля.

Заключение г

В диссертации содержится решение научной задачи совершенствования процессов обеспечения качества при статистическом управлении производственно-технологическими комплексами по изготовлению радиоэлектронных средств.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Предложены и обоснованы аналитические статистические модели управления производственно-технологическими комплексами, обеспечившие повышение эффективности статистического управления ПТК на основе учета вариабельности контролируемого параметра между партиями, неопределенности и случайности характера и вида разладки, неточности уровня наладки.

2. Предложены и разработаны методики оценки затрат при корректировке технического состояния ПТК и оценки эффективности распределения фиксированных ресурсов при корректировке технического состояния ПТК по результатам контроля состояния, обеспечившие уменьшение дисперсии оценки затрат.

3. Получены аналитические выражения для процессов управления состоянием ПТК. По результатам моделирования уточнены диапазоны изменения технико-экономических параметров производственно-технологических комплексов, характеризующиеся глобальными минимумами функционала стоимостных затрат. Учет этих результатов позволил снизить стоимостные затраты при статистическом управлении состоянием ПТК на 10 - 28%.

4. Предложены и разработаны критерии эффективности статистического управления производственно-технологическими комплексами по величине уровня брака за межрегулировочный период и интегральных стоимостных затрат на потери от брака, контроль и корректировку состояния ПТК.

5. Предложена и разработана инженерная методика расчета характеристик г плана контроля состояния ПТК по априорно заданному предельно » допустимому уровню брака за межрегулировочный интервал;

6. Предложена и разработана инженерная методика расчета характеристик квазиоптимального по стоимостным показателям плана контроля состояния при случайном характере разладок ПТК.

Разработанные методики расчета основных характеристик планов выборочного контроля при статистическом управлении производственно-технологическими комплексами внедрены в производство радиоэлектронных узлов ОАО «Механический завод», ЗАО «Котлин-Новатор», ЗАО «Промышленно-инновационная компания», ЗАО «Эврика» и ряде других предприятий, обеспечили повышение технико-экономической эффективности производства.

1. Управление движущимися объектами: Учебн. пособие/Под ред. А.А.Елисеева и А.А. Оводенко. М.: Изд-во МГАП «Мир книги», 1994. - 427 с.

2. Гаскаров Д.В., Истомин Е.Н., Кутузов О.И. Сетевые модели распределенных автоматизированных систем. СПб: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отделение, 1998. - 353с.

3. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. - 325с.

4. Бутов А.С., Гаскаров Д.В. Транспортные системы: моделирование и управление. СПб: Судостроение, 2001. - 552с.

5. Управление в условиях неопределенности /Под ред. проф. А.Е. Городецкого. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. - 398с.

6. Кулибанов Ю.М. Основы создания сложных информационных систем. -СПб.: ГУВК, 1998.-71с.

7. Джонсон Р., Каст Ф., Розенцвейг Д. Системы и руководство. М.: Сов. радио, 1971.-286 с.

8. Захаров В.Н. Интеллектуальные системы управления: основные определения и понятия // Известия АН. Теория и системы управления. 1997, №3.

9. Растригин JI.A. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Сов.радио, 1980. - 228с.

10. Джонс Дж. К. Инженерное конструирование. М.: Мир, 1976. - 376с.

11. Ю. X. Вермишев. Основы автоматизации проектирования. М.: Радио и связь, 1988.-278с.

12. Кухтенко А.И. Об аксиоматическом построении математической теории систем // Кибернетика и вычислительная техника. Киев: Наукова думка, 1976. с. 3-25.

13. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. -JL: Энергоиздат, 1982. -288с.14