close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

166.Вестник Брянского государственного технического университета №3 2010

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЕСТНИК
БРЯНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Научно-технический журнал
Издается с февраля 2004 г.
Периодичность – 4 номера в год
№ 3 (27) 2010
Журнал включён в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых
должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых
степеней кандидата и доктора наук
Учредитель – Государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального
образования «Брянский
государственный технический
университет»
Редакционная коллегия:
Главный редактор
А.В.Лагерев, д.т.н., проф.
Зам. гл. редактора
С.П.Сазонов, к.т.н., доц.
Отв. секретарь
В.А.Татаринцев, к.т.н., доц.
Члены редколлегии
В.И.Аверченков, д.т.н., проф.
В.Т.Буглаев, д.т.н., проф.
О.А.Горленко, д.т.н., проф.
Д.В.Ерохин, к.э.н., доц.
Б.Г.Кеглин, д.т.н., проф.
В.В.Кобищанов, д.т.н., проф.
В.И.Попков, к.т.н., доц.
А.Ф.Степанищев, д.ф.н., проф.
О.Н.Федонин, д.т.н., проф.
Г.А.Федяева, д.т.н., проф.
Свидетельство о регистрации
Федеральной службы по надзору
за соблюдением законодательства
в сфере массовых коммуникаций
и охране культурного наследия
ПИ № ФС77-21709 от 17. 08. 05
Адрес редакции:
241035, г. Брянск, бульвар
50-летия Октября, 7
тел. (4832) 58-82-77
e-mail: vestnik@tu-bryansk.ru
Подписные индексы каталога
«Пресса России» - 18945- п/г
15621 – годовая
Брянский государственный
технический университет, 2010
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
Машиностроение
Технология, инструменты и оборудование
машиностроительных производств
Прудников М.И. Установление влияния технологических методов обработки на триботехнические
свойства поверхностей деталей………………………
Бишутин С.Г. Влияние режимов шлифования поверхностей деталей на их триботехнические показатели……………………………………………………...
Болтенко Е.В. Обеспечение стабильности процесса
упрочнения поверхностных слоев деталей машин
при электромеханической обработке………………...
Тюльпинова Н.В., Овсянников Д.С., Малиновский И.И. Форма равномерно изнашивающейся рабочей поверхности шлифовального круга…………..
Транспортное машиностроение
Михальченко Г.С., Антохин А.В. Анализ динамических качеств экипажей скоростного электровоза
на двух- и трехосных тележках с опорно-рамным
тяговым приводом…………………………………….
Крахмалев О.Н., Болдырев А.П., Блейшмидт
Л.И. Моделирование движения манипуляционных
систем с упругими звеньями………………………...
Круговова Е.А., Михеев Г.В., Ковалев Р.В. Компьютерное моделирование взаимодействия железнодорожных экипажей и мостов……………………..
4
10
14
21
26
31
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Управление, вычислительная техника
и информатика
Аверченков А.В., Аверченкова Е.Э. Автоматизированная подготовка производства инновационных изделий в условиях малых машиностроительных предприятий…
Коростелев Д.А., Лагерев А.В. Определение параметров оптимальной противоэрозионной защиты рабочих лопаток влажнопаровых турбин на основе компьютерного
имитационного моделирования………………………………………………………….
Мирошников В.В., Зернина А.И., Борбаць Н.М. Моделирование комплекса процессов менеджмента качества……………………………………………………………
Аверченков А.В., Чмыхов Д.В., Филиппов Р.А., Пыриков И.Л., Дорош А.П.
Программно-аппаратный комплекс виртуальной лаборатории для микроструктурного и микрогеометрического анализа…………………………………………………..
Сазонова А.С. Прогнозирование численности приема аспирантов и докторантов в
вузах регионов ЦФО с использованием показателя научного потенциала региона.....
49
58
68
78
84
Экономика и менеджмент
Горленко О.А., Мирошников В.В., Кукареко А.Н. Формирование профессиональных стандартов в области качества на основе компетентностных моделей…….
Мирошников В.В., Панов Н.Н. Управление качеством процессов аттестации сварочного производства……………………………………………………………………..
Булатицкий Д.И. Система управления знаниями в системе менеджмента качества
станкостроительного предприятия……………………………………………………….
Школина Т.В. Создание интегрированной системы менеджмента качества, безопасности труда и окружающей среды в организации…………………………………..
Мингазова Д.Н. Оценка качества услуг с позиций удовлетворенности потребителей………..
115
124
Abstracts…………………………………………………………………………………...
134
Сведения об авторах……………………………………………………………………..
137
2
91
99
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
CONTENTS
Mechanical engineering
Technology, tools and equipment of mechanical engineering factories
Prudnikov M.I. Determination of influence of technological methods of processing for
tribologycal properties of surfaces of machine parts………………………………………..
Bishutin S.G. Influence of modes of grinding of surfaces of details оn their operational
parameters…………………………………………………………………………………...
Boltenko E. V. Maintenance of stability of process of hardening of blankets of details of
cars at electromechanical processing………………………………………………………..
Tulpinova N.V., Ovsyannikov D.S., Malinovsky I.I. Uniform wear shape of working
surface of abrasive disk……………………………………………………………………..
Transport mechanical engineering
Mikhalchenko G.S, Antokhin A.V. Analysis of dynamical performances of vehicles of
high-speed electric locomotive on two and three-axle bogies with frame suspended designs of traction drive……………………………………………………………………….
Krakhmalev O.N., Boldirev A.P., Blejshmidt L.I. Dynamic errors of path following of
manipulator system with elastic segments…………………………………………………..
Krugovova E.A., Mikheev G.V., Kovalev R.V. The procedure of modeling of railway
vehicle and bridge interaction……………………………………………………………….
Information technologies
Averchenkov A.V., Averchenkova E.E. The automated preparation of manufacture of
innovative products in the conditions of the small machine-building enterprises………….
Korostelev D.A., Lagerev A.V. Determination of parameters of optimal anti-erosion protection of rotor blades wet-steam turbines based on computer simulation………………….
Miroshnikov V.V., Zernina A.I, Borbatc N.M. Modelling of a complex of processes of
a quality management……………………………………………………………………….
Averchenkov A.V., Chmykhov D.V., Filippov R.A., Pyrikov I.L., Dorosh A.P.
Organization of virtual microscopy and analysis laboratory on the basis of leica dmirm
optical microscope…………………………………………………………………………..
Sazonova A.S. The forecasting of number of post-graduate students and doctoral
andidates in high schools of the regions of the central federal district with the use of the
indicator
of
scientific
potential………………………………………………………………….
Economy and management
Gorlenko O.A., Miroshnikov V.V., Kukareko A.N. The development of professional
standards of quality management domain using competence models………………………
Miroshnikov V.V., Panov N.N. Quality management of processes of certification of
welding manufacture………………………………………………………………………..
Bulatitskiy D.I. The knowledge management in the quality management system of a machine tool company………………………………………………………………………….
Shkolina T.V. Creating an integrated system of quality management, safety and environment in the organization…………………………………………………………………
Mingazova D. N. The estimation of quality of service from an satisfaction оf consumers..
Abstracts …………………………………………………………………………………...
3
4
10
14
21
26
31
39
49
58
68
78
84
91
99
106
115
124
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 621.001.4
М.И. Прудников
УСТАНОВЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ
НА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Рассмотрены вопросы нормализации и автоматизации триботехнических испытаний для одноступенчатого
решения задачи технологического обеспечения износостойкости. Предложен и обоснован метод испытаний
цилиндрических поверхностей трения, а также его реализация в виде автоматизированной системы научных
исследований. Приведены результаты экспериментальных исследований.
Ключевые слова: автоматизация, база данных, технологическое обеспечение, триботехнические испытания.
На сегодняшний день трибометрия является основным источником получения данных по триботехническим показателям. В условиях постоянно увеличивающегося количества триботехнических материалов и технологических методов обработки поверхностей
трения возникает необходимость систематизации данных, полученных средствами трибометрии, организации автоматизированных баз данных, информационно-поисковых и экспертных систем. При создании баз данных всегда встает вопрос о сопоставимости результатов различных экспериментальных исследований. В трибологии отсутствуют инвариантные, т.е. не зависящие от методов и режимов их определения, показатели. В связи с
этим необходима разработка единых научно обоснованных и совершенных с технической
точки зрения методов триботехнических испытаний.
Большинство существующих стандартных методов предназначены для оценки
износостойкости материалов в условиях различных видов абразивного изнашивания,
однако ряды износостойкости материалов при различных видах изнашивания не имеют
однозначной корреляции.
Фактически существующие стандартизованные методы лабораторных испытаний
предназначены для оценки триботехнических свойств материалов. Поэтому в методике,
как правило, заранее оговаривается способ подготовки испытуемой поверхности образца.
Однако машины с одинаковыми конструктивными схемами, деталями из одних и тех же
материалов часто имеют различную надежность. В настоящий момент актуально
рассмотрение триботехнических свойств поверхности трения, получившей определенное
технологическое воздействие. Для предварительной оценки возможности использования
материала или метода обработки поверхности детали в узле трения важно иметь набор
информативных характеристик поведения поверхности трения в некоторых заранее
оговоренных и научно обоснованных стандартизованных условиях трения и смазки.
Реализация перспективного одноступенчатого решения задачи технологического
обеспечения износостойкости сдерживается из-за отсутствия базы данных по зависимости
триботехнических показателей от условий обработки трибоэлементов [3].
Установлено, что из-за отсутствия единого метода испытаний поверхностей трения
применительно к условиям трения скольжения при граничной смазке и усталостном
изнашивании результаты различных экспериментальных исследований оказались
несопоставимы: поверхности, обработанные при одних и тех же технологических
условиях, по данным различных исследований, имеют износостойкость, отличающуюся в
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
десятки раз [4]. Поэтому в Учебно-научном технологическом институте Брянского
государственного технического университета был разработан нормализованный метод
триботехнических испытаний поверхностей [1].
Сущность метода заключается в том, что при испытаниях с постоянной нагрузкой и
скоростью скольжения к вращающейся испытуемой цилиндрической (наружной или
внутренней) или плоской поверхности образца (рис. 1), погруженной в смазочный материал, прижимают неподвижный самоустанавливающийся индентор; непрерывно и синхронно регистрируют время испытания, коэффициент трения, линейный износ, температуру у
поверхности трения; повторяют испытания на новых участках трибоконтакта (или на
идентичных образцах) при заданном времени и по их результатам определяют показатели
триботехнических свойств (табл. 1). Режим приработки идентифицируется по комплексной стабилизации скорости изнашивания, коэффициента трения и температуры.
а)
б)
в)
Рис. 1. Схемы трения при испытаниях поверхностей:
а – наружных цилиндрических; б – внутренних цилиндрических; в – торцовых (плоских)
Таблица 1
Показатели триботехнических свойств, определяемые по результатам испытаний
Триботехническое
Показатель
свойство
Прирабатываемость
Приработочный износ h 0 , мкм
Отношение максимального значения коэффициента трения в
период приработки f 0 к его среднему значению в период
нормального изнашивания f
Отношение максимального значения температуры трибосопряжения в период приработки T 0 к ее среднему значению в
период нормального изнашивания T
Время приработки t 0 , с
Антифрикционность
Среднее значение коэффициента трения в период нормального изнашивания f
Износостойкость
Среднее значение скорости изнашивания в период нормального изнашивания γ, мкм/ч
Нормализованный метод разработан на основе концепции определения показателей
триботехнических свойств в условиях определенных, жестко регламентированных
режимов трения и смазки. Именно этим обусловлен выбор схемы трения с
сосредоточенным (герцевским) контактом. Такая схема имеет следующие преимущества
для рассматриваемой области:
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
- минимизация погрешностей, связанных с установкой образца и контртела;
- возможность использования в качестве контртел идентичных сменных трущихся
элементов, применяемых для производства стандартных изделий;
- исключение режима приработки на макроуровне, сокращение длительности приработки и в целом испытаний;
- возможность использования малогабаритных, относительно простых, но высокоточных систем нагружения средств испытаний;
- обеспечение минимального коэффициента взаимного перекрытия, что позволяет в
значительной степени исключить влияние фрикционного разогрева, в том числе на измерительные датчики триботехнического оборудования, и избежать появления катастрофических видов изнашивания;
- вследствие высоких давлений и формы контактирующих поверхностей возникают
наилучшие условия для обеспечения граничной смазки и наихудшие – для образования
гидродинамического масляного клина.
В качестве контртела применена твердосплавная пластина 12133-150400 ВК8 ГОСТ
19070, рассматриваемая как абсолютно жесткий, гладкий и неизнашиваемый индентор. В
процессе испытаний индентор скользит по поверхности образца в режиме многократных
проходов по ранее образованному им следу. Номинальная геометрия контакта остается
постоянной в течение всего испытания, и показатели триботехнических свойств поверхности определяются по отношению к практически неизменному, фиксированному качеству поверхностного слоя индентора. Предложенная схема обеспечивает максимальное постоянство номинального контактного давления, коэффициента взаимного перекрытия и
меры конформности сопряженных тел, что доказано сравнительным теоретическим анализом всех геометрически возможных схем трения.
Нагрузочно-скоростные параметры испытания предлагается назначать из условий
недопустимости достижения предельной теоретической величины относительного контактного сближения (ε=0,35) и обеспечения граничной смазки. Контактное сближение в
предположении преобладания его пластической составляющей определяется на основе
формулы [3]
1
 NRp ν Wp ν w  ν + ν w

,
y пл = 
(1)
 A a tm tm w Ckσ т 


где N – приложенная нагрузка; Rp, Wp – высота сглаживания соответственно профиля
шероховатости и волнистости; ν, ν w – параметры степенной аппроксимации начального
участка опорной кривой соответственно профиля шероховатости и волнистости; A a – номинальная площадь контакта; tm, tm w – относительная опорная длина соответственно
профиля шероховатости и волнистости на уровне средней линии; С – коэффициент стеснения; k – коэффициент упрочнения поверхностного слоя; σ т – предел текучести материала.
Условия обеспечения граничной смазки определяются неравенством, полученным на
основе уравнения А.Г. Суслова [3] для рассматриваемого случая контакта:
1
 1,7 Pa  ν + 4

Rp − 
∏
 ηαv
σ
 т 
>
 P 0,25
1,65R 0,27 E′0,18
 a
0,73

(2)

,


где P a – максимальное давление в контакте по Герцу; П – комплексный параметр свойств
поверхностного слоя, определяющий несущую способность; R – приведенный радиус
контактирующих индентора и образца; E´ – приведенный модуль упругости; η, α – дина-
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
мическая вязкость и пьезокоэффициент вязкости смазочного материала; v – скорость
скольжения.
Дополнительно условия смазки оценивались при помощи известного критерия режима смазки λ и на основе анализа реализуемых при испытаниях коэффициентов трения.
На основе расчетов с учетом приведенных зависимостей (1, 2) с применением разработанного программного обеспечения сформированы таблицы выбора нагрузок на индентор при испытаниях (табл. 2) в зависимости от соотношения параметров качества испыRa Hµ 0
туемой поверхности
(Ra – среднее арифметическое отклонение профиля шероWz
ховатости; Hµ 0 – микротвердость; Wz – средняя высота волн).
Скорость скольжения (v=1 м/с) и смазочный материал (масло И-20А ГОСТ 20799)
приняты постоянными с учетом анализа условий работы типовых узлов трения и рекомендаций государственных стандартов по проведению сравнительных испытаний. Вероятность схватывания и заедания оценивалась по методике Ю.Н. Дроздова [2] и на основе
экспериментов. Продолжительность испытаний определялась условиями завершения приработки и накопления измеримого износа образца. Также были проанализированы факторы, влияющие на погрешность установления требуемого контактного давления (допуски
на размеры образцов и индентора, неточность установки и износ индентора, радиальные и
торцовые биения образца и др.), и пронормирована величина каждого фактора.
Таблица 2
Диапазон
отношения
Ra Hµ 0
,
Wz
Н0,5/мм
15-20
20-25
25-30
Выбор значения испытательной нагрузки
Испытательная нагрузка N, Н
Наружные цилиндрические поверхности
Внутренние цилиндрические поверхности
Торцовые (плоские)
поверхности
60
180
445
115
345
860
80
235
585
Ведущая роль в ускорении экспериментальных исследований отводится
автоматизации испытаний и регистрации их параметров непосредственно в процессе
трения. Поэтому описанный нормализованный метод триботехнических испытаний был
реализован в виде автоматизированной системы научных исследований (АСНИ). В
качестве базовой установки для создания АСНИ применена серийная машина трения МИ1М типа «Амслер», которая подверглась модернизации.
С применением нормализованного метода и АСНИ были проведены экспериментальные
исследования влияния технологических условий обработки на показатели триботехнических
свойств наружных цилиндрических поверхностей, обработанных точением и алмазным
выглаживанием. Чистовое обтачивание поверхностей образцов выполнялось после
термообработки
(до
35
HRCэ ).
Алмазным
выглаживанием
обрабатывались
нетермообработанные образцы (187 HB) после предварительного точения. В обоих случаях
проводился полнофакторный эксперимент с матрицей 23. В качестве входных параметров
выбраны наиболее характерные для конкретного вида обработки: для точения – скорость
резания V, подача на оборот s, глубина резания t; для алмазного выглаживания – усилие
выглаживания Pн , радиус алмазного индентора Rи , подача на оборот s п (табл. 3). На рис. 2, 3
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
приведены графики накопления износа и изменения коэффициента трения по результатам
испытаний.
Таблица 3
Условия проведения экспериментов
Метод обработки
Фактор
Точение
–
+
V, м/мин
60
100
s, мм/об
0,05
0,15
t, мм
0,1
0,4
Pн, Н
50
200
R и , мм
2
3,5
s п , мм/об
0,05
0,15
8
0,19
7
0,18
6
0,17
Коэффициент трения f
Линейный износ h, мкм
Алмазное выглаживание
Уровень фактора
5
4
3
2
0,16
0,15
0,14
0,13
0,12
1
0,11
0
0
1
2
3
4
5
0,1
6
0
Время испытания t, ч
1
2
3
Время испытания t, ч
4
5
6
а)
б)
Рис. 2. Графики накопления износа (а) и изменения коэффициента трения (б) для поверхностей,
обработанных точением
5
0,16
0,15
4
Коэффициент трения f
Линейный износ h, мкм
4,5
3,5
3
2,5
2
1,5
0,14
0,13
0,12
0,11
0,1
1
0,09
0,5
0,08
0
0
1
2
3
4
5
6
Время испытания t, ч
0
1
2
3
4
5
6
Время испытания t, ч
а)
б)
Рис. 3. Графики накопления износа (а) и изменения коэффициента трения (б) для поверхностей,
обработанных алмазным выглаживанием
По результатам экспериментов получены адекватные эмпирические зависимости
показателей триботехнических свойств от режимов обработки:
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
для точения –
h 0 = 28,119V −0,411s 0,350 t −0,153 ;
f 0 = 0,496V −0,213s 0,159 t −0,078 ;
t 0 = 1,381V 0,257 s 0,653 t −0,134 ;
f = 0,220V −0,109s 0,090 t −0,037 ;
γ = 1,841V −0,348s −0,157 ;
для алмазного выглаживания –
h 0 = 17,763Pн−0,316 R и−0,170s 0п,193 ;
f 0 = 0,363Pн−0,165 R и−0,053s 0п,103 ;
t 0 = 1,256Pн0,084 R и−0,372s 0п,037 ;
f = 0,174Pн−0,090s 0п,049 ;
γ = 0,939Pн−0,201R 0и,147 s 0п,075 , –
которые могут быть использованы для практических инженерных расчетов.
Предлагаемый метод испытаний, научно обоснованный и проверенный практикой,
позволит оперативно создать базу данных по технологическому обеспечению триботехнических свойств и пополнять ее достоверными данными, установить возможности различных технологических методов обработки в обеспечении показателей триботехнических свойств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
Горленко, А.О. Нормализация триботехнических испытаний для создания базы данных по одноступенчатому технологическому обеспечению износостойкости / А.О. Горленко, М.И. Прудников // Трение и
смазка в машинах и механизмах. – 2008. – №9. – С. 7-13.
Дроздов, Ю.Н. Противозадирная стойкость трущихся тел / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Арчегов, В.И. Смирнов. –
М.: Наука, 1981. – 139 с.
Суслов, А.Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / А.Г. Суслов [и др.]; под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2006. – 448 с.
Суслов, А.Г. К вопросу о нормализации испытаний на трение и изнашивание / А.Г. Суслов, А.О. Горленко, М.И. Прудников // Стандартизация и менеджмент качества: сб. науч. тр. / под ред. О.А. Горленко,
Ю.П. Симоненкова. – Брянск, 2006. – С. 33-39.
Материал поступил в редколлегию 7.06.10.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 621.891; 621.923
С.Г. Бишутин
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
НА ИХ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 1
Представлены результаты экспериментальных исследований триботехнических показателей наружных цилиндрических поверхностей, подвергнутых абразивному шлифованию на разных технологических режимах.
Выявлены условия финишного шлифования, повышающие износостойкость поверхностей деталей.
Ключевые слова: финишное шлифование, режимы шлифования, триботехнические показатели, повышение
износостойкости.
Наиболее распространенным методом финишной обработки поверхностей деталей
машин является шлифование, причем условия абразивной обработки в значительной степени влияют на триботехнические показатели обработанных поверхностей [1-5]. Обработанная поверхность внешними факторами процесса абразивной обработки (термическим и
силовым) переводится в неравновесное состояние. В процессе трения материал детали в
микроконтактах поверхностных слоев стремится к более равновесному состоянию благодаря наличию значительной доли дефектной фазы, сформированной при финишной абразивной обработке. Очевидно, что процесс перехода материала из неравновесного состояния (после шлифования) в более равновесное (в процессе приработки поверхностей) в основном и определяет влияние режимов финишной абразивной обработки на триботехнические показатели поверхностей. Этому актуальному и малоизученному вопросу и посвящена данная статья.
Наиболее приемлемым путем формирования неравновесных состояний поверхностных слоев при традиционном шлифовании является изменение глубины шлифования и
времени выхаживания поверхности. Указанные параметры определяют интенсивность и
длительность термического и силового воздействий абразивной обработки на поверхностный слой. В связи с этим исследования проводились в два этапа.
На первом этапе цилиндрические образцы из различных материалов были подвергнуты шлифованию на круглошлифовальном станке 3Е12 электрокорундовым кругом прямого профиля зернистостью 16.
Образцы устанавливались на оправке, которая базировалась в центрах станка (рис.1). Перед обработкой каждого образца круг подвергался алмазной правке на выбранных режимах. С каждого образца
предварительно сошлифовывался
слой материала для устранения
влияния технологической наследственности и стабилизации термического и силового воздействий в ходе экспериментов. Силовое и тер1
2
3 4
мическое воздействия менялись пуРис. 1. Шлифование периферией круга: 1 – центр станка;
тем варьирования глубины шлифо2 – оправка; 3 – образец; 4 – шлифовальный круг
Результаты исследований получены при выполнении проекта № 4914 в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».
1
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
вания и времени выхаживания поверхности. Уровни варьирования указанных факторов
определялись с учетом результатов исследований [4].
Второй этап исследований заключался в проведении триботехнических испытаний
шлифованных образцов. Испытания проводились с использованием АСНИ на базе машины трения МИ-1М по схеме «вращающийся диск – невращающийся индентор» (рис. 2).
Данная АСНИ способна в процессе испытаний регистрировать значения износа поверхности образца и коэффициента трения. Шлифованные образцы диаметром 60 мм и длиной 16 мм имели радиальное биение испытуемых поверхностей относительно базового отверстия 0,005…0,01мм и шероховатость Ra =
0,5…0,6 мкм. Для исключения влияния износа индентора
на результаты испытаний он был выполнен из твердого
сплава ВК8 (ГОСТ 19070). Перед каждым испытанием
1
емкость для смазочного материала промывалась бензином и высушивалась на воздухе при нормальной температуре, затем она устанавливалась в испытательную установку и заполнялась новым маслом. Испытания проводили до полного завершения процесса приработки и накоп2
ления не менее 2/3 общего пути трения (или времени испытания), приходящегося на период нормального изнашивания. Завершение процесса приработки определялось
по стабилизации коэффициента трения и скорости изнашивания (выход кривой изнашивания на линейный учаРис. 2. Шлифованный образец в
сток). Остальные условия испытаний представлены в
шпинделе машины трения МИ-1М:
1 – индентор; 2 – вращающийся об- табл.1, а результаты испытаний – в табл.2.
разец
Таблица 1
Условия триботехнических испытаний
Метод смазывания
(вид смазки)
Окунание
(граничная)
Марка
масла
И-20А
Подогрев масла Нагрузка на Скорость отно- Время одного
индентор,
сительного
испытания,
Н
скольжения, м/с
ч
Самопроизвольный, фрикци150
1,3
10
онный
Триботехнические показатели шлифованных поверхностей
Материал
(твердость)
Сталь 45
(НВ 200…220)
Сталь 12ХН3А
(НRC 58…62)
Глубина
шлифования,
мкм
20
6
6
Таблица 2
Время выхаживания,
мин
0
Износ
образца,
мкм
17,0
Интенсивность
изнашивания
8,5 ⋅ 10-7
Период
приработки,
ч
4,0…4,5
5
9,5
4,7 ⋅ 10-7
3,0…3,5
0
11,0
5,5 ⋅ 10
-7
3,0…3,5
5
6,5
3,2 ⋅ 10-7
2,7…3,0
3,4
1,7 ⋅ 10
2,0…2,5
2,2
1,1 ⋅ 10
1,5…2,0
0
5
11
-7
-7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Материал
(твердость)
Сталь 45
(НRC 46…50)
Сталь
12Х18Н10Т
(НВ 190…210)
Глубина
шлифования,
мкм
20
6
6
20
Время выхаживания,
мин
0
5
0
5
0
5
0
5
Окончание табл. 2
ИнтенсивПериод
ность
приработки,
изнашивания
ч
-7
3,5…4,0
2,4 ⋅ 10
1,5…2,0
1,7 ⋅ 10-7
-7
2,5…3,0
1,9 ⋅ 10
-7
1,7…2,0
1,2 ⋅ 10
3,0…3,5
1,8 ⋅ 10-6
-7
2,0…2,5
7,8 ⋅ 10
-7
1,5…2,0
9,0 ⋅ 10
-7
1,5…2,0
7,0 ⋅ 10
Износ
образца,
мкм
4,8
3,5
3,7
2,9
37,0
15,5
18,0
14,0
По результатам испытаний оценивались параметры зависимости износа U образца от
времени T испытаний, аппроксимированной функцией вида
U = AT B ,
где А, В – эмпирические коэффициенты:
Сталь 45
Сталь 45
(НВ 200…220)
(НRC 46…50)
А
2,5/3,4
1,3/2,0
В
0,64/0,28
0,51/0,22
Сталь 12Х18Н10Т
Сталь 12ХН3А
(НВ 190…210)
(НRC 58…62)
7,8/3,0
1,1/1,5
0,41/0,63
0,48/0,23
В числителе представлены данные, полученные при отсутствии выхаживания поверхности шлифовальным кругом, в знаменателе – при выхаживании в течение 5 мин.
Если имеются отличия в условиях лабораторных испытаний по отношению к эксплуатационным, приводящие к пропорциональному изменению интенсивности изнашивания материала-прототипа и нового материала, обработанного на других режимах шлифования, то параметры А нэ и В нэ для нового материала в эксплуатационных условиях можно
определить по формулам [6]
Внэ =
Всэ Всл Внл
;
Всэ Всл − Всэ Внл + Всл Внл
 Всэ Внл А сэ1 / Всэ А нл1 / Внл
А нэ = 
1/ В
А сл сл
 Внэ Всл




Внэ
,
где В нл , А нл – коэффициенты в зависимости износа от времени для нового материала в лабораторных условиях; В сл , А сл – то же для материала-прототипа; В сэ , А сэ – то же для материала-прототипа в эксплуатационных условиях (получают на основании эксплуатационной информации).
Анализируя результаты исследований, можно сделать следующие выводы:
1. Режимы шлифования оказывают существенное влияние на триботехнические показатели шлифованных поверхностей (например, интенсивность изнашивания таких поверхностей может меняться от 2 до 3 раз).
2. Увеличение времени выхаживания и снижение глубины шлифования повышает
износостойкость обработанных поверхностей вследствие формирования сильно деформированных тонких поверхностных структур.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
3. Большей износостойкостью (в 2…3 раза) обладают поверхностные слои с деформированными бейнитными и мартенситными структурами в сравнении с ферритоперлитными или сорбитными структурами.
4. Меньший период приработки (~ в 1,2…1,5 раза) и более высокие триботехнические показатели наблюдаются у образцов, поверхностные слои которых подверглись
преимущественно силовому воздействию при выхаживании шлифовальным кругом.
Проведенные исследования позволят повысить износостойкость поверхностей деталей машин и механизмов на стадии их финишной абразивной обработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ящерицын, П.И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифованных деталей/П.И. Ящерицын. – Минск: Наука и техника,1971. – 210 с.
2. Дальский, А.М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей/А.М. Дальский. – М.:
Машиностроение, 1975. – 224 с.
3. Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей
при шлифовании / С.Г. Бишутин. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 144 с.
4. Бишутин, С.Г. Структурирование поверхностных слоев деталей при финишной абразивной обработке/
С.Г. Бишутин. – Брянск:БГТУ, 2009. – 100 с.
5. Бишутин, С.Г. Износостойкость деталей машин и механизмов: учеб. пособие/ С.Г. Бишутин, А.О. Горленко, В.П. Матлахов; под ред. С.Г. Бишутина. – Брянск: БГТУ,2010. – 112 с.
6. ГОСТ 23.224-86*. Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 28 с.
Материал поступил в редколлегию 17.05.10.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 621.785.545
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА УПРОЧНЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
ПРИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Е. В. Болтенко
Рассмотрены технологические методы обеспечения стабильности процесса упрочнения методом электромеханической обработки. Описано влияние внешних характеристик источников питания на стабильность процесса упрочнения. Рассмотрено влияние электроконтактного сопротивления участка «инструмент – деталь»
и индуктивности во вторичной обмотке трансформатора на обеспечение стабильности процесса упрочнения
при электромеханической обработке.
Ключевые слова: электромеханическая обработка, стабильность процесса, внешняя характеристика, контактное сопротивление, индуктивное сопротивление, глубина упрочнения.
Причиной выхода из строя большинства деталей машин является интенсивное изнашивание рабочих поверхностей и потеря первоначальной формы, размеров и точности сопряжения. Повышение сроков эксплуатации деталей машин напрямую связано с повышением износостойкости их рабочих поверхностей. Одним из способов воздействия на поверхностные слои деталей машин с целью повышения их износостойкости является способ электромеханической обработки (ЭМО).
Сущность способа электромеханической обработки заключается в высокоскоростном температурно-силовом воздействии на локальные объёмы поверхностного слоя упрочняемого металла при прохождении электрического тока плотностью 100…1000 А/мм2
при напряжении 2...7 В через зону контакта деформирующего ролика инструмента с обрабатываемой поверхностью [1].
Согласно литературным источникам [1 – 3], одним из недостатков электромеханической обработки деталей машин является отсутствие стабильности процесса получения
требуемых параметров качества обрабатываемой поверхности, основным из которых является глубина упрочнения. Неравномерная глубина упрочнения поверхностей деталей
связана с нестабильным процессом тепловложения в поверхность. Стабильность процесса
теплообразования определяется в первую очередь стабильностью силы тока при случайных отклонениях параметров электрической цепи. Анализ литературных данных [1; 2] показывает, что даже в условиях эксперимента разброс таких параметров, как плотность тока, достигает 20…50 %, при этом плотность тока напрямую связана с глубиной упрочнения. В производственных условиях нестабильность процесса электромеханической обработки связана с наличием максимальной шероховатости на обрабатываемой поверхности,
изменением усилия прижатия роликов инструмента к обрабатываемой детали, износом
рабочих поверхностей роликов инструмента, попаданием в зону обработки окислов металла, жировых и масляных загрязнений, которые приводят к изменению электроконтактного сопротивления участка «инструмент – деталь». Отсюда мгновенное изменение плотности тока, приводящее к неравномерности глубины упрочнения, ухудшению шероховатости обработанной поверхности, ухудшению качества и неравномерному износу поверхностей деталей при эксплуатации.
Определим факторы, влияющие на стабильность процесса упрочнения методом
ЭМО. Одним из таких факторов является обеспечение заданных выходных параметров
источника питания, применяемого при ЭМО. Для ЭМО в основном применяются источники питания, используемые в сварочных работах, – сварочные трансформаторы с мощной вторичной обмоткой. Одним из основных параметров источника питания является его
внешняя характеристика – зависимость напряжения нагрузки от величины рабочего
тока [3]. Оценим влияние крутизны внешней характеристики источника питания на стабильность процесса ЭМО. Изменение тока в цепи и напряжения на контакте «инструмент
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
– деталь» при случайных изменениях сопротивления данного контакта при использовании
источников питания с внешними характеристиками различной крутизны представлено на
рис. 1.
В начальный момент времени условно примем сопротивление контакта «инструмент
– деталь» таким, чтобы прямая падения напряжения на детали I 2 r д1 проходила через точку
пересечения внешних характеристик рассматриваемых источников питания (точка А на
рис. 1). При этом оба источника обеспечивают рабочий режим ЭМО детали: I 2p , U 2p – ток
в цепи и напряжение на контакте «инструмент – деталь».
При случайном увеличении сопротивления обрабатываемой детали прямая падения
напряжения на контакте I 2 r д1 изменит своё положение на I 2 r д2 . При этом в случае питания
от источника с более крутопадающей внешней характеристикой ток уменьшится на величину ∆I' 1 , а с более пологопадающей – на величину ∆I' 2 , причём ∆I' 1 << ∆I' 2 . С учётом того
что при этом возрастёт напряжение на контакте «инструмент – деталь», выделяемая на
контакте мощность практически не изменится при крутопадающей внешней характеристике источника питания.
При пологопадающей внешней характеристике источника питания ток ∆I' 2 уменьшится значительнее, а напряжение почти не увеличится, т.е. мощность, выделяемая на
упомянутом контакте, явно снизится, и тем значительней, чем более пологая внешняя характеристика.
При случайном уменьшении сопротивления контакта «инструмент – деталь» наблюдается увеличение тока и снижение напряжения на нем (прямая I 2 r д3 на рис. 1).
Источник питания с более крутопадающей внешней характеристикой изменяет ток
на величину ∆I 1 , а с более пологой – на величину ∆I 2 , причём ∆I 1 << ∆I 2 . При этом возрастают числовые величины токов. В обоих случаях напряжение на контакте «инструмент
– деталь» снижается.
В первом случае (для источника питания с крутопадающей внешней характеристикой) при пропорциональном изменении тока и напряжения, а точнее, при увеличении тока
и уменьшении напряжения, выделяемая на контакте «инструмент – деталь» мощность
практически не изменится.
Во втором случае (для источника
питания с пологопадающей внешней характеристикой) резкое увеличение силы
тока сопровождается значительным увеличением напряжения на контакте «инструмент – деталь». Следовательно, возможно значительное повышение выделяемой мощности, особенно в местах
микроконтактов, где могут происходить
расплавление поверхностного слоя металла, его выплески и связанное с этим
снижение качества обрабатываемой детали. Для обеспечения стабильности выходных параметров при ЭМО предпочтение следует отдать источникам питания с
Рис. 1. Изменение рабочего тока I2 во вторичной цеболее крутопадающей внешней характепи при изменении сопротивления контакта rд для
ристикой. Такие источники имеют более
различных внешних характеристик трансформатовысокое напряжение холостого хода. Из
ров установки для ЭМО
серийных источников можно рекомендовать трансформаторы с повышенным на-
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
пряжением холостого хода, например трансформаторы подвесных точечных машин с напряжением до 14…16 В.
Другим фактором, влияющим на стабильность процесса обработки поверхностей деталей, является постоянно изменяющееся сопротивление контакта «инструмент – деталь».
Стабильность процесса упрочнения определяется постоянством вложенного тепла и,
согласно закону Ома, напрямую зависит от неизменной силы тока I 2 при случайных отклонениях контактных сопротивлений и других параметров электрической цепи, учитываемых
как полное комплексное сопротивление при электромеханической обработке (Z). Таким
образом, величина силы тока I 2 определяется величиной напряжения холостого хода U о и
полным комплексным сопротивлением Z (Ом) при электромеханической обработке:
2
Z = (r2 + rд ) + x22 ,
где r2 – активное сопротивление контура, Ом; rд – активное сопротивление контакта «инструмент – деталь», Ом; х2 – индуктивное сопротивление трансформатора и токоподводящего контура во вторичной цепи, Ом.
Сопротивление ZK трансформаторов мощностью 25...50 кВА, применяемых для ЭМО,
составляет (30...50) 10-6 Ом; активное сопротивление r 2 составляет (20...30) 10-6 Ом; сопротивление контакта «инструмент –деталь» rд может колебаться в пределах (70...400) 10-6 Ом [1;
4; 5].
Важно отметить, что коэффициент полезного действия η при этом изменяется от 0,6
до ~ 0,9. При максимальных сопротивлениях контакта r д относительное сопротивление
r→1, следовательно, выделяемая на контакте мощность стремится к максимуму (рис. 2).
Однако при r д >> Z K величина тока при обработке определяется величиной r д , и получить
постоянный режим обработки можно только при давлении ролика инструмента на деталь
Р > 100…120 Н [6].
На практике для определения rд чаще всего используется эмпирическая формула
rд =
C
,
Pm
где С – удельное контактное сопротивление при усилии 10 Н, зависящее от материала и состояния поверхности обрабатываемой детали, Ом; Р – усилие прижатия, Н; т – показатель степени, зависящий от материала и состояния поверхности обрабатываемой детали.
Для стали т = 0,75 [1]. Для контакта «сталь – латунь» С = 3,03·10-3 Ом – у поверхности,
очищенной от окислов. Тогда для Р = 30 Н сопротивление контакта rд = 0,699·10-3 Ом; д л я
Р = 1 0 0 Н rд = 0,141·10-3 Ом.
Найдем электросопротивление контакта «инструмент – деталь». С этой целью определим полное комплексное сопротивление контура установки ZK (Ом) при коротком замыкании:
Z k = r22 + x22 ,
(1)
где r2 – активное сопротивление контура, Ом; х2 – индуктивное сопротивление установки, Ом.
Большой диапазон изменения сопротивления приводит к изменению силы тока I, а изменение последней – к неравномерности глубины упрочнения поверхности детали. Устранить это
явление возможно, увеличив индуктивное сопротивление вторичной цепи трансформатора
х 2 так, чтобы оно превосходило активное сопротивление контакта «инструмент – деталь»
r д , и тем самым значительно уменьшив влияние активного сопротивления контакта «инструмент – деталь» на полное комплексное сопротивление Z и, следовательно, на силу тока I2 .
Глубина упрочнения определяется величиной энергии, вводимой в обрабатываемую
поверхность в единицу времени, и условиями взаимосвязи параметров поверхности и электрического контура установки для ЭМО.
Значения энергии Q 1 (Дж), вводимой в обрабатываемую поверхность детали в единицу времени, равно
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
µηI 2U 2
µU 02
rд
,
(2)
VB
VB (rд + r2 )2 + x22
где V – скорость обработки, м/с; В – ширина рабочей поверхности ролика инструмента, см;
U0 – напряжение холостого хода источника питания установки, В; µ – коэффициент, учитывающий то количество тепла, которое отводится в деталь, от общего количества выделенного тепла; η – коэффициент полезного действия установки; I 2 – сила тока, проходящего через
контакт «инструмент – деталь», А; U2 – падение напряжения на контакте «инструмент – деталь», В.
Q1 =
=
Формула (2) учитывает
энергию, вводимую в единицу
площади за время действия источника теплоты. Очевидно, что
с увеличением U0 и уменьшением V и В вводимая в обрабатываемую деталь энергия увеличивается.
Определим влияние параметра сопротивления (обозначим его k) на процессы при
ЭМО.
Рис. 2. Зависимость активной мощности P, потребляемой в контакте «инструмент – деталь», η и cos
φ от относительного сопротивления r
k=
rд
.
(rд + r2 )2 + x22
Учитывая формулу (1), получим
C
CP m
Pm
.
k=
=
2
2
2
m
(C + P r2 ) + x2

 C
2
 m + r2  + x2

P
Так как С и т определяются свойствами материала и шероховатостью поверхности обрабатываемой детали, параметр k учитывает их влияние – наряду с усилием прижатия
ролика инструмента Р, активным (r 2 ) и индуктивным (х 2 ) сопротивлением контура установки – на величину вводимой в деталь мощности и глубину упрочнения ее поверхности. На
рис. 3 приведена зависимость параметра k от усилия прижатия роликов инструмента Р к
обрабатываемой детали при различных значениях индуктивного сопротивления контура
х 2 и различных удельных контактных сопротивлениях С. При этом было учтено, что реальное активное сопротивление кон тура, как указывалось ранее, не может быть менее
(20...30)10-6 Ом (принято 30 мкОм); индуктивное сопротивление составляет (100...600)10-6 Ом
и более (на рис. 3 показана зависимость при х2 = 100·10-6 Ом и х2 = 600·10-6 Ом); применяемое
давление прижатия ролика обычно составляет от 30 до 400 Н. Более высокое давление из-за
низкого качества полученной поверхности детали применять не рекомендуется [1]. Из рис. 3
следует, что стабильный процесс упрочнения, независимо от давления и контактного сопротивления, можно получить при большой индуктивности вторичного контура источника
питания установки для ЭМО. Реально изменить ее возможно, только увеличив искусственно
[7]. На рис. 4 построена зависимость сопротивления контакта «инструмент – деталь» r д от
усилия прижатия роликов Р (давления) при различном удельном контактном сопротивлении С. Сравнивая графики, полученные экспериментальным путем (рис. 3, 4), и известные
практические сведения из литературы, приходим к выводу, что увеличение индуктивного
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
сопротивления контура уже до 600 ·10-6 Ом обеспечивает стабильность параметра k при
колебаниях усилия Р, а также при вполне возможных изменениях сопротивления контакта
«инструмент – деталь» r д и (С) [7]. Вводимая в изделие мощность при постоянстве величин U о , V и В приводит к равномерной глубине упрочнения поверхности детали.
Рис. 3. Зависимость параметра k от усилия
прижатия роликов Р при различных значениях
индуктивного сопротивления контура х 2
и различных удельных контактных сопротивлениях С
Рис. 4. Зависимость сопротивления контакта
«инструмент – деталь» r д от давления Р при раз
личных удельных контактных сопротивлениях С
Из графиков на рис. 3 также следует, что при индуктивном сопротивлении х 2 =
=100·10-6 Ом наблюдаются значительные изменения k (как при изменении Р, так и при
изменении С), что свидетельствует о практической невозможности обеспечения стабильности процесса ЭМО без дополнительных средств. Снижение k при увеличении х 2 очевидно,
но это легко компенсировать увеличением U O (в первую очередь), а также снижением V и
В, что применять нежелательно из-за снижения производительности процесса ЭМО.
Таким образом, постоянство вводимой в пятно контакта «инструмент – деталь»
энергии, которая обеспечивает стабильность процесса ЭМО, будет тем выше, чем выше
индуктивность контура источника питания.
Экспериментально исследовалось влияние активного сопротивления контура при
различных индуктивных сопротивлениях цепи на величину тока и падения напряжения на
выходе.
Для исследований использовался трансформатор подвесной точечной машины МТП
– 806 со стабилизирующим устройством [7]. Для получения различного сопротивления
между деталью и инструментом использовались стальные и нихромовые кольца различной толщины, насаженные на ролики инструмента [8]. Сопротивление контакта «инструмент – деталь» составляет 56 – 156 мкОм при изменении давления от 300 до 400 Н и снижается до 37 мкОм при 700 Н. Эти данные соответствуют значениям m = 0,75 и С =
5⋅10-3 Ом для обезжиренной, очищенной углеродистой стали.
В общем случае при пластическом деформировании m = 0,5 – 1,1 (в зависимости от
формы контакта). При упругом деформировании величина m снижается и может составлять 0,3 – 0,35 [9]. Это необходимо учитывать при разработке упрочняющего инструмента
для ЭМО. Величина С зависит от контактирующих материалов и возрастает с ростом их
удельного электросопротивления.
Таким образом, представляет интерес исследовать влияние сопротивления контакта
«инструмент – деталь» на выходные параметры процесса при его изменении от 30…40 до
150…200 мкОм. Сопротивление между роликами 30…40 мкОм обеспечивала пластина из
малоуглеродистой стали толщиной 1 мм, а максимальное сопротивление 150…200
мкОм – пластина из нихрома толщиной 10 мм.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Прямые падения напряжения на детали построены на рис. 5. Там же построены
внешние характеристики трансформатора контактной машины МТП – 806 (прямые 1 – 4)
и трансформатора МТР – 1201 (штриховая линия), используемых в эксперименте при
ЭМО.
Рассмотрим изменение параметров процесса при использовании внешней характеристики 2 (рис. 5). При изменении сопротивления от 30 (прямая 5) до 200 мкОм (прямая 6)
сила тока изменяется от 2 до 1,5 кА, а напряжение – от 0,6 до 3 В. Выделяемая в контакте
энергия Q 1 = IU k : при r д1 = 30 мкОм Q 1 = 2000·0,6 = 1,2 кДж; при r k2 = 200 мкОм
Q 2 = 1500·3 = 4,5 кДж.
Можно сделать вывод о том, что при одной и той же внешней характеристике источника питания путем изменения электроконтактного сопротивления можно регулировать
выделяемую в контакте энергию, что расширяет технологические возможности оборудования для ЭМО. Следует отметить, что даже при изменении контактного сопротивления
почти на порядок ток меняется относительно незначительно: от 2 до 1,5 кА. Наиболее типична для ЭМО точка А (рис. 5). Она соответствует давлению инструмента на деталь
400…500 Н. Если в этой точке сопротивление контакта будет меняться на 20 – 30 %
(сравним: сопротивление в точке А в два раза меньше, чем в точке А 1 ), то ток и напряжение фактически изменяться не будут. Вместе с тем, как было показано, с увеличением по
каким-либо причинам контактного сопротивления энергия, выделяемая в контакте, увеличится, температура возрастет. Этот процесс улучшит условия пластической деформации, приведет
к увеличению площади контакта и снижению
электроконтактного сопротивления. При снижении сопротивления процесс будет протекать наоборот, т.е. будет наблюдаться явление саморегулирования параметров режима ЭМО.
Рассмотрим изменение параметров процесса
в зависимости от электроконтактного сопротивления при использовании трансформатора контактной машины МТР – 1201. Его внешняя характеристика (штриховая линия на рис. 5) пересекает
прямые 5 и 6 в точках В и В 1 со следующими параметрами: в точке В – U 2 = 0,8 В, I 2 = 2,5 кА; в
точке В 1 – U 2 = 1,3 В, I 2 = 0,7 кА. В результате
точке В соответствует энергия Q В = 2 кДж, а точке
В 1 – энергия Q В1 = 0,91 кДж, т.е. в данном случае
с ростом сопротивления энергия, выделяемая в
электроконтакте, снижается, явление саморегулирования отсутствует. При случайных изменениях
сопротивления детали будут также большие отРис. 5. Влияние величины контактного соклонения тока, т.е. будет значительно сложнее
противления на выходные параметры прообеспечить стабильность параметров процесса
цесса при ЭМО: 1 – 4 – внешние характериэлектромеханической обработки.
стики трансформатора контактной машины
Стабильность процесса упрочнения слоя поМТП – 806; 5 – rд = 30 мкОм; 6 – rд = 200
мкОм; 7 – rд = 60 мкОм
верхности детали по глубине оценивалась методом шлифов. Эксперимент проводился при одних
и тех же режимах, марке оборудования и технологической оснастке (инструменте). Обработка проводилась при плотностях тока I = 300, 500 и 1000 А/мм2. Детали, подвергаемые
упрочнению, представляли собой болванки диаметром 50 мм, длиной 300 мм, изготовленные из стали 45 и стали 40Х. Разброс параметра глубины упрочненного слоя поверхности
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
заготовки составил 8…10 % при эксперименте против 15…20 % при базовом варианте установки для ЭМО. Исходя из изложенного, можно сделать вывод о верном направлении
проведенных исследований, об их целесообразности и практической применимости.
Таким образом, для обеспечения стабильного процесса упрочнения поверхностного
слоя деталей машин методом ЭМО рекомендуется применять трансформаторы с наиболее
крутопадающей внешней характеристикой и повышенным напряжением холостого хода.
Во вторичную обмотку трансформатора источника питания установки целесообразно
включить дополнительное индуктивное сопротивление, превышающее сопротивление электроконтакта «инструмент – деталь» и равное 500…600 · 10–6 Ом. В результате предложенных мер при электромеханической обработке деталей машин достигается значительное
повышение стабильности процесса тепловложения в поверхность, что приводит к равномерной глубине упрочнения детали при примерно одинаковых значениях высотных параметров
шероховатости поверхностей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аскинази, Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой / Б.М.
Аскинази. – М.: Машиностроение, 1989. – 200 с.
2. Максимов, А.И. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей при комбинированной обработке на основе электромеханического упрочнения / А.И. Максимов, О.А. Горленко, Е.Н.
Фролов // Вестник машиностроения. – 1995. – № 5. – С. 28 – 31.
3. Светлов, А.Т. Влияние внешней характеристики источника питания на стабильность процесса электромеханической обработки изделий / А.Т. Светлов, О.А. Горленко, Е. В. Болтенко, В. В. Коряжкин // Сварка и
контроль – 2001: Всерос. с междунар. участием науч.-техн. конф.: сб. докл. – Воронеж: ВГАСУ, 2001. –
372с.
4. Глебов, Э.В. Расчет и конструирование машин контактной сварки / Э.В. Глебов, Н.А. Пескарев, Д.С.
Фейгенбаум. – Л.: Энергоиздат, 1989. – 424 с.
5. Рыськова, З. С. Трансформаторы для контактных электросварочных машин / З. С. Рыськова. – М.: Госэнергоиздат, 1978. – 244 с.
6. Кочергин, К.А. Сварка давлением / К.А. Кочергин. – М.: Машиностроение, 1972. – 216 с.
7. Пат. 2233217 РФ. Интегральная установка для электромеханической обработки / Горленко О.А., Светлов
А.Т., Болтенко Е. В.
8. Пат. 2233217 РФ. Инструмент для электромеханической обработки / Горленко О.А., Светлов А.Т., Болтенко Е. В.
9. Новиков, Ю.Н. Теория и расчет электрических аппаратов / Ю.Н. Новиков. – Л.: Энергия, Ленингр. отд –
ние, 1970. – 327 с.
Материал поступил в редколлегию 17.05.10.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 621.923
Н.В. Тюльпинова, Д.С. Овсянников, И.И. Малиновский
ФОРМА РАВНОМЕРНО ИЗНАШИВАЮЩЕЙСЯ
РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА
Представлена методика расчета формы равномерно изнашивающейся рабочей поверхности шлифовального
круга, а также интерфейс программного обеспечения, разработанного на основе данной методики.
Ключевые слова: шлифование, форма рабочей поверхности, равномерный износ, шлифовальный круг, программный модуль.
В настоящее время при правке шлифовальных кругов практически всегда восстанавливают прямолинейную форму образующих. Однако многочисленные исследования показывают, что круг в процессе работы неравномерно изнашивается по высоте (ширине).
Сразу после правки происходит интенсивное изнашивание по кромкам, причем первоначальный кромочный износ может в десятки раз превышать радиальный. В дальнейшем
кромки закругляются по параболическому закону, а кромочный и радиальный износ увеличиваются линейно. В связи с этим при правке целесообразнее сохранять приработанную
форму рабочей поверхности круга. Создание на кругах формы равномерно изнашивающейся рабочей поверхности позволяет существенно стабилизировать процесс шлифования
и повысить его эффективность: повышается стойкость абразивного инструмента, снижается его расход при работе и правке, повышается качество обработанной поверхности, а
практически полное отсутствие приработки, сокращение времени на восстановление микропрофиля круга и экономия времени за счет быстрой стабилизации процесса позволяют
значительно повысить производительность труда. Таким образом, представленные ниже
результаты исследований по определению формы равномерно изнашивающейся рабочей
поверхности круга являются актуальными и представляют интерес.
При шлифовании с малыми глубинами (чистовой режим шлифования) процесс сопоставим с работой трибосистем. Шлифовальный круг можно рассматривать как тело с
выступами (зернами), изнашивающимися при скольжении по полупространству. При чистовых режимах обработки износ поверхности круга происходит по высоте, соизмеримой с
шероховатостью обрабатываемой поверхности, поэтому его можно считать одноуровневым [1; 2]. В связи с этим обрабатываемую поверхность можно представить как плоскую
границу упругого полупространства, а абразивные зерна – как систему связанных между
собой цилиндрических выступов одинаковой высоты с плоскими основаниями, которые в
процессе трения изнашиваются. В качестве параметра, характеризующего установившуюся форму рабочей поверхности круга, можно принять внедрение системы зерен [2] в обрабатываемую поверхность в пределах площади контакта.
Рассмотрим участок площади контакта (рис. 1) длиной L, равной длине дуги контакта круга и заготовки, и шириной B, равной высоте круга. Через этот участок при единичном контакте со шлифовальным кругом проходит N акт вершин абразивных зерен. С учетом распределения по высоте вершин зерен величина N акт определяется по формуле
LVK FC (z )B
,
N акт =
(1)
2
VЗ (0,62N/V )
где L – длина дуги контакта круга и заготовки; V К – скорость вращения круга; V З – скорость вращения заготовки; F С (z) – распределение по высоте вершин зерен [3]; N – зернистость инструмента по ГОСТ 3647-80 (в ред. 1995 г.); V – объемное содержание зерен в
круге, V = 62 – 2C т , где С т – порядковый номер структуры круга (1, 2, 3 … 12).
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Внедрение i-го зерна z i в обрабатываемую поверхность можно рассчитать по следующей зависимости [1]:
P 1 − ν 2 1 − ν 2 N акт
r
zi = i
+
(2)
∑ Pj arcsin i ,
2ri E
πri E j=1
l ij
P
x
(
Pi l Pj
ij
0
j
i
E, ν
j≠ i
где Е, ν – модуль упругости и коэффициент
Пуассона обрабатываемого материала; r i – радиус площадки износа i-го зерна; l ij – расстояy ние между i-м и j-м зернами; P i – нагрузка на iе зерно (предполагается, что в установившемся
режиме на все зерна действует одинаковое
усилие P i =P j [2]); N акт – количество зерен, проходящих через рассматриваемый участок.
Расстояние между i-м и j-м зернами l ij
можно определить по формуле
2r
L
)
B
(x
lij =
z
2
где x i , yi , x j , yj – координаты центров зерен.
Рис. 1. Схема расчетной модели
Тогда зависимость (2) примет вид
(
− x i ) + (y j − yi ) ,
2
j
)
Pi 1 − ν 2 1 − ν 2 Nкк
zi =
+
∑ Pj arcsin
2ri E
πri E j=1
j≠ i
(x
ri
− x i ) + (y j − y i )
2
j
2
.
Нагрузку P, действующую на систему зерен, можно принять равной радиальной составляющей силы резания при шлифовании P y , которая определяется по известной зависимости [4]
0,6
P = Py = (1...3)Pz = (1...3)C Pz VЗ0,7S0,7
,
пр t
где P z – тангенциальная составляющая силы резания; C Pz – коэффициент, характеризующий материал шлифуемой детали; V З – скорость вращения заготовки; S пр – продольная
подача; t – глубина шлифования.
Рассчитав по зависимости (1) для каждого зерна внедрение z i , можно получить внедрение системы N акт зерен в обрабатываемый материал, которое и принимается в качестве
формы равномерно изнашивающейся рабочей поверхности шлифовального круга.
В существующих подходах к расчету формы равномерно изнашивающейся рабочей
поверхности круга предполагается, что зерна располагаются равномерно, а радиус площадок износа зерен r i имеет некое среднее значение и одинаков для всех зерен [2]. В действительности расположение зерен на периферии круга может быть произвольным, а радиусы r i могут принимать различные значения. Для учета этого обстоятельства предлагается
следующая методика определения формы равномерно изнашивающейся рабочей поверхности шлифовального круга. Необходимо рассмотреть несколько вариантов расположения
зерен: 1) зерна расположены равномерно и имеют одинаковый радиус r i (рис. 2а); 2) зерна
расположены равномерно, радиусы r i различны (рис. 2б); 3) координаты центров зерен и
радиусы r i – случайные величины (рис. 2в). Положение каждого зерна характеризуется
парой координат: x i ∈ [0;B] и y i ∈ [0;L]. При расчете 1-го и 2-го вариантов зерна в пределах
рассматриваемого участка, размер которого B×L, следует разместить таким образом, чтобы расстояния между ними были одинаковы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, т.е. расположить в n рядов по m зерен в каждом ряду, здесь m=(N акт B /L)1/2 ,
n=N ак т /m. При расчете 3-го варианта x i и yi – независимые случайные числа, которые
можно получить с помощью датчика (генератора) случайных чисел.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
→
→
→
y, мм
x, мм
z, мкм
z, мкм
z, мкм
y, мм
x, мм
а)
б)
y, мм
x, мм
в)
Рис. 2. Картины расположения зерен и соответствующие им формы рабочей поверхности круга
Для каждого из предлагаемых вариантов можно получить k картин расположения
зерен и рассчитать k соответствующих им форм рабочей поверхности круга. Для каждой
из k картин генерируется случайное значение радиуса r i (при расчетах по 1-му варианту),
совокупность случайных значений радиуса r i (при расчетах по 2-му варианту), совокупность случайных значений координат центров зерен x i , yi и радиуса r i (при расчетах по 3му варианту). После этого необходимо рассчитать среднюю из полученных k форм рабочей поверхности круга для каждого варианта (число k зависит от требуемой точности).
Затем следует провести осреднение по трем вариантам и полученную в результате такого
осреднения форму рабочей поверхности круга принять в качестве конечного результата.
При таком методе расчета учитывается хаотичное расположение зерен на периферии
шлифовального круга, имеющих различные значения радиусов площадок износа. Можно
полагать, что получаемые в результате среднестатистические формы рабочей поверхности
круга колеблются около реального профиля, соответствующего установившемуся режиму.
Расчет формы равномерно изнашивающейся рабочей поверхности шлифовальных
кругов по предложенной методике требует выполнения большого объема трудоемких вычислений. Для автоматизации расчетов было разработано программное обеспечение. Перед началом расчета программа запрашивает следующие исходные данные: характеристики шлифовального круга (зернистость инструмента, материал зерен шлифовального круга,
номер структуры круга, твердость шлифовального круга, диаметр и высота шлифовального круга); размеры заготовки; обрабатываемый материал; вид шлифования (круглое наружное, круглое внутреннее или плоское периферией круга); режимы шлифования. Данный программный модуль выполняет расчеты по приведенному алгоритму, а также аппроксимирует получаемую форму профиля круга полиномом второй степени для удобства
использования результатов программы в условиях производства.
Данная программа также выполняет графическую визуализацию (рис. 3) результатов
расчета, что избавляет пользователя от необходимости обращаться к другим математическим программным продуктам для получения графического представления полученной
формы рабочей поверхности круга. На экране отображаются динамически сменяющие
друг друга различные картины расположения зерен и соответствующие им формы рабо23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
чей поверхности круга для каждого из трех вариантов расположения зерен, после чего
воспроизводится форма равномерно изнашивающейся рабочей поверхности шлифовального круга.
Рис. 3. Окна вывода результатов работы программного модуля
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Предлагаемая методика и разработанный в соответствии с ней программный модуль
позволяют путем проведения статистических испытаний на ЭВМ, не прибегая к натурным
экспериментам, рассчитывать форму равномерно изнашивающейся рабочей поверхности
шлифовального круга, что открывает возможности повышения эффективности процесса
шлифования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
Горячева, И.Г. Механика фрикционного взаимодействия / И.Г. Горячева. – М.: Наука, 2001. – 478 с.
Салов, П.М. Принципы самоорганизации износа шлифовальных кругов / П.М. Салов, Б.А. Кравченко. –
Самара: СГТУ, 2001. – 118 с.
Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей
при шлифовании / С.Г. Бишутин. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 144 с.
Ящерицын, П.И. Шлифование металлов / П.И. Ящерицын, Е.А. Жалнерович. – Минск: Беларусь, 1963. –
356 с.
Материал поступил в редколлегию 2.07.10.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 629.4.014.22
Г.С. Михальченко, А.В. Антохин
АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ЭКИПАЖЕЙ
СКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА НА ДВУХ- И ТРЕХОСНЫХ ТЕЛЕЖКАХ
С ОПОРНО-РАМНЫМ ТЯГОВЫМ ПРИВОДОМ
Проанализированы возможные конструктивные способы улучшения динамических качеств скоростного локомотива с экипажем на трех двухосных тележках с опорно-рамным тяговым приводом.
Ключевые слова: скоростной электровоз, тяговый привод, компьютерное моделирование, динамические
качества.
Сегодня создание электровоза с конструкционной скоростью 200 км/ч является одной из важнейших задач локомотивостроения России. Увеличение скорости движения поездов на основных пассажиронапряженных линиях европейской части страны позволит
повысить пропускную способность железных дорог и сократить время пребывания в пути.
Увеличить скорость движения поезда можно, используя электровозы двухсистемного питания (сокращается время простоя на узловой станции при замене локомотива на
другой с необходимой системой питания) с асинхронными тяговыми двигателями (позволяют реализовывать осевую мощность до 1200 кВт) и более современную экипажную
часть. Для уменьшения динамического воздействия скоростного локомотива на путь целесообразно снизить осевую нагрузку до 200 кН. Исходя из этого наиболее предпочтительным является использование шестиосного экипажа (массой 120 т). В нашей стране реализованы два варианта шестиосного экипажа: на двухосных (Новочеркасский электровозостроительный завод) и трехосных (Коломенский завод) тележках.
В электровозах Новочеркасского электровозостроительного завода применен привод
с опорно-рамным подвешиванием тягового электродвигателя и опорно-осевым редуктором (электровоз ЭП10) – привод второго класса, по классификации проф. И.В. Бирюкова
[1]. Коломенский завод использует привод с опорно-рамным подвешиванием тягового
электродвигателя и редуктора (тепловоз ТЭП70) – привод третьего класса. Таким образом,
возникает вопрос: какой из указанных типов привода и экипажа может обеспечить наилучшие динамические качества при высоких скоростях движения? Получить ответ на него
можно, используя методы компьютерного моделирования.
Компьютерное моделирование динамики движения электровоза выполнено с помощью известного программного комплекса «Универсальный механизм» (UM) [2; 3]. Модуль UM Loco программного комплекса UM позволяет автоматизировать процесс синтеза
математической модели пространственных колебаний рельсовых экипажей и моделировать их движение в прямых и кривых участках пути при наличии случайных, периодических или единичных вертикальных и горизонтальных неровностей.
Проведенные исследования включали два этапа:
1) определение наименее динамически нагруженной конструкции тягового привода
(из двух рассматриваемых) для скоростного локомотива;
2) определение способов улучшения динамических характеристик экипажа на трех
двухосных тележках (на основе двухосных тележек конструкции Новочеркасского электровозостроительного завода).
На первом этапе были созданы четыре компьютерные модели локомотива с экипажем:
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
• на трех двухосных тележках с приводом второго класса (2 0 -2 0 -2 0 (II кл) );
• трех двухосных тележках с приводом третьего класса (2 0 -2 0 -2 0 (III кл) );
• двух трехосных тележках с приводом второго класса (3 0 -3 0 (II кл) );
• двух трехосных тележках с приводом третьего класса (3 0 -3 0 (III кл) ).
На первом этапе исследований необходимо было установить наименее динамически
нагруженную конструкцию тягового привода при условии возможного использования на
локомотивах с разной осевой формулой. В качестве прототипа моделей на двухосных тележках был выбран электровоз ЭП10. Но так как для скоростного электровоза желательно
уменьшать осевую нагрузку, то в моделях она составила 20 кН (а не 22,5 кН, как в ЭП10).
Кроме того, соразмерно были изменены жесткостные и диссипативные параметры модели. Модели на трехосных тележках были созданы на основе опыта проектирования пассажирских тепловозов на Коломенском заводе и эскизных разработок ВЭлНИИ.
Движение моделей рассматривалось в прямых участках пути при скоростях в интервале от 10 до 60 м/с (от 36 до 216 км/ч) с учетом случайных вертикальных и горизонтальных неровностей рельсовых нитей, параметры которых (по рекомендации ВНИИЖТ) соответствовали пути хорошего содержания. Полученные результаты расчетов последовательно рассматривались в рамках типа экипажа для определения наиболее удачной конструкции тягового привода.
Сравнение динамики моделей электровоза на двухосных тележках с приводами второго и третьего классов при скоростях движения свыше 140 км/ч показало, что экипаж с
приводом третьего класса имеет значительные преимущества, особенно по динамической
нагруженности зубчатых колес тягового редуктора [4]. Сравнивая шестиосные экипажи на
трехосных тележках с приводами второго и третьего классов, можно заключить, что экипаж с приводом третьего класса, имеющий незначительное преимущество по традиционным динамическим показателям и существенное по динамической нагруженности зубчатых колес тягового редуктора [5], является более предпочтительным для ско1
ростного электровоза. Кроме того, обработка результатов исследований созданных моделей с исходными уп5
ругодиссипативными параметрами выявила, что экипажи на двухосных те4
лежках показывают хорошие результаты при скоростях до 50 м/с
3
(180 км/ч). При более высоких скоростях наблюдается значительный рост
2
боковых и рамных сил, особенно на
Рис. 1. Общий вид анимационной модели электровоза
средней тележке. Мировой опыт скорос приводом третьего класса и экипажем на
стного локомотивостроения показывает,
двухосных тележках:
1 – кузов локомотива; 2 – наклонная тяга;
что чаще всего для таких локомотивов
3, 4, 5 – тележки
используются экипажи на двухосных
тележках. Из этого следует, что исходные упругодиссипативные параметры моделей на
двухосных тележках не являются оптимальными и нуждаются в уточнении; возможно
также применение других конструктивных способов улучшения динамических характеристик моделей.
На втором этапе исследований был выполнен поиск способов улучшения динамики
модели с экипажем на двухосных тележках с приводом третьего класса (рис. 1). В качестве возможных конструктивных изменений было предложено применение продольных
тяг между кузовом и рамой средней тележки (рис. 2)[6] и использование гасителей колебаний поперечного относа средней тележки.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
1,3м
1,3м
Рис. 2. Схема установки тяг между рамой средней тележки и кузовом
Влияние предложенных конструктивных изменений на динамические качества рассматриваемого экипажа можно оценить по результатам, приведенным на рис. 3 – 5. Каждый рисунок содержит ряд графиков. На рис. 3а, 4а, 5а приведены значения соответствующих показателей для исходной модели; на рис. 3б, 4б, 5б – для исходной модели с установкой тяг на среднюю тележку (техническое решение, предложенное В.А. Симоновым), гасители виляния и поперечных колебаний на ней отсутствуют; на рис. 3в, 4в, 5в –
для исходной модели с гасителями поперечных колебаний на средней тележке. 1 …6 – порядковые номера колесных пар.
а)
а)
б)
в)
б)
в)
Рис. 3. Боковые силы
Рис. 4. Рамные силы
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
а)
б)
Рис. 5. Усилия в зубчатых зацеплениях
в)
Оба предложенных варианта изменения конструкции в основном положительно
влияют на динамические показатели локомотива. Степень их влияния в процентном отношении к исходной модели представлена в таблице.
Таблица
Влияние конструктивных изменений на динамические показатели экипажа, %
Скоростные интервалы, м/с
Изменения
10 – 30
30 – 50
50 – 60
Боковые силы
Тяги
↓
12
↓
40,5
↓
39,3
Гасители
↓
10,5
↓
27,3
↓
41,3
Рамные силы
Тяги
0
↓
39,8
↓
51,4
Гасители
↑
7,1
↓
19,4
↓
47,5
Коэффициент динамики 1-й ступени рессорного подвешивания
Тяги
↓
22,2
↓
27,3
↓
30,3
Гасители
0
↓
3
↑
2,9
Коэффициент динамики 2-й ступени рессорного подвешивания
Тяги
↓
23,3
↓
22,9
↓
28,6
Гасители
↑
9,1
↑
7,9
↑
11,4
Вертикальные ускорения кузова на месте машиниста
Тяги
↓
10,3
↓
4,8
↓
10,2
Гасители
↓
2,2
↑
3,5
↑
2,7
Поперечные ускорения кузова на месте машиниста
Тяги
↓
12
↓
14
↑
18,2
Гасители
↓
7,7
↑
19
↑
18,9
Усилия в зубчатом зацеплении
Тяги
↓
32,6
↓
30,6
↓
35,3
Гасители
0
0
0
Примечание. ↑, ↓ – увеличение или уменьшение значений показателей соответственно.
Как видно из таблицы, любой из предложенных вариантов уменьшает величины боковых и рамных сил. Если судить по графикам, то величины боковых и рамных сил
уменьшаются до приемлемых значений во всем рассматриваемом скоростном диапазоне.
Предложенные изменения влияют и на коэффициенты динамики: установка продольных
тяг приводит к уменьшению максимальных значений коэффициента динамики как в первой, так и во второй ступени рессорного подвешивания; применение гасителей попереч29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ных колебаний практически не влияет на коэффициент динамики первой ступени и незначительно увеличивает коэффициент динамики второй ступени, однако в этом случае их
значения меньше нормативных. Ускорения кузова при использовании продольных тяг на
скоростях движения до 50 м/с (180 км/ч) уменьшаются, с повышением скорости возрастают поперечные ускорения. Применение предложенных гасителей на средней тележке не
дает однозначно положительного эффекта по ускорениям, но даже худшие значения полностью удовлетворяют нормам. Тяги также уменьшают усилия в зубчатых зацеплениях
тяговых редукторов.
В целом хорошие результаты показали оба варианта модернизации. При применении
любого из них экипажи имеют динамические показатели, удовлетворяющие нормативным
требованиям. Если сравнивать эти варианты, то очевидно, что тяги обеспечивают лучшие
результаты и при этом явно дешевле гасителей.
Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что эксплуатация электровоза с экипажем на трех двухосных тележках с приводом третьего класса и предложенными вариантами модернизации допустима при скоростях до 200 км/ч.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Бирюков, И.В. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог / И.В. Бирюков, А.И. Беляев, Е.К. Рыбников. – М.: Транспорт, 1986. – 256 с.
Погорелов, Д.Ю. Компьютерное моделирование динамики технических систем с использованием программного комплекса «Универсальный механизм»/ Д.Ю. Погорелов // Вестник компьютерных и информационных технологий. –2005. – №4.
Ковалев, Р.В. Введение в моделирование динамики механических систем / Р.В. Ковалев, Д.В. Даниленко // САПР и графика. – 2008. – № 4. – С. 26 – 31.
Михальченко, Г.С. Оценка динамических качеств скоростного электровоза с различной конструкцией
тягового привода/ Г.С. Михальченко, А.В. Антохин// Вестн. БГТУ. – 2009. – №2. – C. 42 – 48.
Антохин, А.В. Компьютерное моделирование динамики скоростного локомотива / А.В. Антохин // Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях: тез. Междунар. науч.-техн. конф. 2009.
Коссов, В.С. Исследование способов улучшения ходовой динамики электровозов типа ЭП10 / В.С. Коссов, Г.С. Михальченко, Д.Ю. Погорелов, В.А. Симонов// Вестн. ВЭлНИИ. – Новочеркасск, 2004. – № 1.
С. 74 – 86.
Материал поступил в редколлегию 15.04.10.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 621.835
О.Н.Крахмалев, А.П.Болдырев, Л.И.Блейшмидт
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МАНИПУЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
С УПРУГИМИ ЗВЕНЬЯМИ
Получены дифференциальные уравнения, описывающие движения манипуляционных систем с упругими
звеньями. Выделены отклонения (динамические ошибки) обобщённых координат от их программных значений, вызванные упругими свойствами звеньев.
Ключевые слова : манипуляционные системы, упругие звенья, уравнение движения, динамическая ошибка.
Статья посвящена моделированию движений манипуляционных систем (МС) промышленных роботов (ПР), конструкция которых обладает упругой податливостью. Полученные уравнения могут быть использованы как для анализа динамических ошибок, возникающих из-за упругой податливости звеньев манипулятора, так и для синтеза программных движений жёсткого манипулятора. Предлагаемая система уравнений имеет
матричную структуру, удобную для компьютерного моделирования.
В основу разработанных алгоритмов динамического анализа и синтеза манипуляционных систем промышленных роботов, звенья которых моделируются твёрдыми телами,
положена математическая модель [5]
..
.
. .
2
[M]{q} + [S]{q } + 2[K]{qiqj} = {QD} + {QF} + {QPg}
(1)
Здесь {Q D }, {Q F }, {Q Pg } - векторы обобщённых сил соответственно от усилий, развиваемых приводами, сил внешней нагрузки и сил тяжести звеньев; векторы производных
от обобщённых координат {q} по времени:
..
.. ..
..
.
. .
.
. .
. .
. . . .
. .
.
.
T
2
2
2
2 T
{q} = [q1 q2 … qn] , {q } = [q 1 q 2 … q n] , {qiqj} = [q1q2 … q1 qn q2 q3 … q2 qn … qn-1 qn]T;
[M], [S] и [K] – матричные коэффициенты, соответствующие инерционным параметрам
звеньев манипуляционной системы :
(nxn)
∂A0k
n
∂AT0k
[M] = ∑[mij] , где mij = tr ¯¯¯¯ Hk ¯¯¯¯¯
k=1
∂qi
∂qj
(nxn)
n
∂A0k
k=1
sij = tr ¯¯¯¯ Hk ¯¯¯¯¯
2
∂qi
∂q j
[S] = ∑[sij] , где
(nxCn2)
n
[K] = ∑[kij] , где kij = tr
k=1
∂A0k
∂2AT0k
¯¯¯¯ Hk ¯¯¯¯¯
∂qi
∂ql∂qt
, i,j = (1, …,n) ;
∂2AT0k
, i,j = (1, …,n) ;
n!
, i = (1, …,n), j = 1, …,Cn2 = ¯¯¯¯¯
.
2!(n-2)!
l, t принимают значения порядковых сочетаний из n элементов по 2 (для соответствующих им индексов j).
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
A 0k - матрица (4х4) преобразования однородных координат системы S k , связанной
с k-м звеном, в абсолютную систему S 0 ; может быть вычислена как последовательность
произведений соответствующих матриц преобразования координат [1]:
k
A 0k = A 01 A 12 … A(i-1)i Ai(i+1) … A(k-1)k = П A (i-1)i .
i=1
H k - матрица инерции (4х4); определяет инерционные свойства k-го звена как
твёрдого тела [1] и вычисляется по выражению
∫
Hk = rм(k) rм(k)T dm ,
Ωk
где r м (k) – радиус-вектор точки M звена в системе координат S k , связанной с этим звеном;
Ω k - объём k-го звена.
Достоинством данной математической модели является то, что она позволяет наглядно оценить влияние сил инерции различной природы на точность отработки движения
манипуляционной системой.
Матричные коэффициенты [M], [S], [K] являются функциями обобщённых координат и зависят от динамических параметров МС.
Коэффициент [M] устанавливает связь действующих на звенья сил и моментов с
ускорениями обобщённых координат. Элемент матрицы mij определяет инерционный момент (силу инерции), действующий на i-е звено под влиянием ускорения в j-й кинематической паре.
Коэффициент [S] определяет связь действующих на звенья сил и моментов с квадратами скоростей обобщённых координат. Элемент матрицы s ij определяет центробежную силу, действующую на i-е звено, порождаемую угловой скоростью в j-й кинематической паре.
Коэффициент [K] определяет связь действующих на звенья сил и моментов со скоростями изменения обобщённых координат. Элемент матрицы k ij определяет кориолисову
силу, действующую на i-е звено, возникающую в результате сложного относительного
(переносного) движения двух звеньев, не совпадающих с i-м.
Решение уравнения (1) в виде {q} = {q(t)} представляет собой так называемое программное движение идеальной манипуляционной системы, имеющей жёсткие звенья, при
отсутствии трения в кинематических парах. В действительности звенья и другие элементы
манипуляторов обладают упругой податливостью [2; 3]. Основной вклад в упругую податливость ПР вносят звенья манипулятора и приводы, включающие в себя исполнительные двигатели и механические передачи. Будем считать,
С2
что упругие элементы с жёсткостью С i сосредоточены в
узлах сочленений звеньев (рис.1) [4; 5].
Под действием статических и динамических нагрузок упругие элементы деформируются, в результате
чего действительный закон движения будет отличаться
от программного. Величину отклонения вектора обобС1
щённых координат от программного движения обозначим через {Δq} = {Δq(t)} и назовём динамической ошибкой манипуляционной системы. Дифференциальные
уравнения, описывающие действительные движения
Рис.1. Расчетная схема МС
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
звеньев манипулятора, могут быть получены из уравнения (1) путём замены вектора
{q(t)} на вектор {q(t) + Δq(t)}:
.. ..
. .
.
. . .
2
[M](q+Δq){q+Δq} + [S](q+Δq){(q+Δq) } + 2 [K](q+Δq){(qi+Δqj)(qj+Δqi)} =
= {QD} + {QF} + {QPg} + {QPc} .
(2)
Разложим матричные коэффициенты уравнения (2) в ряд Тейлора, удерживая только члены первого порядка малости [4; 5]:
∂[M]
∂[M]
n
∂[M]
[M](q+Δq) = [M](q) + ____ Δq1 + ____ Δq2 + . . . = [M](q) + ∑ ____ Δql ;
∂q1
∂q2
l=1 ∂ql
∂[S]
∂[S]
∂[S]
n
[S](q+Δq) = [S](q) + ___ Δq1 + ___ Δq2 + . . . = [S](q) + ∑ ___ Δql ;
∂q1
∂q2
l=1 ∂ql
∂[K]
∂[K]
(3)
n
(4)
∂[K]
[K](q+Δq) = [K](q) + ___ Δq1 + ___ Δq2 + . . . = [K](q) + ∑ ___ Δql .
∂q1
∂q2
l=1 ∂ql
(5)
Учитывая полученные разложения (3-5) и отбрасывая члены второго порядка малости, уравнение (2) можно представить в виде
..
.
. .
..
. .
. . . .
2
[M]{q} + [S]{q } + 2[K]{qiqj} + [M]{Δq} + 2[S]{qΔq} + 2[K]{qiΔqi + qjΔqj } +
n
+∑
l=1
∂[M] ..
∂[S]
.
∂[K] . .
2
____ {q} + ____{q } + ____ {qiqj} Δql =
∂ql
∂ql
∂ql
(6)
= {QD} + {QF} + {QPg} + {QPc}.
Матричные коэффициенты [M](q) , [S](q) и [K](q) характеризуют инерционные параметры системы, поэтому можно считать, что они мало изменяются при малом изменении вектора обобщённых координат {q}. Следовательно, частные производные этих коэффициентов
∂[M]
∂[S]
∂[K]
____ ,
∂q l
____ и ____ , l = (1, …, n),
∂q l
∂q l
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
будут малыми величинами, поэтому слагаемыми, стоящими под знаком суммы в уравнении (6), можно пренебречь.
Из сравнения уравнений (1) и (6) видно, что уравнение (6) может быть разбито на
два независимых уравнения :
- уравнение, описывающее программное движение:
..
.
..
2
[M]{q}+[S]{q }+2[K]{qiqj} = {QD} + {QF} + {QPg};
ния :
(7)
- уравнение, описывающее малые упругие колебания вблизи программного движе-
..
. .
. .
. .
[M]{Δq} + 2[S]{qΔq} + 2[K]{qiΔqj + qjΔqi} = {QPc}
.
(8)
Анализ уравнений (7) и (8) показывает, что величина динамической ошибки {Δq(t)}
зависит как от параметров системы, определяющих матричные коэффициенты [M], [S] и
[K], так и от самого программного движения.
При численном интегрировании уравнений (7) и (8) матричные коэффициенты
уравнений не обязательно вычислять на каждом шаге интегрирования.
В правую часть уравнения (8) входит обобщённая сила, соответствующая силам,
возникающим в упругих элементах при их деформации :
{Q Pc } = { Q Pc1 , Q Pc2 , …, QPcn } ,
(9)
Q Pci
∂P С
= ¯¯¯ , i = (1, …,n) ,
∂Δq i
где P С – потенциальная энергия деформации упругих элементов всей системы.
Для наглядного представления разработанной математической модели на примере
кинематической схемы манипулятора с 3 звеньями
X3
q3
решим модельную задачу, выполнив все этапы моделирования. Для описания геометрии выбранной
Z3
кинематической схемы свяжем с каждым звеном
Y2
X2
манипулятора систему координат S i (рис. 2) и задаq2
дим обобщённые координаты q i (i=1,…,3) и их направления. Матрица преобразования однородных
Y3
координат A 03 из системы S 3 , связанной с 3-м звеZ2
ном, в абсолютную систему координат S 0 имеет
вид (10).
Z1
Распределение масс смоделируем телами
Z0
простой геометрической формы : первое звено массой m 1 – тонкостенная труба длиной l 1 и радиусом
Y1
R 1 , второе звено массой m 2 - тонкий стержень длиной l 2 , третье звено – сосредоточенная масса m3.
X0
Y0
Матрицы инерции звеньев H 1 , H 2 и H 3 в системах
X1
q1
Рис. 2. Задание обобщенных координат
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
координат, связанных с этими звеньями, имеют вид (11) согласно преобразованию H i = A i
j H j A i [5].
Sinq 1 Sinq 2
Cosq 1
-Cosq 1
Sinq 2
Cosq 2
0
A 03 =
m 1 R 1 2/2
0
0
Sinq 1
-Sinq 1
Cosq 2
Cosq 1 Cosq 2
-( l 2 + q 3 ) Sinq 1
Cosq 2
( l 2 + q 3 ) Cosq 1 Cosq 2
0
0
Sinq 2
0
l 1 +( l 2 + q 3 ) Sinq 2
1
4m 2 l 2 2/
0
0 0 m2l2
(10)
0 0
0
H3 = 0 0
0
0
3
0
H1 =
0
m 1 R 1 2/2
0
0
0
0
H2 =
2
m 1 l 1 /3 m 1 l 1 /2
0
0 0
0 0
0
0
0 0
0
2
m3l3 m3l3
(11)
0
0
m 1 l 1 /2
m1
m2l2
0 0
m2
0 0
m3l
m3
3
С учетом уравнений (7) и (8) уравнения движения рассматриваемой МС, составляющие динамическую модель манипуляционной системы, будут иметь следующий вид :
- матричное уравнение, описывающее программное движение:
.. .. ..
. . .
. . . . . .
T
2
2
2 T
[M][q1 q2 q3] +[S][q1 q2 q3 ] +2[K][q1q2 q1q3 q2q3]T = {QD} + {QPg} ;
(12)
- матричное уравнение, описывающее малые упругие колебания вблизи программного движения:
..
..
..
. .
. . . .
[M] [Δq1 Δq2 Δq3]T + 2[S] [q1Δq1 q2Δq2 q3Δq3]T +
. . . .
. . . . . .
. .
+ 2[K] [q1Δq2+q2Δq1 q1Δq3+q3Δq2 q2Δq3+q3Δq2]T = {QPc} .
(13)
Опуская громоздкие преобразования, приведём аналитические выражения для
матричных коэффициентов [M], [S] и [K], входящих в уравнения модели:
m 1 R 1 2 + (4 /3m 2 l 2 2 + m 3 (l 2 + l 3 + q 3 )2
3
[M] = ∑[M] i =
i=1
3
[S] = ∑[S] i =
i=1
)Cos2q 2
0
0
2
4/3m 2 l 2 + m 3 (l 2 + l 3 +
0
q 3 )2
0
0
m3
0
0
0
2(2/3m 2 l 2 2 + m 3 (l 2 + l 3 + q 3 )2) Sinq 2 Cosq 2
0
0
0
0
0
35
0
;
(14)
;
(15)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
m 3 (l 2 + l 3 + q 3 )
2
- (2 /3m 2 l 2 Sinq 2 + m 3 (l 2 + l 3 + q 3 ) Sinq 1 )Cosq 2
Cos2q 2
0
0
0
m 3 (l 2 + l 3 + q 3 )
0
0
0
2
3
[K] = ∑[K] i =
i=1
.
(16)
Зададим траекторию движения в виде
прямой (рис.3) - это наиболее часто используемая форма участков траектории при программировании промышленных роботов. Движение рабочего органа по выбранной траектории представим двумя участками. На первом участке характерная точка рабочего органа из неподвижного состояния начинает равноускоренное движение до средней точки траектории. На втором
участке выполняется равноускоренное торможение рабочего органа до полной его остановки.
Такая форма движения типична для промышленных роботов.
На втором этапе планирования программной траектории ставится задача определения
Рис. 3. Траектория движения
обобщённых координат манипулятора, обесперабочего органа МС
чивающих движение его рабочего органа по заданной траектории. Для этого формируется последовательность узловых точек на заданной декартовой траектории и путём решения обратной задачи кинематики определяются
векторы обобщённых координат, соответствующих этим узловым точкам. Затем для вычисленных дискретных значений обобщённых координат методами интерполяции подбираются полиномы. После решения обратной задачи кинематики по положениям рабочего
органа на программной траектории решается обратная задача по скоростям. Решение этой
задачи определяет закон изменения обобщенных координат во времени в соответствии с
заданным законом движения. Результат решения обратной задачи кинематики для обобщенных координат q 2 и q 3 представлен на рис.4.
Рис. 4. Графики изменения во времени обобщенных координат q 2 , q 3 и их производных
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Следующим этапом является определение усилий в приводах, необходимых для
обеспечения движения рабочего органа манипулятора по заданной траектории с заданными скоростями. Определение необходимых усилий в приводах по заданному закону движения является решением обратной задачи динамики, заключающейся в том, чтобы по
вычисленным на предыдущем этапе обобщённым координатам и их производным определить действующие на звенья манипулятора силы и моменты на основании матричного
уравнения (12).
При решении задач динамики необходимо вычислять динамические коэффициенты,
определяемые выражениями (14-16). Графики изменения во времени ненулевых элементов матричных коэффициентов [M], [S] и [K] представлены на рис.5.
Рис. 5. Графики изменения ненулевых элементов матричных коэффициентов
Вычисленные усилия, развиваемые приводами Q Р1 , Q Р2 и Q Р3 , отражены на графиках, изображённых на рис.6.
Рис. 6. Графики усилий, развиваемых приводами
После определения усилий в приводах манипулятора, обеспечивающих движение
его рабочего органа по заданной программной траектории с необходимыми скоростями,
возникает вопрос оптимизации этих усилий. Это связано с тем, что при движении рабочего органа по сложной траектории возникают динамические эффекты, вызываемые силами
инерции разной природы. Анализ влияния сил инерции на усилия, развиваемые приводами, через анализ ненулевых элементов матричных коэффициентов позволяет выполнить
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
допустимую корректировку программной траектории с учётом оптимизации этого влияния.
Следующим этапом является оценка отклонений рабочего органа от заданной траектории вследствие упругой податливости конструкции манипулятора. Точность отработки
манипулятором заданной программной траектории определяется разностью между требуемым и действительным положениями рабочего органа во время его движения, именующейся динамической ошибкой. Оценка динамической ошибки, приведение её к допустимым значениям является важным этапом планирования программной траектории.
Значения динамических ошибок для обобщённых координат q 2 и q 3 , вычисленные на основе матричного уравнения (13) представлены на рис. 7.
Рис. 7. Динамические ошибки для обобщённых координат q 2 и q 3
Полученные результаты расчёта динамических параметров на примере математической модели (12-13) для трёхзвенного манипулятора, выполняющего программное движение по заданной траектории, иллюстрируют возможности моделирования движения манипуляционных систем произвольной формы, которое может быть выполнено на основе использования обобщённой математической модели, определяемой системой матричных
уравнений (7-8).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Динамика управления роботами / В.В. Козлов, В.П. Макарычев, А.В. Тимофеев; под ред. Е.И. Юревича. -М.: Наука, 1984. -328 с.
Вукобратович, М. Неадаптивное и адаптивное управление манипуляционными роботами: [пер. с англ.]
/ М. Вукобратович, Д. Стокич, Н. Кирчански. – М. : Мир, 1989.-376с.
Вукобратович, М.Численный метод моделирования динамики манипулятора с упругими свойствами /
М. Вукобратович, В. Потконяк // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. – 1981. - №5.
Блейшмидт, Л.И. Уравнение движения манипулятора с упругими звеньями / Л.И.Блейшмидт, О.Н.
Крахмалев. – Брянск : БИТМ, 1990. - Деп. в ВИНИТИ, №1619-В91.
Блейшмидт, Л.И. Основы механики манипуляционных систем промышленных роботов : метод. указ. по
лекц. курсу / Л.И.Блейшмидт. –Брянск:БИТМ,1990.-64с.
Материал поступил в редколлегию 23.04.10.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 624.21+629.4.015+004.942
Е.А. Круговова, Г.В. Михеев, Р.В. Ковалев
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЭКИПАЖЕЙ И МОСТОВ 1
Представлена методика компьютерного моделирования взаимодействия железнодорожного моста и поезда,
реализованная в программном комплексе «Универсальный механизм». Рассмотрены результаты компьютерного моделирования динамики трех различных мостов под действием отдельных железнодорожных экипажей и поездов. Проанализирована сходимость результатов моделирования для полной и редуцированной
конечноэлементных моделей.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, динамика систем тел, динамика упругих тел, железнодорожный мост, подвижная нагрузка, железнодорожный экипаж.
Исследования динамики мостов под воздействием движущихся экипажей начались
еще в XIX веке [1; 2]. В ранних работах модель моста представляла собой балку, по которой с постоянной скоростью двигалась сосредоточенная сила, моделирующая экипаж.
Впоследствии экипаж стал представляться распределенной нагрузкой, а затем и одно- и
многомассовыми системами. Число исследований в области взаимодействия железнодорожных мостов и экипажей в последние десятилетия существенно возросло [3-5]. Повышению научного интереса к проблеме способствовала необходимость исследований уже
существующих и проектируемых конструкций с целью определения пригодности к новым
условиям эксплуатации, главными из которых являются повышение скоростей движения
и осевых нагрузок. При этом объектом исследования становится как мост, так и экипаж.
Для мостов на первый план выдвигаются задачи определения условий возникновения резонансных явлений, которые могут привести к недопустимым колебаниям конструкции,
потере контакта колеса с рельсом и достижению предельного напряженного состояния.
Также актуальна задача анализа изменения напряженно-деформированного состояния
моста для прогнозирования его усталостной долговечности. Кроме того, циклический характер изменения вертикальной и поперечной жесткости пролетных строений мостов
влияет на показатели ходовой динамики, безопасности и плавности хода железнодорожных экипажей.
Рассмотрим типовые подходы к моделированию мостов. Во-первых, в значительной
части современных исследований рассматривается двуxмерная модель моста, что делает
невозможным анализ пространственных, в первую очередь поперечных и крутильных, колебаний пролетного строения. Во-вторых, воздействие на мост со стороны экипажа в
большинстве работ моделируется подвижной нагрузкой, что не позволяет учесть взаимное
влияние динамики экипажа и моста. С учетом указанных недостатков расчетных схем
наиболее перспективным представляется подход, объединяющий трехмерные конечноэлементные модели мостов и детальные динамические модели отдельных экипажей и поездов. Рассмотрим основные идеи такого подхода.
Компьютерное моделирование. Современным подходом к анализу динамики механических систем является комбинация компьютерного моделирования и физических экспериментов.
Для определения различных динамических показателей на разных режимах работы
механической системы обычно требуется поставить большое число физических экспериментов, а также оснастить испытательную площадку сложным и обычно дорогим измери1
Работа проведена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 08-01-00677-а.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
тельным и регистрирующим оборудованием. Объем работ по подготовке к испытаниям,
установке и настройке измерительного оборудования, обработке и изучению полученных
результатов значителен, а стоимость таких работ высока. Вместе с тем при проведении
физических экспериментов не всегда возможно измерение всех интересующих динамических показателей, приходится преодолевать проблемы, связанные с погрешностями измерительных приборов, повторяемостью и воспроизводимостью результатов. Кроме того,
испытания машин и конструкций на предельных или нештатных режимах, как правило,
либо очень дороги ввиду высокой стоимости образцов или оборудования, которые разрушаются, либо опасны.
Компьютерное моделирование – привлекательная замена физическим экспериментам, поскольку не требует изготовления экспериментального образца, с помощью компьютерного моделирования может быть поставлено любое число численных экспериментов
и получены любые интересующие исследователя динамические показатели.
Наиболее распространенным подходом к построению динамической модели объекта
исследований является представление его системой абсолютно твердых тел, связанных
шарнирами и силовыми элементами [6]. Данный подход использован в программном комплексе «Универсальный механизм» (ПК «УМ») [7] для автоматизации процессов формирования и анализа уравнений движения механических систем.
Исследование динамики отдельных элементов конструкций с учетом упругости требует совмещения разных подходов для создания гибридной модели. Наиболее распространенным методом анализа динамики и прочности упругих тел является метод конечных элементов. Однако использование полных конечноэлементных моделей связано с рядом трудностей. Основной проблемой является большой размер матриц масс и жесткости.
Для реальных технических систем он может достигать нескольких сотен тысяч, что сильно осложняет или делает невозможным численное интегрирование уравнений движения.
Еще одной проблемой является наличие высокочастотных составляющих в решении, которые требуют специальных методов интегрирования уравнений, а в реальности не оказывают существенного влияния на динамику конструкций.
Для решения указанных проблем применяется модальный подход, который позволяет уменьшить число координат упругого тела. Малые упругие перемещения вследствие
деформаций приближенно представляются в локальной системе координат множеством
форм упругого тела:
J
u = ∑ h j w j = Hw ,
(1)
j =1
где u – матрица-столбец узловых степеней свободы; h j – матрица-столбец формы упругого тела; w j – модальная координата, соответствующая j-й форме; H – модальная матрица;
w – матрица-столбец модальных координат. Таким образом, число N степеней свободы
полной конечноэлементной модели сокращается до числа J модальных координат.
Модель упругого тела, построенную в соответствии с модальным подходом, будем
называть редуцированной.
Число J зависит от требуемой точности моделирования и вида форм упругого тела.
Например, в представлении (1) в качестве h j могут использоваться собственные формы
незакрепленного тела. Однако опыт проведения расчетов показал, что такой выбор неудачен, число требуемых форм значительно. Одним из наиболее эффективных подходов является совмещение статической конденсации и собственных форм, рассчитанных при закреплении в некоторых узлах, которые называются внешними или интерфейсными. В зарубежной литературе данный метод получил название метода Крэйга – Бэмптона (CraigBampton). Он принадлежит к группе методов, имеющих общее название component mode
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
synthesis [8; 9]. Очень близким по сути является метод суперэлементов, который хорошо
описан в отечественной литературе [10].
Результаты моделирования, приведенные в настоящей статье, были получены с помощью программного комплекса «Универсальный механизм». Методика моделирования
динамики упругих тел, реализованная в ПК «УМ», построена на основе метода КрэйгаБэмптона. Разработка полных конечноэлементных моделей и расчет форм выполняются
во внешних программах конечноэлементного анализа, после чего данные импортируются
в ПК «УМ». Модели мостов описывались в программах ANSYS, NASTRAN, MIDAS. Далее кратко рассмотрим основы используемой методики.
Методика представления упругих свойств пролетного строения. В локальной
системе координат упругого тела перемещения его точек (узлов) описываются с помощью
метода конечных элементов. При подготовке данных в программе МКЭ упругая модель
пролетного строения должна быть представлена суперэлементом [10]. Уравнения движения упругого тела строятся на основе метода присоединенной системы координат [11]. В
основе методики моделирования лежит гипотеза о малости упругих перемещений. Согласно модальному подходу, малые упругие перемещения могут быть представлены набором статических и собственных форм, рассчитанным в соответствии с методом КрейгаБэмптона [9; 10]. Статические и собственные формы суперэлемента рассчитываются во
внешней программе МКЭ. Статическая форма соответствует конфигурации упругого тела
с закрепленными внешними (интерфейсными) узлами при условии, что в одной из степеней свободы интерфейсного узла задано единичное смещение (сдвиг или поворот)
(рис. 1а). Собственная форма упругого тела описывает его конфигурацию в процессе свободных колебаний с некоторой собственной частотой (рис.1б).
а)
∆z=1
б)
Рис. 1. Формы упругого моста: а - статическая при единичном смещении по оси Z в
одном из интерфейсных узлов; б - собственная при закрепленных интерфейсных узлах
Метод Крейга-Бэмптона позволяет редуцировать уравнения движения упругой подсистемы. Редуцированная модель упругого тела имеет столько степеней свободы, сколько
статических и собственных форм использовалось в представлении (1). Данный подход позволяет также рассчитывать напряжения и деформации в узлах и элементах упругого тела.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Сравнение результатов моделирования для полной и редуцированной конечноэлементных моделей, а также обоснование числа упругих форм редуцированной модели приводятся ниже.
Подвижная нагрузка. Применяемая в работе методика моделирования упругих тел,
основанная на аппроксимации малых упругих перемещений статическими и собственными формами, хорошо зарекомендовала себя в исследованиях многих объектов с постоянным во времени положением точек приложения внешних сил.
Специфика железнодорожного моста как объекта исследования заключается в необходимости учета влияния подвижной нагрузки. Типовой подход к моделированию гибридных механических систем, состоящих из абсолютно твердых и упругих тел, предполагает, что упругое тело взаимодействует с другими телами системы посредством шарниров
и силовых элементов, которые должны быть расположены в узлах конечноэлементной
сетки. Такой подход не может быть применен для моделирования движения экипажа по
мосту, поскольку в данном случае нагрузка меняет свое положение с течением времени.
В ПК «УМ» разработан алгоритм приведения сил, приложенных в любой точке поверхности, к узловым силам, а также реализованы алгоритмы расчета положения и скорости любой точки поверхности упругого деформированного тела аппроксимацией соответствующих значений в ближайших узлах.
С переменным во времени положением внешней силы связана проблема точности
решения. Согласно методу Крейга-Бэмптона, для обеспечения точности решения в модальной матрице должны присутствовать как собственные формы упругого тела, так и
статические формы от единичных смещений в интерфейсных узлах. Если сила приложена
в интерфейсном узле, статическая задача решается точно, поэтому интерфейсные узлы
обычно выбираются в местах воздействия внешних нагрузок, а также в местах расположения шарниров. В случае моделирования моста как упругого тела для получения точного
решения внешним должен быть назначен каждый узел конечноэлементной модели, расположенный вдоль траектории движения поезда. Это приводит к очень большому количеству учитываемых форм и делает расчет динамики затратным с точки зрения вычислительных ресурсов. Поэтому для ускорения расчетов было принято следующее допущение. В
наборе форм, аппроксимирующих упругие перемещения, статические формы учтены
только в узлах опирания моста (опоры), все остальные формы в решении − собственные.
Обоснованность такого упрощения конечноэлементной модели моста подтверждается результатами моделирования, приведенными ниже.
Модель рельса. В ПК «УМ» рельс моделируется как безынерционный силовой элемент на упругодиссипативном основании, параметры жесткости и диссипации которого
можно варьировать (рис. 2).
а)
б)
Рис. 2. Модель взаимодействия экипажа и моста (а) и модель рельса (б)
Вертикальные и горизонтальные силы рассчитываются по формулам
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
где с ry , c rz – коэффициенты жесткости рельса в поперечном и вертикальном направлениях;
d ry , d rz – коэффициенты демпфирования. Эти коэффициенты учитывают эквивалентную
жесткость и демпфирование всех элементов пути, которые находятся между колесными
парами и пролетным строением моста (рельсы, шпалы, балластный слой или бетонные
плиты).
Совместное и раздельное моделирование. В исследовании динамики мостов существует два базовых подхода, которые мы условно назовем совместным и раздельным моделированием (рис. 3). При раздельном моделировании динамика экипажа рассчитывается
без учета динамики моста, т.е. упругие деформации пролетного строения не влияют на
динамику экипажа; нагрузка от экипажа прикладывается в точках моста, соответствующих текущему положению колесных пар. В литературе описаны различные способы моделирования нагрузки: нагрузка моделируется как постоянная по величине сила, соответствующая весу экипажа, иногда с переменной гармонической компонентой, учитывающей
коэффициент динамики; как переменная сила, которая определяется по результатам компьютерных или натурных экспериментов [3-5].
При совместном моделировании выполняется численное интегрирование общих
уравнений движения экипажа и моста, которые связаны через силы, возникающие в основании рельса. Контактные силы зависят от текущего положения колесных пар, неровностей пути и упругих деформаций пролетного строения.
v
а)
б)
Рис. 3. Раздельное (а) и совместное (б) моделирование
Благодаря своей простоте методика раздельного моделирования очень часто используется в исследованиях влияния движущегося экипажа на мост[12]. Главным недостатком
данного подхода является невозможность анализа воздействия совместной динамики системы «экипаж-мост» на экипаж - оценки показателей безопасности, устойчивости и плавности хода. Метод совместного моделирования лишен этого недостатка и позволяет исследовать поведение комплексной системы «пролетное строение – подвижной состав».
Верификация методики моделирования. Рассмотрим конечноэлементную модель
железобетонного моста. Мост состоит из двух пролетов, длина каждого пролета - 48 м.
Поперечное сечение моста показано на рис. 4. Масса моста - 2 900 т. Конечноэлементная
модель содержит 40 432 пластинчатых и балочных элемента и имеет 245 400 степеней
свободы. Редуцированная модель содержит 50 собственных и 48 статических форм, что в
общей сложности дает 98 степеней свободы.
Были сравнены результаты статического расчета полной конечноэлементной модели
в программе MSC.NASTRAN [13] с результатами расчета редуцированной модели в
ПК «УМ». Статическая нагрузка соответствует весу локомотива ТЭ116 (12 сил по 113 142
Н) (рис. 5).
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Рис. 4. Поперечное сечение моста
Рис. 5. Модель для статического расчета моста
3
В таблице приведены значения напряжений
и прогибов в узлах моста (рис.6), полученные для
полной и редуцированной конечноэлементных
моделей. Относительная ошибка не превышает
2% для прогибов и 3% для напряжений.
6
1, 2
7, 8
4
5
Рис. 6. Расположение исследуемых узлов
Позиция
Прогибы и напряжения в узлах
1
2
3
4
5
6
7
8
Прогиб, мм
Редуцированная
модель
-23,10
-23,20
-1,28
-1,09
-8,30
-1,07
-18,10
-18,10
Продольное напряжение, МПа
Полная
модель
-23,10
-23,20
-1,30
-1,09
-8,30
-1,09
-18,10
-18,20
Редуцированная
модель
-1,88
-1,92
-0,17
-1,62
1,23
2,03
-1,43
-1,45
Полная модель
-1,91
-1,96
-0,17
-1,61
1,23
2,05
-1,44
-1,47
Таблица
Относительная
ошибка, %
НапряжеПрогиб
ние
0
1,57
0
2,04
1,54
0
0
0,62
0
0
1,83
0,98
0
0,69
0,55
1,36
Следующий этап верификации – сравнение динамических расчетов с полной и редуцированной конечноэлементными моделями. Модель упругого моста предоставлена Институтом электросварки им. Е.О. Патона НАНУ (Киев, Украина). Модель экипажа – сцеп
электровозов ЧС4. Полная конечноэлементная модель моста состоит из 17 907 узлов и
17 641 конечного элемента и имеет более 105 тыс. степеней свободы. Редуцированная модель моста имеет 200 степеней свободы (рис. 7).
На рис. 8 приведено сравнение прогибов в узле моста, рассчитанных с помощью
полной конечноэлементной модели методом раздельного моделирования в программе
MIDAS [14] и редуцированной модели моста, рассчитанной в ПК «УМ» методами раздельного и совместного моделирования. Скорость движения экипажа составляет 80 км/ч.
Результаты моделирования подтверждают корректность использования редуцированных
моделей для анализа динамики и дают основание применять методику моделирования для
дальнейшего анализа мостов и экипажей [15].
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Контрольный
узел
Рис. 7. Прохождение экипажа по мосту
Рис. 8. Прогибы в контрольном узле
Выбор оптимального числа упругих форм. Рассмотрим результаты моделирования движения высокоскоростного пассажирского поезда КТХ по эстакаде. Редуцированные конечноэлементные модели эстакады включают 54 статические формы и 50, 100 и 200
собственных форм. Твердотельная модель 2 поезда состоит из 10 экипажей и имеет 294 степени
свободы (рис. 9). Общий вес поезда - 440 т.
Контрольный
узел
Прогибы и напряжения в контрольном узле
для редуцированных моделей с различным чисРис. 9. Высокоскоростной поезд КТХ/TGV
лом упругих форм показаны на рис. 10.
на мосту
Рис. 10. Прогибы и напряжения
2
ментов.
Твердотельная модель – модель, состоящая из абсолютно твердых тел, шарниров и силовых эле-
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Дальнейшее увеличение числа собственных форм (250 и 300 форм) не оказывает
ощутимого влияния на точность решения. При этом существенно возрастает время расчета. Можно утверждать, что для динамического анализа пролетных строений подобного
рода приемлемо использование 200 собственных форм.
Моделирование прохождения грузового состава по ферменному мосту. Цель исследований, описанных в данном разделе, – сравнить результаты совместного и раздельного моделирования. Объектом исследования являлась гибридная модель, включающая
упругий ферменный мост и грузовой поезд.
В ПК MSC.PATRAN на основе геометрии реального объекта была создана модель
пролета моста (рис. 11). Она состоит из 40 432 конечных элементов, 40 029 узлов и имеет
более 240 тыс. степеней свободы. Длина пролета моста составляет 66 м.
а)
б)
Рис. 11. Ферменный железнодорожный мост: а - фотография; б - конечноэлементная модель
Модель поезда состоит из 2 локомотивов и 8 грузовых вагонов и имеет 892 степени свободы (рис. 12). Моделирование проводилось с учетом собственного веса моста,
составляющего 106 т.
Согласно используемой методике, были рассчитаны собственные формы моста.
Рис. 12. Грузовой поезд
Специфика данного моста заключается в
большом числе мелких конструкционных элементов (верхние и нижние перекрестия, боковые прямые и наклонные балки), в связи с чем конечноэлементная модель имеет множество собственных частот, существенным образом не влияющих на динамику конструкции в целом. В диапазоне частот от 0 до 50 Гц было рассчитано 800 собственных частот и
форм колебаний. Из них 200 наиболее значимых были выбраны для аппроксимации упругих свойств пролетного строения. Значимость упругой формы определялась исходя из ее
влияния на перемещения в некоторых контрольных узлах. Моделировалось движение грузового поезда со скоростью 100 км/ч с учетом неровностей пути (рис. 13).
Контрольный
узел
Рис. 13. Прохождение грузового поезда по мосту
Сравнивались напряжения и прогибы в контрольном узле (рис. 14). Максимальный
прогиб при раздельном моделировании составляет 13,1 см, при совместном моделировании – 13,9 см. Максимальное по модулю напряжение при совместном моделировании со46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ставляет 24 МПа, при раздельном моделировании – 23,5 МПа. Отличие результатов раздельного и совместного моделирования по максимальным напряжениям составляет 2,1%,
по максимальным прогибам – 5,7%.
Рис. 14. Прогибы и напряжения в контрольном узле
Сходимость результатов, полученных с помощью используемой методики, с результатами расчета полной конечноэлементной модели в программах MSC.NASTRAN и
MIDAS дает возможность рассматривать предложенную методику как средство детального анализа взаимодействия мостов и экипажей. Как и ожидалось, число степеней свободы
конечноэлементной модели пролетного строения моста влияет на результаты моделирования, причем в большей степени отличия наблюдаются в оценке напряжений. Использование в решении двухсот упругих форм дает удовлетворительный результат с точки зрения
точности определения напряжений и деформаций пролетного строения, а также с учетом
времени интегрирования.
Сравнение результатов совместного и раздельного моделирования в целом не показало существенных отличий по напряжениям и прогибам на рассматриваемых моделях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тимошенко, С.П. Прочность и колебания элементов конструкций: избранные работы / С.П. Тимошенко;
под ред. Э.И. Григолюка.- М.: Наука, 1975.- С. 172-179.
2. Пановко, Я.Г. Устойчивость и колебания упругих систем: современные концепции, ошибки и парадоксы / Я.Г. Пановко, И.И. Губанова. - 3-е изд., перераб. – М.: Наука, 1979.-С. 277-294.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
3. Yang, Y. B. Vehicle-Bridge Interaction Dynamics: With applications to high-speed railways / Y.B. Yang,
J.D. Yau, Y.S. Wu. – Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 2004. -530с.
4. Xia, H. Dynamic analysis of high speed railway bridge under articulated trains/ H. Xia, N. Zhang, G.De Roeck //
Computers and Structures.- 2003.- № 81.- P. 2467–2478.
5. Gong, L. Computer simulation of dynamic interactions between vehicle and long span box girder bridges / L.
Gong, M.S. Cheung//Tsinghua Science And Technology. -2008.-Vol. 13.-№ 81.- P.71-77.
6. Погорелов, Д.Ю. Введение в моделирование динамики систем тел/ Д.Ю. Погорелов.–Брянск:
БГТУ, 1997.
7. Universal Mechanism software. - http://www.umlab.ru.
8. Craig, R.R. Coupling of substructures for dynamic analysis/ R.R. Jr. Craig, M.C.C. Bampton // AIAA Journal. - 1968.- Vol. 6.- № 7.- P. 1313-1319.
9. Craig, R.R. Jr. Coupling of substructures for dynamic analysis: an overview/ R.R. Jr. Craig //AIAA Dynamics
Specialists Conference.- Atlanta, 2000.
10. Метод суперэлементов в расчетах инженерных сооружений/ В.А. Постнов, С.А. Дмитриев, Б.К. Елтышев, А.А. Родионов; под общ. ред. В.А. Постнова. – Л.: Судостроение, 1979. – 288 с.
11. Shabana, A.A. Flexible multibody dynamics: review of past and recent developments/ A.A. Shabana //
Multibody System Dynamics.- 1997. - № 1.-P. 189-222.
12. Распопов, А.С. Моделирование колебаний балочных железнодорожных мостов в среде объектноориентированного программирования Delphi / А.С. Распопов, В.Е. Артемов, С.П. Русу //Вестн. Днепропетр. нац. ун-та ж.-д. транспорта им. акад. В. Лазаряна. – 2010. –Вып. 33. – С. 217-232.
13. MSC.NASTRAN.- http://www.mscsoftware.com.
14. MIDAS Family Programs.-http://www.midasuser.com.
15. Mikheev, G.V. Railway vehicle and bridge interaction: some approaches and applications/ G.V. Mikheev, E.A.
Krugovova, R.V. Kovalev//Book of papers 12th International Conference on Computer System Design and Operation in the Railway and other Transit Systems COMPRAIL. –Beijing, 2010.
Материал поступил в редколлегию 17.06.10.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И ИНФОРМАТИКА
УДК 621.01
А.В. Аверченков, Е.Э. Аверченкова
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА
ИННОВАЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ МАЛЫХ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 1
Рассмотрен ряд аспектов деятельности малых инновационных машиностроительных предприятий с учетом
возможностей современного технологического оборудования, новых видов инструмента, программного
обеспечения и организации производства. Внимание уделено отличиям в подходах к производственным
процессам по сравнению с крупными предприятиями.
Ключевые слова: инновации, машиностроение, подготовка производства, малые предприятия.
В современных российских условиях в машиностроительной отрасли сложилась ситуация, при которой большинство крупных промышленных предприятий, успешно существовавших до начала девяностых годов, оказались не в состоянии выживать в конкурентной среде. Среди причин неудач необходимо особо выделить тотальное устаревание технической базы, необходимость содержать ряд малоэффективных подразделений, длительный цикл подготовки производства новых изделий, отсутствие крупных оборотных
средств, высокий средний возраст инженерных кадров.
В настоящее время из крупных машиностроительных предприятий наилучшим образом себя чувствуют предприятия, работающие на оборонные отрасли со стабильными государственными заказами и редко изменяющимся номенклатурным рядом продукции.
В связи с этим особое место стали занимать активно создаваемые малые инновационные машиностроительные предприятия, которые даже в кризисных условиях имели
возможность успешно конкурировать на рынке, развиваться и приносить прибыль. Среди
критериев малых инновационных машиностроительных предприятий можно выделить
следующие:
1. Наличие от 1 до 15 (или более) единиц современного технологического оборудования (металлообрабатывающие станки с ЧПУ, электроэрозионные станки с ЧПУ, оборудование для резки и штамповки и т.д.).
2. Применение прогрессивных методов обработки материалов с использованием современных видов и конструкций инструментов.
3. Компьютерное обеспечение конструкторской и технологической подготовки производства (CAD/CAM/CAE-системы, виртуальные модели оборудования, постпроцессоры
для технологического оборудования, системы PLM/PDM/ERP, применение технологий
Интернета и т.д.).
4. Штат сотрудников до 30 человек.
5. Приоритетное направление поиска заказов – особо сложные наукоемкие изделия,
отличающиеся небольшой серийностью и не требующие сложных технологических процессов сборки и испытаний.
Деятельность малого инновационного машиностроительного предприятия ставит
ряд новых вопросов для научного изучения. Следует подробно рассмотреть ряд аспектов,
имеющих особое значение для подобных предприятий.
Исследования проводились в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной
поддержки молодых российских ученых МК-417.2010.8.
1
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Новые возможности современного технологического оборудования – другой
взгляд на технологию. Новое зарубежное оборудование может совмещать в себе возможности, нетипичные для классического российского представления о технологии машиностроения. К такому оборудованию относятся токарные станки с приводным инструментом, токарно-фрезерные многокоординатные обрабатывающие центры, пятикоординатные обрабатывающие центры с одновременным управлением по 5 осям, многокоординатные электроэрозионные проволочные станки и пр. Инновационные технологии, возможности и точность данного оборудования совместно с применением современного инструмента позволяют свести к одной технологической операции задачи по обработке деталей, выполняемые в классической технологии машиностроения на нескольких единицах
оборудования, и, что особенно важно, по-новому взглянуть на технологичность изделий.
Интернет – новый источник информации для маркетолога, конструктора, технолога, руководителя, требующий регулярного мониторинга. Широкое распространение глобальной сети как источника информации требует регулярного и основательного
мониторинга с целью поиска новых путей повышения конкурентоспособности производства и продукции, а также совершенствования производственных процессов. Осуществление мониторинга требует наличия специализированного программного обеспечения.
Широкий выбор металлообрабатывающего инструмента, требующий программных средств для автоматизации его подбора. Корректный выбор оптимального
режущего инструмента для конкретных задач обработки изделий требует большого личного опыта технолога в этой области, что не всегда достижимо в условиях малых предприятий. Необходимость снижения зависимости от личных данных технолога в решении
этой задачи требует применения автоматизированных систем подбора инструмента, независимых от рекламного давления производителей инструмента.
Единая интегрированная компьютерная среда предприятия, связывающая все
части производства. Специфика малых инновационных машиностроительных предприятий позволяет построить интегрированную компьютерную среду предприятия в сжатые
сроки и с минимальными затратами. В компьютерную среду объединяются рабочие места
конструктора и технолога, бухгалтера и экономиста, руководителя, а также технологическое оборудование. Единая компьютерная среда должна быть построена с применением
концепции CALS и позволять интегрировать малое предприятие в так называемые виртуальные предприятия.
Новый уровень кооперации предприятий для распределения работ по изготовлению деталей, узлов, сборок. Кооперация - это способность выходить за рамки собственных производственных возможностей для поиска инновационных решений и организации производства высокотехнологичных изделий. При современном уровне развития
логистических систем ни одно предприятие в машиностроении не в состоянии выдержать
конкуренцию на рынке без максимального развития кооперации. Учитывая значительные
затраты на создание и развитие инновационного производства, необходимо изначально
искать возможности кооперации как среди малых и средних машиностроительных предприятий региона, так и за его пределами. В этом отношении перспективным является кластерное развитие экономических связей в регионе. Под кластером понимается группа соседствующих взаимосвязанных предприятий, действующих в определенной сфере, характеризующихся общностью отдельных интересов и взаимодополняющих друг друга.
Организация виртуальных схем деятельности предприятия – средство, позволяющее достичь нового уровня кооперации инновационных машиностроительных
предприятий. Малые инновационные машиностроительные предприятия должны иметь
техническую и организационную возможность объединения в так называемые виртуальные предприятия. Виртуальные предприятия являются одной из новых организационных
форм, характеризующихся открытой распределенной структурой, гибкостью, приорите50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
том горизонтальных связей, автономностью и узкой специализацией отдельных организаций в общей структуре, высоким статусом информационных средств интеграции в рамках
единого информационного пространства подобных производственных структур. Виртуальное предприятие может создаваться как постоянная структура или временное объединение для изготовления инновационной продукции, выполнить которое малым предприятиям невозможно без тесной кооперации.
Обеспечение удаленного доступа к научному и технологическому оборудованию. Данная задача может возникать как при взаимодействии организаций в рамках виртуальных предприятий, так и при возникновении разовой потребности доступа к дорогостоящему высокотехнологичному оборудованию, приобретение которого не имеет экономической обоснованности. Решение задачи возможно с применением глобальной компьютерной сети Интернет и клиент-серверной технологии, причем главной задачей является
разработка серверной технологии и адаптация управления для применения стандартных
браузеров сети Интернет. Также необходимо отметить, что удаленный доступ подразумевает наличие двусторонних каналов видеосвязи для визуального контроля ситуации.
Интеграция с научно-исследовательскими инновационными центрами при
университетах и НИИ. Специфика малого предприятия подразумевает ограниченный
штат сотрудников, обладающих в совокупности небольшим инженерным опытом. В связи
с этим зачастую возникает потребность в инженерном и научном консалтинге, которая
может быть удовлетворена во взаимодействии с уже существующими или создаваемыми
инновационными центрами высоких технологий в машиностроении при университетах и
НИИ. Эти центры являются держателями знаний в ряде инженерных областей, которыми
они готовы делиться с промышленными предприятиями региона[1].
Взаимодействие малых машиностроительных предприятий с инновационными центрами может осуществляться по следующим направлениям:
1. Подготовка производства наукоемких изделий. Сюда входит конструирование
специалистами центра в интересах малых промышленных предприятий изделий и технологической оснастки, разработка управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ, разработка постпроцессоров для технологического оборудования, отработка УП на виртуальных моделях станков. Эффективность передачи подобных задач в инновационные центры
обусловлена концентрацией в центрах высококвалифицированных специалистов, опытом
в проведении научных исследований, возможностью применения современных программных комплексов и отработки технологических процессов как на виртуальных моделях, так
и на реальном оборудовании.
2. Подготовка и переподготовка инженерных кадров. Инновационные центры при
университетах имеют отработанные учебные программы, позволяющие не только подготавливать новые инженерно-технические кадры, но и проводить эффективную переподготовку специалистов предприятий по применению CAD/CAM/CAE-систем, использованию
современного режущего инструмента и оборудования, разработке новых подходов к технологичности изделий с точки зрения новейших технологических комплексов.
3. Подготовка и переподготовка операторов станков с ЧПУ. Современные тенденции
развития технологического оборудования таковы, что наиболее оптимальным является
допуск к его обслуживанию специалистов с высшим образованием первой ступени (бакалавры по техническим наукам). Это особенно важно потому, что ошибка оператора может
приводить к затратам на ремонт в сотни тысяч рублей. Поэтому в вузах должна проводиться квалифицированная подготовка специалистов по обслуживанию станков с прохождением практической стажировки в инновационных центрах на реальном оборудовании.
Описанный подход был реализован в Брянском государственном техническом университете, на базе которого создан инновационный центр высоких технологий в машиностроении (ИЦ ВТМ) [2].
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Сокращение издержек производства за счет отсутствия или минимизации
служб поддержки. В условиях малых предприятий ряд необходимых частей производственного процесса (инструментальное производство, снабжение, логистика, разработка автоматизированных систем и модулей к ним и пр.) выполняются с помощью внешних организаций, специализирующихся именно на этих задачах и действующих в условиях рыночной конкуренции. Здесь конкуренция позволяет получать требуемые продукты и услуги для производства по минимально возможной стоимости.
Сокращение сроков подготовки производства изделий - один из способов повышения конкурентоспособности. Среди ограничений в сроках запуска новых изделий
следует особо отметить следующие: заказ и доставка металлообрабатывающего инструмента – 2 недели; заказ и получение материала – от 1 дня для распространенных видов до
1 недели для редких заготовок; подготовка технологии изготовления деталей и УП – 1-3
дня, изготовление технологической оснастки – 1-7 дней. Таким образом, сроки подготовки производства сводятся к срокам доставки инструмента, которые в некоторых случаях
можно сократить за счет имеющихся в наличии нескольких видов сборных инструментов
с набором сменных пластин для основных видов материалов.
Специфические критерии для выбора и применения CAD/CAM/CAE – систем.
Критерии выбора (для конструкторских и технологических задач) САПР определяются
сущностью малых инновационных машиностроительных предприятий, ориентированных
в большей степени на изготовление и в меньшей степени на конструирование (для некоторых предприятий характерна обратная тенденция). В связи с этим определяющими критериями становятся возможности CAM-системы: соответствие возможностям технологического оборудования, возможность интеграции в единую информационную среду виртуальных предприятий, наличие встроенных инструментов создания постпроцессоров и верификации УП. CAD- и CAE-системы являются вспомогательными и призваны обеспечить поддержку эксплуатации CAM-системы. Естественно, немаловажными факторами
являются цена систем, стоимость обучения и эксплуатации, а также наличие службы технической поддержки.
Широкое применение виртуальных моделей технологического оборудования. В
связи с необходимостью снижения времени переналадки оборудования процесс проверки
УП необходимо проводить с использованием виртуальных моделей технологического
оборудования на рабочем месте инженера-технолога. Это связано с тем, что, во-первых,
оборудование защищается от повреждений при ошибках в программе, а во-вторых, затраты на проверку УП в виртуальных моделях на порядок меньше, чем на реальном оборудовании.
Построение единой интегрированной среды предприятия на базе систем
PLM/PDM/ERP. Выбор системы зависит не только от внутренних потребностей предприятия, но и от предполагаемых или существующих правил и подходов к построению виртуальных предприятий с организациями-партнерами.
Использование специализированного ПО для решения ряда прикладных задач.
Возможности малого предприятия не позволяют приобретать крупные программные комплексы, возможности которых в большинстве своем не смогут быть использованы в производственном процессе. Поэтому ряд прикладных задач автоматизации производственного процесса могут быть решены отдельными программными продуктами или модулями,
включенными в единую интегрированную среду предприятия. К таким задачам, требующим автоматизации, можно отнести: подбор и подготовку ведомостей на заказ металлообрабатывающего инструмента и расчет режимов резания; разработку постпроцессоров для
технологического оборудования; интеграцию CAD/CAM/CAE и САПР ТП; расчет опти52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
мальных стратегий обработки; управление складскими запасами и логистикой поставок
материалов; ведение бухгалтерии; экономические, аналитические и маркетинговые расчеты; защиту информации в рамках предприятия, защиту интеллектуальной собственности,
патентную защиту и пр. Конкретная потребность в отдельных программных продуктах
определяется как задачами предприятия, так и возможностями эксплуатируемых на предприятии CAD/CAM/CAE-систем и систем PLM/PDM/ERP.
В условиях малого инновационного машиностроительного предприятия среди инженерных должностей на первое место выходит инженер-технолог. Это объясняется тем,
что подобные предприятия нацелены в большей степени на изготовление деталей и изделий, а не на конструирование. Этапы конструирования, как правило, выполняют специализированные коммерческие или государственные конструкторские бюро, не связанные с
производством. В связи с этим в центр структуры автоматизации малого инновационного
машиностроительного предприятия уместно поставить автоматизированное рабочее место
инженера-технолога, а прочие инженерные и экономические задачи вынести на схему как
второстепенные (рисунок).
На рисунке светлыми блоками представлены задачи, достаточно полно проработанные в научной литературе и коммерческих разработках. Темными блоками представлены
задачи, решения которых отсутствуют или являются недостаточно проработанными. Рассмотрим эти задачи подробнее.
1. Модули интеграции CAD-систем и САПР ТП. Специфика подготовки производства в России, в отличие от зарубежной, накладывает свои ограничения на использование
систем автоматизированного проектирования. Автоматизация за рубежом ориентирована
на проектирование конструкции деталей или сборки, подготовку конструкторской документации, разработку УП. Существует большой спектр развитых CAD/CAM-систем, и
можно с уверенностью сказать, что возможно выбрать систему для полной автоматизации
конструкторских задач и подготовки УП (без учета стоимости). Вопросы автоматизации
технологической подготовки производства частично решаются только в системах автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) отечественных
производителей. Таким образом, если поднимается вопрос о комплексной автоматизации
подготовки производства на российских предприятиях, то подразумевается наличие
САПР ТП отечественного производителя.
На ряде предприятий в условиях применения современных CAD/CAM-систем и российских САПР ТП возникает разрыв информационных потоков при передаче информации
из конструкторских модулей в технологические.
Проведенные исследования показали, что в настоящее время преобразование информационной модели детали, полученной на выходе CAD/CAM-системы, в форму, пригодную для передачи в САПР ТП, чаще всего осуществляется оператором вручную, с искажениями. Таким образом, автоматизация формирования технологической модели детали до сих пор является нерешенной задачей. Известные форматы обмена информационными моделями деталей в САПР (DXF, IGES, STEP и др.) не позволяют хранить и передавать в требуемом объеме в другие системы технологическую модель изделия. Это обусловлено предназначением этих форматов для хранения и передачи геометрической информации. Среди указанных стандартов STEP имеет наилучшие потенциальные возможности, однако и в нем отсутствуют прикладные протоколы, предназначенные для хранения и передачи технологических моделей. Протокол AP203, реализованный во многих
CAD-системах и декларированный как поддержка технологий STEP, способен передавать
геометрическую информацию, но не технологическую.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Модули интеграции
CAD-систем и САПР
CAD/ CAE-системы
САПР ТП
Документация на изделие, 3D-модель от
инженераТехнология изготовления изделия
CAМ-системы
Специализированное ПО для подбора современного инструмента и
назначения режимов резания
Системы автоматизации документооборота, управления ресурсами PLM/PDM/ERP
Специализированное ПО для оптимизации стратегий обработки деталей
Автоматизированное
рабочее место
инженера-технолога
Интеграция с научноисследовательскими лабораториями, в том числе с применением
технологий удаленного доступа
Управляющие программы для станков с
ЧПУ
Спецификации на инструмент с назначенными режимами резания
Мониторинг научно-технической
информации в Интернете в области
конструкторско-технологической
подготовки производства
Новые подходы к применению современного технологического оборудования в российских условиях
Рис. Структура автоматизированного рабочего места инженера-технолога малого инновационного
машиностроительного предприятия
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Для решения поставленной проблемы были проведены исследования и разработана
методология обмена конструкторско-технологической информацией в условиях многоуровневых САПР. За основу взята конструкторская модель детали, разработанная в CADсистеме (в формате IGES). Разработан программный модуль «Препроцессор САПР ТП»,
который анализирует твердотельную модель в формате IGES, проводит ее декомпозицию
а конструкторско-технологические элементы (КТЭ) и формирует конструкторскотехнологическую модель (КТМ). Конструкторско-технологическая модель записывается в
разработанном формате обмена конструкторско-технологической информацией (ФОКТИ).
Этот формат представляет собой набор правил, предназначенных для кодирования конструкторско-технологических моделей деталей, сформированных на основе концепции использования КТЭ. Для апробации полученных результатов была разработана автоматизированная система подготовки технологической документации, которая на основе известных научных разработок формирует технологический процесс изготовления детали и выводит на печать технологические карты.
2. Специализированное ПО для подбора современного режущего инструмента и назначения режимов резания. Для промышленных предприятий актуальны задачи снижения
трудоемкости операций и себестоимости изготовления деталей с сохранением заданных
показателей качества. Поэтому ведется постоянный поиск путей совершенствования технологических процессов изготовления деталей с учетом возможностей, предоставляемых
современным высокопроизводительным режущим инструментом, информационным и
программным обеспечением.
Конструкции сборных режущих инструментов одного служебного назначения различаются способами установки и крепления режущих элементов – пластин, т.е. структурной компоновкой и параметрами – размерами пластин, корпусных элементов или элементов крепежа. Ведущими мировыми производителями инструмента разработано большое
количество сборных инструментов одинакового целевого назначения, а подходящую конструкцию пользователь выбирает в основном на основании необъективных рекламных материалов или производственного опыта (количество возможных вариантов выбора может
достигать тысячи и более). С другой стороны, производителями режущего инструмента
разработаны базы данных и экспертные системы выбора инструмента. Однако все они
созданы для конкретных производственных условий, с применением различных подходов
и достаточно сложны в использовании. Такие системы не позволяют сравнить между собой однотипные конструкции различных производителей или конструкции, укомплектованные из сборочных элементов различных производителей, а также изменить критерии
выбора оптимальных вариантов конструкций инструментов [3].
В разработанной системе выполняется подбор оптимального режущего инструмента
для обработки изделий на многофункциональном технологическом оборудовании с ЧПУ.
Выбор осуществляется на основе данных, полученных из геометрической модели детали,
представляемой в виде 3D-модели и 2D-чертежа, и технологической информации (материал и твердость заготовки, размерные допуски, шероховатость поверхностей) с последующей передачей спецификации на выбранный инструмент в CAM-систему и САПР ТП.
Система позволяет на основе 3D-модели изделия автоматически формировать, ранжировать и выбирать различные варианты структурных компоновок режущего инструмента в
зависимости от ряда критериев, рассчитывать оптимальные режимы резания.
Разработанный программный комплекс включает подсистемы:
1) загрузки модели и чертежа;
2) подбора системы крепления режущей пластины;
3) выбора типа инструментальной державки и формы режущей пластины;
4) выбора геометрии режущей пластины и инструментального материала;
5) расчета режимов резания;
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
6) интеграции с CAD/CAM-системами.
Применение созданной автоматизированной системы возможно при использовании
как всего функционала, так и отдельных модулей, например:
1) для подбора технологического оборудования для обработки заданной детали;
2) определения инструментальной державки, формы и материала пластины, расчета
режимов резания на основе загруженной 3D-модели и чертежа детали, данных о заготовке и технологическом оборудовании;
3) определения инструментальной державки, формы и материала пластины, расчета
режимов резания на основе технологической информации о детали, введенной вручную
(при отсутствии 3D-модели и чертежа детали), данных о заготовке и технологическом
оборудовании;
4) определения необходимого материала режущих пластин для имеющихся на
предприятии державок;
5) расчета режимов резания для имеющегося режущего инструмента.
3. Специализированное ПО для оптимизации стратегий обработки деталей. В настоящее время появляются так называемые экспертные технологические системы, например Future CAM. Эти системы основаны на распознавании конструкторскотехнологических элементов. Примерами КТЭ являются фаска, цилиндрическая поверхность, канавка и т.д. Разобрав деталь на КТЭ, данные системы в соответствии с базой знаний, заполненной в процессе эксплуатации системы, строят управляющие программы для
станков с ЧПУ. Слабым звеном таких систем является отсутствие математического аппарата выбора стратегии обработки. Она выбирается в соответствии с предпочтениями пользователя.
Целью проводимого исследования является разработка интеллектуальной системы
создания управляющих программ для станков с ЧПУ на основе автоматического выбора
оптимальной стратегии обработки. Система подразумевает самостоятельное принятие решений и интеграцию в комплекс стандартов STEP.
Интеллектуальный программный комплекс по разработке управляющих программ
для станков с ЧПУ, работающий на основе подбора оптимальной стратегии обработки,
является надстройкой над CAM-системой. Его задачей является обеспечение процесса
решения технологических задач в CAM-системе. Получая в качестве входных данных 3Dмодель детали, система в автоматическом режиме подбирает режимы резания, инструмент, стратегию обработки. Далее эта информация передается в CAM-систему, где согласно принятым данным формируется управляющая программа для станка с ЧПУ.
Интеллектуальный программный комплекс по разработке управляющих программ
для станков с ЧПУ, работающий на основе подбора оптимальной стратегии обработки,
состоит из следующих компонентов:
1) модуль распознания КТЭ;
2) модуль подбора оптимальной стратегии обработки;
3) модуль подбора инструмента;
4) база данных, включающая в себя: данные об инструменте, описание КТЭ, параметры для определения КТЭ, стратегии обработки, характеристики оборудования, режимы резания, материалы, описание детали после разбиения на КТЭ; база данных наполняется пользователем в процессе эксплуатации системы, что позволяет настроить систему
для оптимальной работы с конкретным производством.
4. Интеграция с научно-исследовательскими лабораториями, в том числе с применением технологий удаленного доступа. При решении инновационных задач у малых машиностроительных предприятий могут возникать задачи, требующие разового применения
современного дорогостоящего технологического, измерительного или другого оборудования. Решение данной проблемы может быть найдено в виртуальной интеграции с иннова-
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ционными центрами, обладающими уникальным оборудованием и предоставляющими
услуги коллективного доступа.
Технологии удаленного доступа для коллективного пользования уникальным оборудованием включают в себя:
1) интернет-технологии видео- и аудиосвязи;
2) серверное программное обеспечение, позволяющее через цифро-аналоговые преобразователи удаленно управлять технологическим оборудованием;
3) методики и методологии коллективного пользования уникальным оборудованием.
5. Мониторинг научно-технической информации в Интернете в области конструкторско-технологической подготовки производства. В настоящее время основным источником информации в области конструкторско-технологической подготовки производства,
наряду с традиционными (справочники, базы данных, нормативные документы и др.),
становится Интернет. Информация в Интернете по большинству направлений характеризуется избыточностью, повторяемостью, высокой степенью зашумленности и низкой пертинентностью. Поиск необходимой и релевантной информации зачастую требует существенных временных затрат. Динамическое изменение и увеличение объемов информации
требует систематизации и структурирования. В связи с этим возникает необходимость
осуществления в Интернете быстрого поиска, мониторинга и анализа информационных
ресурсов для накопления и обработки знаний специалистами предприятий при решении
различного рода задач.
В настоящее время поставленные задачи решаются путем применения систем информационного поиска. Анализ работы алгоритмов наиболее распространенных поисковых систем показывает, что ни на одном из этапов их работы (процесса индексирования
содержимого Интернета и анализа пользовательского запроса) не определяется тематика
страницы исходя из ее информационного наполнения. Также не выполняется кластеризация ее содержимого на тематические блоки и направления либо выполняется иерархически и с небольшой глубиной.
Для решения поставленных проблем разработана автоматизированная система нового типа, позволяющая проводить проблемно-ориентированный поиск и анализ информации в Интернете и предоставлять пользователю документы, релевантные не только поисковому запросу, но и выбранному тематическому направлению. В Брянском государственном техническом университете разработана отраслевая система доступа к информационным ресурсам научного и образовательного назначения по приоритетным направлениям
развития науки и техники в области CALS-технологий на основе многоагентной стратегии.
В качестве информационной основы системы используется разработанная онтология
основных понятий в области конструкторско-технологической подготовки производства,
представленная в виде семантической сети. Для создания и использования онтологии выделяются понятия каждой категории с определением связей между ними и списка терминов, которые могут применяться пользователем при обращении к ней.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверченков, В.И. Инновационные центры высоких технологий в машиностроении: монография/ В.И.
Аверченков, А.В. Аверченков, В.А. Беспалов, В.А. Шкаберин, Ю.М. Казаков, А.Е. Симуни, М.В. Терехов; под общ. ред. В.И.Аверченкова, А.В. Аверченкова.– Брянск: БГТУ, 2009. - 180 с.
2. Аверченков, В.И. Высокие технологии в машиностроении как новые механизмы взаимодействия науки,
образования и промышленных предприятий/В.И.Аверченков, А.В.Аверченков//Справочник. Инженерный журнал.- 2009.-№ 10.- С.38-44.
3. Аверченков, А.В. Автоматизация выбора оптимального режущего инструмента для многофункционального технологического оборудования с ЧПУ/А.В.Аверченков, М.В.Терехов // Вестн. БГТУ.- 2010.-№ 1.-С.
13-21.
Материал поступил в редколлегию 9.06.10.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 620.193.152:004.942
Д.А. Коростелев, А.В. Лагерев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПТИМАЛЬНОЙ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ
ЗАЩИТЫ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ВЛАЖНОПАРОВЫХ ТУРБИН НА ОСНОВЕ
КОМПЬЮТЕРНОГО ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Выделены основные противоэрозионные меры, поддающиеся параметризации. Рассмотрены варианты постановки задачи определения параметров оптимальной противоэрозионной защиты рабочих лопаток влажнопаровых турбин. Определены целевые функции и предложены алгоритмы численного решения задач определения параметров оптимальной противоэрозионной защиты рабочих лопаток влажнопаровых турбин на
основе компьютерного имитационного моделирования.
Ключевые слова: оптимальная противоэрозионная защита, рабочая лопатка, влажнопаровая турбина, имитационное моделирование эрозии.
Проблема каплеударной эрозии рабочих лопаток (РЛ) последних ступеней продолжает оставаться одной из наиболее важных при эксплуатации влажнопаровых турбин
(ВПТ). С созданием новых, более мощных типоразмеров паровых турбин эта проблема
ощущается все острее. Наиболее подвержены каплеударной эрозии входные кромки рабочих лопаток, что приводит к снижению эффективности и надежности ВПТ: снижению
КПД турбины вследствие увеличения профильных потерь, повышению уровня вибрации,
отрыву фрагментов РЛ, увеличению срока простоя турбины при восстановительном ремонте. В отдельных случаях эрозионный износ (ЭИ) может стать причиной серьезных
аварий.
Для борьбы с каплеударной эрозией применяется широкий спектр противоэрозионных мероприятий, пассивных и активных. В настоящее время накоплен большой опыт по
изучению эффективности и рационализации некоторых видов противоэрозионной защиты
для определенных типов влажнопаровых турбин. При этом эффективность разработанных
к настоящему времени способов противоэрозионной защиты РЛ последних ступеней в основном определяется накопленным той или иной фирмой собственным опытом осуществления противоэрозионных мероприятий, что может ограничивать возможность их применения при других условиях эксплуатации. Ввиду большого количества параметров противоэрозионных мер (активных и пассивных) исследование на реальных турбоустановках
является долговременным и затратным мероприятием, требующим обследования большого числа различных турбин. Однако поиск эффективной комплексной противоэрозионной
защиты может быть также реализован на базе использования систем компьютерного имитационного моделирования эрозионного износа [1]. Эффективность и адекватность подобных систем обусловливаются накопленным опытом по изучению сложных закономерностей процесса каплеударной эрозии, а также ростом производительности современных
ЭВМ.
Среди известных противоэрозионных мер [2] можно выделить управляемые, т.е. те
из них, параметры которых могут быть выбраны в ходе проектирования, эксплуатации
или ремонта влажнопаровой турбины. В их числе:
1. Выбор рациональных режимов эксплуатации турбины. Параметры допустимых
режимов эксплуатации могут быть заданы как множество наборов газодинамических величин, определяющих состояние рабочего тела турбины. Режим работы турбинной ступени может быть определен, если известно (или задано) хотя бы одно из трех сочетаний значений параметров рабочего тела [3]:
• давления торможения на входе в ступень p 0 , температуры торможения на входе в
ступень T 0 , давления за ступенью p 2 и частоты вращения ротора T n ;
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
• давления торможения на входе в ступень p 0 , температуры торможения на входе в
ступень T 0 , массового расхода через ступень G и частоты вращения ротора T n ;
• давления за ступенью p 2 , температуры за ступенью T 2 , массового расхода через
ступень G и частоты вращения ротора T n .
2. Выбор оптимальной величины осевого зазора δ эродирующей турбинной ступени.
3. Задание моментов времени плановых остановов турбины для осмотра и ремонта
ее проточной части.
4. Создание на профильных поверхностях РЛ противоэрозионных защитных покрытий путем нанесения слоя эрозионностойкого материала или упрочнения поверхностного слоя самого материала защищаемой РЛ. Для данного вида противоэрозионной защиты в качестве управляемых параметров выступают длина покрытия вдоль образующей РЛ,
его ширина в осевом направлении, толщина покрытия, марка эрозионностойкого материала и технологический способ создания защиты.
В зависимости от конструкции проточной части влажнопаровой турбины и условий
ее эксплуатации можно выделить следующие основные противоэрозионные меры, для которых целесообразна постановка задачи оптимизации и для которых в настоящее время
еще не создано алгоритмов численного решения:
1) выбор оптимальных режимов эксплуатации ВПТ;
2) выбор оптимальной пассивной защиты РЛ;
3) оптимизация геометрических параметров противоэрозионной защиты РЛ.
Применительно к задаче оптимального проектирования противоэрозионной защиты
лопаточного аппарата ВПТ для установления критерия оптимальности разработанного
противоэрозионного покрытия целесообразно использовать технико-экономический подход. Он связан с обеспечением минимальных значений весовых и геометрических показателей эрозионного износа РЛ в течение нормативного
(или заданного) срока их службы. Такой подход позволяет комплексно учесть как экономичность, так и наb
дежность эксплуатации эродирующей ВПТ. В этом
Δb
случае для оценки оптимальности противоэрозионной
a
защиты могут быть использованы геометрические характеристики зоны эрозии (рис. 1): максимальная ширина по обводу профиля a э , длина вдоль образующей
РЛ l э , максимальная величина ЭИ хорды профиля Δb э ,
длина зоны износа хорды l bэ , площадь по обводу профиля S э , - а также весовые характеристики изношенноlb
го материала: объем V э и масса Δm э .
Задача определения оптимального режима эксlэ
плуатации турбины может быть рассмотрена как опреS
деление наиболее эрозионно безопасных режимов из
множества режимов, реализуемых в процессе ее работы. В этом случае значение осевого зазора, тип и размеры пассивной защиты входной кромки РЛ остаются
постоянными и не варьируются при поиске оптимального решения. С помощью компьютерного имитационного моделирования для каждого режима из заданного
множества определяются характеристики зоны эрозии,
0
а целью оптимизации является их минимизация.
y
Задача определения оптимальной пассивной проРис. 1. Характеристики зоны ЭИ
тивоэрозионной защиты заключается в определении
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
способа ее создания и геометрических размеров при заданных режимах эксплуатации и
значении осевого зазора. Она может решаться как на этапе проектирования турбин нового
типоразмера, так и при восстановительном ремонте конкретной турбины. В последнем
случае выбор ограничивается только доступными для данного ремонтного предприятия
вариантами упрочнения поверхности РЛ или нанесения слоя эрозионностойкого материала.
Задача оптимизации всех основных параметров противоэрозионной защиты решается только на этапе проектирования ВПТ, так как дополнительно предполагается еще и выбор осевого зазора эродирующих турбинных ступеней. Эта задача является наиболее
сложной и ресурсоемкой. Поэтому ее решение является основополагающим при разработке методик определения оптимальной противоэрозионной защиты на основе компьютерного имитационного моделирования и позволяет наиболее полно учесть разнообразие
применяемых мероприятий по борьбе с каплеударной эрозией.
При проведении компьютерного имитационного моделирования не оптимизируются
параметры такого важного для любой ВПТ процесса, каким является сепарация влаги из
проточной части турбины. Это обусловлено тем, что выбор сепарационных мероприятий
вполне может быть проведен на основе построения собственных математических моделей
[4; 5]. В ходе имитационного моделирования влияние сепарации на количественные показатели ЭИ лопаток учитывается путем задания соответствующего коэффициента сепарации влаги.
Вариант постановки задачи определения параметров комплексной противоэрозионной защиты (обобщенный вариант) позволяет учесть все противоэрозионные мероприятия, в то время как остальные два варианта могут быть построены на его основе. Поэтому
вначале разработаем алгоритм численного решения задачи определения оптимальной противоэрозионной защиты рабочих лопаток ВПТ для обобщенного варианта.
Определение параметров оптимальной комплексной противоэрозионной защиты. Вначале определим состав параметров противоэрозионной защиты, а также диапазон
их допустимых значений:
• Четыре параметра режима эксплуатации турбины R = {Ri } (i=1…4), включая три
газодинамических параметра (p 0 , T 0 , p 2 , или p 0 , T 0 , G, или p 2 , T 2 , G) и частоту вращения
ротора T n . Диапазон допустимых значений задается с помощью параметров двух крайних
режимов: Rmin = {Rmin,i } и Rmax = {Rmax,i }.
• Осевой зазор δ . Диапазон допустимых значений задается отрезком [δ min ; δ max ] , а
шаг варьирования осевого зазора - величиной hδ .
• Множество типов защитных покрытий D = {Di }, где 1≤i≤N, N – количество доступных защитных покрытий. Каждый тип защиты представляет собой совокупность следующих параметров: марка материала, величина его эрозионных свойств
( WR′ ,m э ,N э0 ,SWR′ ,S mэ ,S N э 0 ) [6], толщина покрытия δ D , способ создания на поверхности РЛ
V D (упрочнение поверхностного слоя или нанесение слоя материала).
• Ширина защитного покрытия S D . Диапазон допустимых значений определяется
отрезком [0; a], где a – максимальная ширина по обводу профиля РЛ.
• Высота защитного покрытия H D . Диапазон допустимых значений определяется
отрезком [0; h], где h – высота РЛ.
Решение данной задачи методом прямого поиска для всех перечисленных переменных на основе модели имитационного моделирования каплеударной эрозии [1] не представляется целесообразным из-за возможности попадания в локальный минимум. Чтобы
избежать этого, необходимо построить многошаговую модель определения параметров
оптимальной противоэрозионной защиты.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Учитывая, что интенсивность эрозионного изнашивания пропорциональна суммарному ущербу от всех эрозионно опасных фракций капель, в качестве первого этапа можно
выделить определение значений параметров, влияющих на распределение эрозионно
опасных фракций, таких, чтобы значение эрозионного износа РЛ в условиях отсутствия
защитного покрытия было минимальным. Распределение эрозионно опасных фракций по
высоте РЛ определяется параметрами режима эксплуатации и величиной осевого зазора.
Вторым этапом алгоритма определения оптимальных параметров противоэрозионной защиты будет являться минимизация ЭИ путем выбора типа защитного покрытия и
его параметров (рис. 2).
Начало
Ввод исходных данных
Определение частичного режима и осевого зазора с минимальным значением
эрозионного износа РЛ на основе целевой функции №1
Цикл по типам противоэрозионной защиты
Определение высоты и ширины защитного покрытия с минимальным значением
эрозионного износа РЛ на основе целевой функции №2
Выбор набора параметров противоэрозионной защиты с минимальным
значением целевой функции №2
Вывод найденных параметров оптимальной
противоэрозионной защиты
Конец
Рис.2. Блок-схема алгоритма определения оптимальных параметров противоэрозионной защиты РЛ
для обобщенного варианта постановки задачи
Результатом имитационного моделирования ЭИ [1] является геометрия эродированных РЛ, на основе которой можно определить:
• максимальную ширину зоны эрозии по обводу профиля a э ;
• высоту зоны эрозии l э ;
• максимальную величину ЭИ хорды профиля Δb э ;
• длину зоны износа хорды l bэ ;
• площадь по обводу профиля S э ;
• объем изношенного материала V э ;
• массу изношенного материала Δm э .
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Наиболее значимыми из перечисленных характеристик зоны эрозии являются l bэ , Δb,
S э и Δm э . Статистические характеристики (математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение) данных показателей будем использовать при построении целевых функций.
Исходными данными для имитационной модели ЭИ [1] являются:
• исходная геометрия РЛ;
• параметры дискретизации поверхности РЛ;
• газодинамические параметры последней турбинной ступени.
Рассмотрим более подробно алгоритм определения значений основных параметров
оптимальной противоэрозионной защиты РЛ (рис. 3).
1. Устанавливаем начальное значение осевого зазора: δ = δ min .
2. Проводим отображение диапазона режимов R на отрезок [0; 1] по формуле
Ri ( x ) = Rmin,i + x Rmax,i − Rmin,i , где x ∈ [0;1] .
(
муле
)
3. Выбираем в качестве начального приближения режим R , определяемый по форRi =
Rmax,i + Rmin,i
.
2
4. Вводим целевую функцию, используя метод весовых множителей [7]:
(
(
)
2
) (
2
) (
2
)
G1 lbэ , ∆b, S э , ∆mэ , σ lbэ , σ ∆b , σ S э , σ ∆mэ =1 lbэ + σ lbэ + a 2 ∆b + σ ∆b + a3 S э + σ S э +
(
2
)
2
2
2
+ a 4 ∆mэ + σ ∆mэ .
2
(1)
Снижение внутреннего лопаточного КПД в большей мере зависит от эрозионного
износа хорды РЛ, поэтому в качестве значений по умолчанию для весовых коэффициентов можно использовать a1 = a 3 = a 4 = 0, a 2 = 1 .
5. Применяем метод «золотого сечения» для минимизации целевой функции G 1 при
текущем значении осевого зазора δ .
5.1. Задаем начальные границы отрезка a=0, b=1, точность ε = 0,01 и константу
ϕ=
−1+ 5
.
2
5.2. Рассчитываем начальные точки деления:
(b − a ) , x = a + (b − a ) .
x1 = b −
2
ϕ
(
ϕ
)
5.3. Значения целевой функции f (x ) = G1 lbэ , ∆b,S э , ∆mэ , σ lbэ , σ ∆b , σ S э , σ ∆mэ определяем
согласно следующему алгоритму:
5.3.1. По исходному профилю, параметрам дискретизации, газодинамическим параметрам, значению осевого зазора δ и параметрам режима R проводим распределенное
имитационное моделирование каплеударной эрозии [1].
5.3.2. На основе полученных в ходе моделирования эродированных профилей РЛ
определяем статистические характеристики зоны эрозии: lbэ , ∆b, S э , ∆mэ ,σ lbэ ,σ ∆b ,σ S э ,σ ∆mэ .
5.3.3. Вычисляем G 1 по формуле (1).
5.4. Рассчитываем значения целевой функции y1 = f ( x1 ), y 2 = f ( x 2 ) .
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
5.5. Если y1 ≤ y 2 , то b = x 2 , x 2 = x1 , x1 = b −
a = x1 , x1 = x 2 , x 2 = a +
(b − a ) ,
ϕ
(b − a ) ,
y 2 = y1 , y1 = f ( x1 ) . Иначе
ϕ
y1 = y 2 , y 2 = f ( x 2 ) .
Начало
(
(
)
2
) (
2
) (
2
) (
2
G1 lbý , ∆b,S ý , ∆mý , σ lbý , σ ∆b , σ S ý , σ ∆mý = a1 lbý + σ lbý + a 2 ∆b + σ ∆b + a3 S ý + σ S ý + a 4 ∆mý + σ ∆mý
2
2
2
2
)
Ri ( x ) = Rmin,i + x(Rmax,i − Rmin,i ), x ∈ [0;1]
(
f ( x ) = G1 l ý , ∆b,S ý , ∆m ý , σ lý , σ ∆b , σ S ý , σ ∆mý
)
δ = δ min
 Rmax,i + Rmin,i 
R=

2


Минимизация функции f(x) при текущем значении осевого зазора методом
«золотого сечения»
Да
f ( xopt ) < f opt
Нет
f opt = f ( xopt ), δ opt = δ ,
Ropt = {Ri (xopt )}, H D0 = lbý + 3σ lbý
δ = δ + hδ , δ > δ max
δ opt , Ropt
Рис. 3. Блок-схема 1-го этапа алгоритма определения параметров противоэрозионной защиты РЛ для
обобщенного варианта постановки задачи
5.6. Если b − a < ε , то x opt = min ( y1 , y 2 ) и минимизация прекращается. Иначе необходим возврат к шагу 5.5.
5.7. Если значение y opt не задано, то y opt = min ( y1 , y 2 ) , δ opt = δ , Ropt = {Ri (x opt )},
H D0 = lbэ + 3σ lbэ . Если y opt > min ( y1 , y 2 ) , то y opt = min ( y1 , y 2 ) , δ opt = δ , Ropt = {Ri (x opt )},
H D0 = lbэ + 3σ lbэ . Учитывая, что наиболее целесообразным является выбор такой высоты
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
защитного покрытия, чтобы оно присутствовало вдоль всей зоны эрозии РЛ, образующейся без применения защитного покрытия, будем считать, что H Dopt = H D 0 = lbэ + 3σ lbэ , т.е.
высота защитного покрытия соответствует верхней границе интервала «трех сигм».
6. Вычисляем новое значение осевого зазора: δ = δ + hδ . Если δ ≤ δ max , то переходим к шагу 5.
7. Из заданного набора защитных покрытий выбираем D 1 и устанавливаем i=1
(рис. 4).
i=1
(
(
)
2
) (
2
) (
2
) (
2
G2 lbý , ∆b, S ý , ∆m ý , σ lbý , σ ∆b , σ S ý , σ ∆mý = b1 lbý + σ lbý + b2 ∆b + σ ∆b + b3 S ý + σ S ý + b4 ∆mý + σ ∆mý
2
2
2
2
)
H D = H D0 , S D = 1, H Dopt = H D
Методом перебора определяем минимальное значение ширины защитного покрытия,
обеспечивающее минимальное значение целевой функции G2.
Да
Нет
G2opt ,i < G2 opt
G2opt= G2op,i, Dopt=Di, SDopt=SDopt,i
i=i+1, i > N
δ opt , Ropt , Dopt , H Dopt , S Dopt
Конец
Рис. 4. Блок-схема 2-го этапа алгоритма определения параметров противоэрозионной защиты РЛ для
обобщенного варианта постановки задачи
8. Задаем целевую функцию:
(
)
(
2
) (
2
) (
2
)
G2 lbэ , ∆b, S э , ∆mэ , σ lbэ , σ ∆b , σ S э , σ ∆mэ = b1 lbэ + σ lbэ + b2 ∆b + σ ∆b + b3 S э + σ S э +
(
2
)
2
2
2
+ b4 ∆mэ + σ ∆mэ .
2
По умолчанию можно считать, что b1 = b3 = b4 = 0, b2 = 1 .
9. Задаем значения высоты H D = H D0 и ширины S D =1 (мм) защитного покрытия.
64
(2)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
10. Применяем метод перебора для поиска минимального значения ширины защитного покрытия, обеспечивающего минимальное значение целевой функции G 2 .
10.1. По указанным параметрам исходного профиля, параметрам дискретизации, газодинамическим параметрам, значению осевого зазора δ opt , режиму Ropt , выбранному типу защитного покрытия D i с высотой H D и шириной S D проводим распределенное имитационное моделирование каплеударной эрозии [1].
10.2. На основе полученных в ходе моделирования эродированных профилей РЛ определяем статистические характеристики зоны эрозии: lbэ , ∆b,S э , ∆mэ , σ lbэ , σ ∆b , σ S э , σ ∆mэ .
10.3. Вычисляем G 2 по формуле (2).
10.4. Если значение G 2opt,i не определено, то G 2opt,i =G 2 , S D =S D +1. Переходим
к шагу 10.1.
10.5. Если G 2 ≥ G 2 opt ,i , то S Dopt,i =S D , переходим к шагу 11. Если G 2 <G 2opt,i , то
G2 opt ,i = G2 , S D =S D +1, переходим к шагу 10.1.
11. Если значение G 2opt не определено, то G 2opt =G 2opt,i , D opt =D i , S Dopt =S Dopt,i . Если
G 2opt,i <G 2opt , то G 2opt =G 2opt,i , D opt =D i , S Dopt =S Dopt,i .
12. i=i+1. Если i ≤ N , то переходим к шагу 10.
13. В результате получаем параметры оптимальной противоэрозионной защиты:
δ opt , Ropt , Dopt , H Dopt , S Dopt .
Определение оптимальных режимов эксплуатации. Задача определения оптимальных режимов эксплуатации может рассматриваться как частный случай задачи определения всех параметров оптимальной противоэрозионной защиты, если оптимальный
режим определяется на одном диапазоне. Однако множество режимов может быть задано
в виде нескольких непересекающихся интервалов, поэтому в алгоритме следует предусмотреть такую возможность.
Для данной задачи считаются известными следующие параметры: осевой зазор, тип
защитного покрытия, высота и ширина защитного покрытия.
Пусть имеется список допустимых диапазонов режимов эксплуатации ВПТ LR , за-
{
}
даваемый множеством пар граничных режимов (R j , min , R j , max ) , где j – номер диапазона,
1 ≤ j ≤ N , а N – количество диапазонов.
Ниже представлен алгоритм определения оптимального режима с позиций минимизации эрозионного износа РЛ.
1. В качестве целевой функции используем функцию G 1 , определенную по формуле (1).
2. k=1.
3. Выбираем текущий диапазон режимов: Rmin = Rk , min , R max = R k , max .
4. Проводим отображение диапазона режимов Rk на отрезок [0;1] по формуле
Rk ,i ( x ) = Rmin,i + x(Rmax,i − Rmin,i ) , где x ∈ [0;1].
5. Выполняем действия, аналогичные пунктам 5.1 – 5.6 алгоритма определения параметров оптимальной комплексной противоэрозионной защиты.
6. Если значение y opt не задано, то y opt = min ( y1 , y 2 ) , δ opt = δ , Ropt = {R k ,i (x opt )}. Ес-
ли y opt > min ( y1 , y 2 ) , то y opt = min ( y1 , y 2 ) , Ropt = {R k ,i (x opt )}.
7. k=k+1. Если k ≤ N , то переходим к шагу 5. Иначе алгоритм завершен.
Определение оптимальной пассивной защиты РЛ. Задача определения оптимальной пассивной защиты РЛ может рассматриваться как частный случай задачи определения
всех параметров оптимальной противоэрозионной защиты, если оптимизация осуществля65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ется для одного режима. Однако в реальных ситуациях ВПТ работают на разных режимах
в течение определенного времени, поэтому необходимо в алгоритме предусмотреть данный факт.
Для данной задачи являются известными следующие параметры: осевой зазор,
множество режимов эксплуатации {Rk } и относительное время работы на данных
режимах {Tk } .
Необходимо определить тип защитного покрытия из заданного множества D = {Di },
ширину S D и высоту H D защитного покрытия. Допустимый диапазон значений для данных
величин задается аналогично задаче определения оптимальной противоэрозионной защиты для общего случая.
Алгоритм определения оптимальной пассивной противоэрозионной защиты представлен ниже.
1. В качестве целевой функции используем функцию G 2 , определенную по формуле (2).
2. По заданному множеству частичных режимов Rk и относительному времени
работы на каждом из них {Tk } , значению осевого зазора δ , а также по указанным параметрам исходного профиля, параметрам дискретизации, газодинамическим параметрам с
помощью имитационного моделирования определяем статистические характеристики зоны эрозии: lbэ , ∆b, S э , ∆mэ ,σ lbэ ,σ ∆b ,σ S э ,σ ∆mэ .
{ }
3. Задаем высоту защитного покрытия H Dopt = H D = l э + 3σ lэ
4. Из заданного набора защитных покрытий выбираем D 1 и устанавливаем i=1.
5. Задаем начальное значение ширины S D =1 (мм) защитного покрытия.
6. Применяем метод перебора для поиска минимального значения ширины защитного покрытия, обеспечивающего минимальное значение целевой функции G 2 .
6.1. По указанной геометрии исходного профиля, параметрам дискретизации, газодинамическим параметрам, значению осевого зазора δ , множеству режимов Rk и относительному времени работы на каждом из них {Tk } , типу защитного покрытия D i с высотой H D и шириной S D проводим распределенное имитационное моделирование каплеударной эрозии [1].
6.2. На основе полученных в ходе моделирования эродированных профилей РЛ определяем статистические характеристики зоны эрозии: lbэ , ∆b,S э , ∆m э , σ lbэ , σ ∆b , σ S э , σ ∆mэ .
6.3. Вычисляем G 2 по формуле (2). Если значение G 2opt,i не определено, то
G 2opt,i =G 2 , S D =S D +1. Переходим к шагу 6.1.
6.4. Если G 2 ≥ G 2 opt ,i , то S Dopt,i =S D , переходим к шагу 7. Если G 2 <G 2opt,i , то
{ }
G 2 opt ,i = G 2 , S D =S D +1, переходим к шагу 6.1.
7. Если значение G 2opt не определено, то G 2opt =G 2opt,i , S Dopt =S Dopt,i . Если G 2opt,i <G 2opt ,
то G 2opt = G 2op,i , D opt =D i , S Dopt =S Dopt,i .
8. i=i+1. Если i ≤ N , то переходим к шагу 5.
9. В результате получаем параметры оптимальной пассивной противоэрозионной
защиты: {Dopt , H Dopt , S Dopt }
Разработанные алгоритмы позволяют находить численное решение задачи определения оптимальной противоэрозионной защиты для разных вариантов ее постановки с помощью целевых функций, полученных в результате свертки критериев. Целевые функции
рассчитываются на основе алгоритма компьютерного имитационного моделирования каплеударной эрозии рабочих лопаток влажнопаровых турбин.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Реализация полученных алгоритмов в виде программных комплексов позволяет инженерам и исследователям получить универсальный инструмент для поиска эффективной
противоэрозионной защиты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Дергачёв, К.В. Особенности разработки и программной реализации имитационной модели эрозионного
изнашивания рабочих лопаток мощных влажнопаровых турбин / К.В.Дергачёв, Д.А.Коростелёв // Вестн.
БГТУ. – 2008. - № 4. – С. 49-57.
Фаддеев, И.П. Эрозия влажнопаровых турбин / И.П.Фаддеев. – Л.: Машиностроение, 1974. – 208 с.
Самойлович, Г.С. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах / Г.С.Самойлович,
Б.М.Трояновский. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 496 с.
Филиппов, Г.А. Исследования и расчеты турбин влажного пара / Г.А.Филиппов, О.А.Поваров,
В.В.Пряхин. – М.: Энергия, 1973. – 232 с.
Опыт промышленного применения обогрева направляющих лопаток для снижения эрозии влажнопаровых турбин / Н.В.Аверкина, Ю.Я.Качуринер, В.Г.Орлик, Ф.М.Сухарев, М.А.Филаретов // Электрические станции. – 2004. - №2. – С. 24-28.
Лагерев, А.В. Эрозия паровых турбин: вероятностный подход. В 3 т. Т. 2. Вероятностное прогнозирование эрозии паровых турбин: монография / А.В.Лагерев. – М.: Машиностроение-1, 2006.- 295 с.
Шикин, Е.В. Исследование операций: учебник / Е.В.Шикин, Г.Е.Шикина. – М.: Велби; Проспект, 2006.
– 280 с.
Материал поступил в редколлегию 9.06.10.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 658.562
В.В. Мирошников, А.И. Зернина, Н.М. Борбаць
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОЦЕССОВ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА 1
Рассмотрен типовой комплекс взаимосвязанных процессов системы менеджмента качества. Предложены
регрессионные модели процессов, связывающие их результаты с влияющими факторами.
Ключевые слова: качество, процессы СМК, регрессионный анализ, модели процессов.
Выявление, понимание и менеджмент взаимосвязанных процессов как системы является основным принципом при создании систем менеджмента качества (СМК) в соответствии с требованиями международных стандартов ИСО серии 9000 [1]. В системе
взаимосвязанных процессов СМК можно выделить узлы – комплексы взаимосвязанных
основных и вспомогательных процессов. К основным процессам относят, как правило,
бизнес-процессы (процессы, создающие собственную добавочную стоимость продукции),
а к вспомогательным такие процессы, как управление персоналом, управление оборудованием и оснасткой и т.п. [2]. Для исследования и улучшения (оптимизации) комплекса
взаимосвязанных процессов авторами предлагается использовать методы математического моделирования менеджмента качества [3; 4].
В качестве типового комплекса взаимосвязанных процессов СМК организации предлагается совокупность следующих процессов: основной процесс (бизнес-процесс), процесс
управления основным процессом, процесс материально-технического обеспечения, процесс
управления персоналом, процесс управления оборудованием и оснасткой (рисунок).
Стимулирование качества процессов
Процесс управления бизнес-процессом
Стимулирование качества процессов
Приказы,
планы,
инструкции,
методики
2
Входы
процесса
1
Основной процесс (бизнес – процесс)
.
.
.
3 Процесс
материальнотехнического
снабжения
Результаты
процесса
Оборудование
и оснастка
Персонал
Материалы
и ЗИП
.
.
.
4 Процесс
управления
персоналом
5 Процесс
управления
оборудованием и
оснасткой
Рис. Типовой комплекс взаимосвязанных процессов СМК организации
1
Работа выполнена в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы (государственный контракт № П770).
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
В данной статье предлагается рассмотреть возможности моделирования этого комплекса процессов менеджмента качества математико-статистическими методами [5]. В
качестве основного процесса был выбран процесс «Рентгенографический контроль» в организации «Спецтрубопроводстрой» [1]. Задачей исследования стало построение моделей
(уравнений регрессии) для таких вспомогательных подпроцессов комплекса, как управление оборудованием, управление персоналом, управление материально-техническим обеспечением. С целью упрощения моделирования на данном этапе не учитывается влияние
процесса управления.
Наиболее распространенным методом выявления и математического описания тех
изменений и зависимостей, которые существуют в системе случайных величин, является
регрессионный анализ. Методы регрессионного анализа рассчитаны главным образом на
случай устойчивого нормального распределения, в котором изменения от опыта к опыту
проявляются лишь в виде независимых испытаний [5].
Основной целью регрессионного анализа является математическое описание связи
между некоторой характеристикой у наблюдаемого явления и величинами x1 , x 2 ,..., x n , которые обусловливают изменения у. Переменная у называется зависимой переменной или
откликом, а величины x1 , x 2 ,..., x n – предикторами или факторами [6].
В некоторых случаях связь между переменной у и факторами x1 , x 2 ,..., x n известна и
носит функциональный характер:
y = f ( x1 , x 2 ,..., x n ) .
Однако на практике чаще всего вид функциональной зависимости неизвестен, тогда
методами регрессионного анализа проводят ее аппроксимацию простыми математическими функциями [7]. В этом случае математическая модель, описывающая зависимость
средних значений отклика y от факторов x1 , x 2 ,..., x n и называемая уравнением регрессии,
может быть записана в виде [6]
y = f ( x1 , x 2 ,..., x n ) + ε ,
где f ( x1 , x2 ,..., xn ) – детерминированная составляющая отклика, зависящая от факторов
x1 , x 2 ,..., x n ; ε – случайная составляющая, обусловленная влиянием на отклик различных
неучтенных факторов, а также ошибок наблюдений.
Конкретный вид регрессионной модели определяется выбором функции f ( x1 , x2 ,..., xn ) . Наиболее часто на практике используют следующие модели:
1) простая линейная регрессия: y = b0 + b1 x + ε ;
2) множественная регрессия: y = b0 + b1 x1 + b2 x 2 + ... + bn x n + ε ;
3) полиномиальная регрессия: y = b0 + b1 x + b2 x 2 + ... + bn x n + ε , где коэффициенты
b0 , b1 , …, bn называются параметрами регрессии.
Основной задачей регрессионного анализа является нахождение оценок параметров
регрессии по результатам наблюдений – b̂0 , b̂1 , …, b̂n .
Как правило, оценки b̂0 , b̂1 , …, b̂n находятся методом наименьших квадратов. При
этом они являются случайными величинами, так как представляют собой линейные комбинации значений случайной переменной у, и называются выборочными параметрами
регрессии. Оценка b̂0 называется выборочной постоянной регрессии, а оценки b̂1 , …, b̂n –
выборочными коэффициентами регрессии.
После нахождения значений выборочных параметров регрессии полученную регрессионную модель необходимо проверить на значимость и адекватность [7].
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Результаты построения регрессионной модели для процесса «Управление персоналом». Изначально для процесса «Управление персоналом» опытным путем были получены исходные данные: количество нарушителей; процент ежемесячной премии персоналу, выполняющему основной процесс; частота нарушений производственной дисциплины. Все данные брались за период с января 2007 г. по сентябрь 2009 г.
На основании этих данных с использованием программного комплекса Statistica 7
было получено следующее уравнение регрессии для рассматриваемого процесса:
P = 0,108 + 0,874n − 0,052q1 ,
где Р – частота нарушений производственной дисциплины; n – количество нарушителей;
q1 – процент ежемесячной премии персоналу, выполняющему основной процесс.
При анализе полученного уравнения регрессии на адекватность и значимость было
установлено, что оно является адекватным и значимым за исключением выборочной постоянной регрессии (коэффициента 0,108), без которой уравнение принимает вид
(1)
P = 0,874n − 0,052q1 .
Подставив в полученное уравнение (1) собранные данные (количество нарушителей
и процент ежемесячной премии персоналу, выполняющему основной процесс), получим
соответствующие значения отклика, сравнение которых с его эмпирическими значениями
приведено в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительная таблица опытных и прогнозируемых значений
для процесса «Управление персоналом»
Частота нарушений производственной
дисциплины, полученная в результате
прогнозирования
Частота нарушений производственной
дисциплины, зафиксированная
в результате эксперимента
Январь 2007 г.
0,926
1
Февраль 2007 г.
-0,052
0
Март 2007 г.
1,852
2
Апрель 2007 г.
-0,052
0
Май 2007 г.
-0,104
0
Июнь 2007 г.
2,934
3
Июль 2007 г.
-0,104
0
Август 2007 г.
0,978
1
Сентябрь 2007 г.
1,030
1
Октябрь 2007 г.
-0,104
0
Ноябрь 2007 г.
3,246
4
Декабрь 2007 г.
1,030
1
Январь 2008 г.
2,008
2
Февраль 2008 г.
-0,156
0
Март 2008 г.
-0,156
0
Апрель 2008 г.
-0,208
0
Май 2008 г.
2,268
2
Июнь 2008 г.
1,134
1
Июль 2008 г.
-0,208
0
Август 2008 г.
1,134
1
Сентябрь 2008 г.
1,134
1
Октябрь 2008 г.
-0,260
0
Период
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Окончание табл. 1
Частота нарушений производственной
дисциплины, полученная в результате
прогнозирования
Частота нарушений производственной
дисциплины, зафиксированная
в результате эксперимента
Ноябрь 2008 г.
2,268
2
Декабрь 2008 г.
3,662
4
Январь 2009 г.
1,186
1
Февраль 2009 г.
-0,260
0
Март 2009 г.
1,238
1
Апрель 2009 г.
-0,312
0
Май 2009 г.
-0,364
0
Июнь 2009 г.
1,238
1
Июль 2009 г.
-0,364
0
Август 2009 г.
1,654
2
Сентябрь 2009 г.
1,238
1
Период
Чтобы проверить правильность составления прогноза по данному уравнению, рассмотрим данные за период, не вошедший в анализ (октябрь – декабрь 2009 г.). Сравнение
полученных результатов приведено в табл. 2.
Таблица 2
Сравнительная таблица опытных и прогнозируемых значений
для процесса «Управление персоналом» (октябрь – декабрь 2009 г.)
Период
(2009 г.)
Частота нарушений производственной
дисциплины, полученная в результате
прогнозирования
Частота нарушений производственной
дисциплины, зафиксированная в результате
эксперимента
Октябрь
1,238
1
Ноябрь
-0,364
0
Декабрь
-0,364
0
Результаты построения модели для процесса «Управление оборудованием». Для
процесса «Управление оборудованием» в период с января 2007 г. по сентябрь 2009 г. проводился сбор данных по следующим показателям: количество случаев выхода из строя
оборудования по вине сотрудников; процент ежемесячной премии персоналу, осуществляющему обслуживание оборудования; частота выхода из строя оборудования.
На основании этих данных с применением программы Statistica 7 было получено
следующее уравнение регрессии для процесса «Управление оборудованием»:
O = 0,69 − 0,01m − 0,12q 2 − 0,055m 2 + 0,000024q 22 ,
где O – частота выхода из строя оборудования; m – количество случаев выхода из строя
оборудования по вине сотрудников; q2 – процент ежемесячной премии персоналу, осуществляющему обслуживание оборудования.
После проведения исследования данного уравнения на адекватность и значимость
оно приняло следующий вид:
(2)
O = 0,69 − 0,12q 2 .
Подставив в уравнение (2) исходные данные, получим значения О, приведенные в
табл. 3.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Сравнительная таблица опытных и прогнозируемых значений
для процесса «Управление оборудованием»
Таблица 3
Частота выхода из строя оборудования,
полученная в результате
прогнозирования
Частота выхода из строя оборудования,
зафиксированная в результате
эксперимента
Январь 2007 г.
0,030
0
Февраль 2007 г.
0,910
1
Март 2007 г.
0,030
0
Апрель 2007 г.
0,030
0
Май 2007 г.
0,910
1
Июнь 2007 г.
1,240
1
Июль 2007 г.
0,030
0
Август 2007 г.
0,030
0
Сентябрь 2007 г.
0,030
0
Октябрь 2007 г.
1,790
2
Ноябрь 2007 г.
0,910
1
Декабрь 2007 г.
0,855
1
Январь 2008 г.
-0,025
0
Февраль 2008 г.
-0,025
0
Март 2008 г.
0,965
1
Апрель 2008 г.
0,965
1
Май 2008 г.
-0,025
0
Июнь 2008 г.
-0,025
0
Июль 2008 г.
0,965
1
Август 2008 г.
-0,025
0
Сентябрь 2008 г.
-0,025
0
Октябрь 2008 г.
1,130
1
Ноябрь 2008 г.
-0,025
0
Декабрь 2008 г.
0,965
1
Январь 2009 г.
-0,080
0
Февраль 2009 г.
-0,080
0
Март 2009 г.
-0,080
0
Апрель 2009 г.
-0,080
0
Май 2009 г.
-0,080
0
Июнь 2009 г.
-0,080
0
Июль 2009 г.
1,020
1
Август 2009 г.
-0,080
0
Сентябрь 2009 г.
1,240
1
Период
Для того чтобы проверить правильность составления прогноза по данному уравнению, рассмотрим данные за период, не вошедший в анализ (октябрь – декабрь 2009 г.).
Результаты расчета приведены в табл. 4.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Таблица 4
Сравнительная таблица опытных и прогнозируемых значений
для процесса «Управление оборудованием» (октябрь – декабрь 2009 г.)
Период
(2009 г.)
Частота выхода из строя оборудования, полученная в результате
прогнозирования
Частота выхода из строя оборудования,
зафиксированная в результате
эксперимента
Октябрь
Ноябрь
-0,08
-0,08
0
0
Декабрь
1,24
1
Результаты построения модели для процесса «Управление материальнотехническим обеспечением». Для процесса «Управление материально-техническим
обеспечением» были собраны данные по следующим показателям: количество обрабатываемых заявок на текущий период; процент ежемесячной премии работникам, осуществляющим материально-техническое обеспечение; частота нарушений (сбоев) материальнотехнического обеспечения. Сбор данных осуществлялся в период с января 2007 г. по сентябрь 2009 г.
С применением программного пакета Statistica 7 было получено уравнение регрессии
для рассматриваемого процесса:
C = 0,599 − 0,002 z − 0,011q3 − 0,00015 z 2 + 0,000038q32 ,
где C – частота нарушений (сбоев) материально-технического обеспечения; z – количество
обрабатываемых заявок на текущий период; q3 – процент ежемесячной премии работникам, осуществляющим материально-техническое обеспечение.
В результате анализа на значимость и адекватность уравнение регрессии приняло
вид
C = 0,599 − 0,011q3 + 0,000038q32 .
(3)
Подставив в уравнение (3) исходные данные по проценту ежемесячной премии работникам, осуществляющим материально-техническое обеспечение (фактор q 3 ), получим
значения C, приведенные в табл. 5.
Таблица 5
Сравнительная таблица опытных и прогнозируемых значений
для процесса «Управление материально-техническим обеспечением»
Январь 2007 г.
Частота нарушений (сбоев) материальнотехнического обеспечения, полученная в
результате прогнозирования
0,0152
Частота нарушений (сбоев) материальнотехнического обеспечения, зафиксированная в результате эксперимента
0
Февраль 2007 г.
0,8342
1
Март 2007 г.
0,0152
0
Апрель 2007 г.
0,0152
0
Май 2007 г.
0,8342
1
Июнь 2007 г.
0,0152
0
Июль 2007 г.
0,0152
0
Август 2007 г.
0,0152
0
Сентябрь 2007 г.
0,0152
0
Октябрь 2007 г.
0,0152
0
Ноябрь 2007 г.
0,8342
1
Период
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Окончание табл. 5
Частота нарушений (сбоев) материальнотехнического обеспечения, полученная в
результате прогнозирования
Частота нарушений (сбоев) материальнотехнического обеспечения, зафиксированная в результате эксперимента
Декабрь 2007 г.
0,01520
0
Январь 2008 г.
-0,01225
0
Февраль 2008 г.
-0,01225
0
Март 2008 г.
-0,01225
0
Апрель 2008 г.
-0,01225
0
Май 2008 г.
-0,01225
0
Июнь 2008 г.
-0,01225
0
Июль 2008 г.
-0,01225
0
Август 2008 г.
0,89775
1
Сентябрь 2008 г.
-0,01225
0
Октябрь 2008 г.
0,89775
1
Ноябрь 2008 г.
-0,01225
0
Декабрь 2008 г.
-0,01225
0
Январь 2009 г.
-0,01225
0
Февраль 2009 г.
-0,01225
0
Март 2009 г.
0,96320
1
Апрель 2009 г.
-0,03780
0
Май 2009 г.
-0,03780
0
Июнь 2009 г.
-0,03780
0
Июль 2009 г.
-0,03780
0
Август 2009 г.
-0,03780
0
Сентябрь 2009 г.
0,96320
1
Период
Чтобы проверить правильность составления прогноза по данному уравнению, рассмотрим данные за период, не вошедший в анализ (октябрь – декабрь 2009 г.) (табл. 6).
Сравнительная таблица опытных и прогнозируемых значений
для процесса «Управление материально-техническим обеспечением»
(октябрь – декабрь 2009 г.)
Таблица 6
Период
(2009 г.)
Частота нарушений (сбоев) материальнотехнического обеспечения, полученная в
результате прогнозирования
Частота нарушений (сбоев) материальнотехнического обеспечения, зафиксированная в результате эксперимента
Октябрь
-0,0378
0
Ноябрь
-0,0378
0
Декабрь
-0,0378
0
Полученные результаты свидетельствуют об адекватности и значимости построенной модели.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Результаты построения модели для процесса «Рентгенографический контроль».
Для процесса «Рентгенографический контроль» в качестве влияющих на его результат
факторов были определены процессы управления персоналом, оборудованием и материально-техническим обеспечением.
На основе собранных данных с использованием программного продукта Statistica 7
было получено уравнение регрессии для процесса рентгенографического контроля:
G = 1,019 − 0,023P + 0,147O − 0,243C − 0,013P 2 − 0,25O 2 + 1,44C 2 .
После анализа на значимость и адекватность полученное уравнение приняло вид
(4)
G = 1,019 − 0,023P + 0,147O − 0,243C − 0,013P 2 ,
где G – степень соответствия результатов контроля требованиям.
Подставив в уравнение (4) данные по трем процессам, получим результаты выполнения основного процесса. Их сравнение с результатами фактического выполнения процесса за рассматриваемый период приведено в табл. 7, где цифры в последнем столбце означают: 1 – процесс выполнен своевременно; 0,7 – процесс выполнен с допустимым отклонением; 0,3 – процесс выполнен с недопустимым отклонением (наложены штрафные
санкции); 0 – процесс не выполнен.
Таблица 7
Сравнение результатов расчета выполнения процесса
«Рентгенографический контроль» с данными его фактического выполнения
Январь 2007 г.
Результаты выполнения основного
процесса, полученные по уравнению
регрессии
0,9784
Февраль 2007 г.
0,7739
0,7
Март 2007 г.
0,9415
1
Апрель 2007 г.
1,0131
1
Май 2007 г.
0,7756
0,7
Июнь 2007 г.
0,6889
0,7
Июль 2007 г.
1,0149
1
Август 2007 г.
0,9762
1
Сентябрь 2007 г.
0,9742
1
Октябрь 2007 г.
0,4691
0,3
Ноябрь 2007 г.
0,6407
0,3
Декабрь 2007 г.
0,9151
0,7
Январь 2008 г.
0,9321
1
Февраль 2008 г.
1,0137
1
Март 2008 г.
0,9289
1
Апрель 2008 г.
0,9306
0,7
Май 2008 г.
0,9210
1
Июнь 2008 г.
0,9673
1
Июль 2008 г.
0,9306
1
Август 2008 г.
0,7853
0,7
Сентябрь 2008 г.
0,9673
1
Октябрь 2008 г.
0,6876
0,7
Ноябрь 2008 г.
0,9210
0,7
Декабрь 2008 г.
0,7723
0,7
Период
75
Результаты фактического выполнения основного процесса
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Окончание табл. 7
Январь 2009 г.
Результаты выполнения основного
процесса, полученные по уравнению
регрессии
0,9554
Февраль 2009 г.
1,0072
1
Март 2009 г.
0,7583
0,7
Апрель 2009 г.
1,0140
1
Май 2009 г.
1,0157
1
Июнь 2009 г.
0,9585
1
Июль 2009 г.
0,9214
1
Август 2009 г.
0,9419
1
Сентябрь 2009 г.
0,5711
0,7
Период
Результаты фактического выполнения основного процесса
1
Для того чтобы проверить правильность составления прогноза по данному уравнению, рассмотрим данные за период, не вошедший в анализ (октябрь – декабрь 2009 г.)
(табл. 8).
Таблица 8
Сравнительная таблица опытных и прогнозируемых значений
для процесса рентгенографического контроля
Период
(2009 г.)
Результаты выполнения основного
процесса, полученные по уравнению
регрессии
Результаты выполнения основного
процесса, зафиксированные в результате эксперимента
Октябрь
0,974
1
Ноябрь
1,010
1
Декабрь
0,909
1
Полученные результаты свидетельствуют об адекватности и значимости построенной модели.
Выполненные исследования показали возможность математического моделирования
трудноформализуемого комплекса процессов менеджмента качества строительномонтажной организации с использованием статистических методов факторного и регрессионного анализа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мирошников, В.В. Моделирование управления качеством комплекса взаимосвязанных процессов строительно-монтажной организации / В.В. Мирошников, А.И. Зернина // 1-я Международная научнопрактическая конференция «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социальноэкономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах», 8 – 9 окт.
2009 г.: тез. докл. – Брянск: БГИТА, 2009. – С. 277 – 283.
2. Горленко, О.А. Создание системы менеджмента качества в организации: монография / О.А. Горленко,
В.В. Мирошников. – М.: Машиностроение – 1, 2002. – 126 с.
3. Мирошников, В.В. Математическое моделирование в менеджменте качества / В.В. Мирошников / Справочник. Инженерный журнал. – 2002. – № 6. – С. 34 – 37.
4. Мирошников, В.В. Моделирование комплекса взаимосвязанных процессов менеджмента качества организации / В.В. Мирошников, А.И. Зернина // Международная научно-практическая конференция «Наука
и производство», 19 – 20 марта 2009 г.: тез. докл. – Брянск: БГТУ, 2009. – С. 54 – 56.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
5. Горленко, О.А. Процессный подход к менеджменту качества / О.А. Горленко, И.Г. Манкевич; под ред.
О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2008. – 168 с.
6. Вуколов, Э.А. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию
операций с использованием пакетов Statistica и Excel: учеб. пособие / Э.А. Вуколов. – 2-е изд., испр. и
доп. – М.: Форум, 2008. – 464 с.
7. Суслов, А.Г. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин: монография / А.Г. Суслов, О.А. Горленко. – М.: Машиностроение, 2003. – 302 с.
Материал поступил в редколлегию 9.07.10.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 378.164.169, 621.9.08
А.В. Аверченков, Д.В. Чмыхов, Р.А. Филиппов, И.Л. Пыриков, А.П. Дорош
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ
ДЛЯ МИКРОСТРУКТУРНОГО И МИКРОГЕОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Рассмотрены вопросы создания виртуальной лаборатории компьютерной микроскопии. Описаны основные
программные и аппаратные решения, используемые при создании лаборатории. Приведена электронная
схема подключения шаговых двигателей, а также формулы расчета перемещений основных узлов микроскопа.
Ключевые слова: микроскоп, виртуальная лаборатория, шаговый двигатель, программно-аппаратный комплекс, контроллер управления.
Организация любой исследовательской деятельности связана с получением и
анализом результатов проводимых исследований. Это сложный и трудоёмкий процесс,
требующий больших человеческих затрат и уникального дорогостоящего оборудования.
Проблема использования такого уникального оборудования может сделать исследование
трудновыполнимым или даже невыполнимым вовсе. Одним из путей решения этой
проблемы может стать создание виртуальных лабораторий, работающих в режиме
коллективного пользования. Развитие информационных технологий и средств
телекоммуникаций создает основу для осуществления удаленного взаимодействия
исследователя и уникального оборудования. Расширение каналов скоростных
телекоммуникаций и разработка технологий обработки данных в реальном времени дают
возможность реализации модели распределенного научного коллектива, работа которого
строится на технологиях удаленного доступа к научно-техническим ресурсам на основе
использования компьютерных средств общения [1].
Новые информационные технологии предоставляют практически неограниченные
возможности в организации коллективной научно-образовательной деятельности: построение специализированных (в том числе распределенных) баз данных, автоматизированное управление экспериментом с удаленным доступом к научному оборудованию и
организация на основе этих средств виртуальных лабораторий.
Виртуальная лаборатория представляет собой набор аппаратных и программных
средств, подключенных к компьютеру для обеспечения дистанционного взаимодействия
оператора с научным оборудованием как с обычным измерительным прибором. Специальный графический интерфейс выполняет роль органов управления и реализуется на основе имитационной модели основных узлов реального прибора в виде графических объектов на экране монитора. Такие лаборатории характеризуются распределенной информационной средой, обеспечивающей возможность удаленного доступа к источникам информации в виде распределенных промышленных установок, лабораторных комплексов, научно-исследовательских центров и др. Важной особенностью виртуальных лабораторий
является возможность получения первичной информации и правильная организация ее
передачи между отдельными подсистемами и потребителями.
В Брянском государственном техническом университете создана лаборатория сканирующей микроскопии с доступом к экспериментальной установке через Интернет (рис.1).
Комплекс ориентирован на решение широкого спектра задач сбора, обработки, передачи и
представления информации в условиях удаленного доступа к ее источникам. Особенность
оптической микроскопии состоит в том, что полученные фотографии содержат сфокусированные и расфокусированные участки. Объясняется это тем, что при увеличении чётким
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
формируется только тот участок поверхности, который попадает в фокус объектива микроскопа [2].
3
4
2
1
Рис. 1. Лабораторный комплекс сканирующей микроскопии:
1 - инвертированный металлографический микроскоп LEICA DMIRM;
2 - сервер; 3 - цифровая камера; 4 – WEB-камера
Основные задачи, решаемые виртуальной лабораторией:
• Организация удаленного управления лабораторным комплексом.
• Предоставление удалённого доступа к средствам и методам компьютерной микроскопии (измерение морфологических параметров, применение фильтров) посредством сети Интернет.
• Построение объёмных моделей исследуемой поверхности по её цифровым изображениям.
• Программное увеличение глубины резкости объектива оптического микроскопа.
• Ведение единой базы исследований компьютерной микроскопии.
• Проведение комплексных исследований.
Организационная структура виртуальной лаборатории показана на рис.2. Структура
комплекса включает два основных блока: WEB-сервер и лабораторный комплекс.
Лабораторный комплекс состоит из следующих узлов:
• Микроскоп - инвертированный металлографический микроскоп LEICA DMIRM
(рис. 1) с галогеновым осветителем падающего света 100Вт, револьверной головкой на 5
объективов M32, отдельным видеовыходом 100/100%, который обеспечивает возможность
применения любых методов оптической микроскопии.
• Приводы – состоят из контроллера, представляющего собой электронную плату,
специальных драйверов, а также непосредственно самих шаговых двигателей, осуществляющих механическое перемещение необходимых узлов микроскопа (рис.3).
• COM-порт – последовательный порт, используемый для передачи управляющих
сигналов от ЭВМ к контроллеру приводов и получения информации от датчиков микроскопа.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
• USB-порт – последовательный порт, используемый для передачи информации непосредственно от микроскопа (фото- и видеоизображение).
• ЭВМ – компьютер, к которому подключаются микроскоп и элементы управления
им.
Рис. 2. Схема виртуальной лаборатории
В состав WEB-сервера входят следующие компоненты: HTTP-сервер; сервер виртуальной лаборатории; база данных (БД).
HTTP-сервер состоит из двух компонентов: HTML-страница, созданная по FLASHтехнологии; модули Common Gateway Interface (CGI).
HTML-страница позволяет визуально отобразить результаты работы с лабораторным
комплексом в виде видеопотока, а также дает возможность удаленному пользователю
управлять основными узлами лабораторного комплекса. Построенные по FLASHтехнологии страницы позволяют работать с полученным изображением, а также применять различные методы исследования и улучшения изображений.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
CGI-модуль представляет собой набор CGI-скриптов, предназначенных для обмена
данными с HTTP-сервером [3]. В рассматриваемой системе используются два модуля:
• CGI-модуль-приемник, предназначенный для приема и обработки информации, поступающей с микроскопа (текущая позиция основных узлов, оптическое увеличение и непосредственно изображение);
• CGI-модуль-источник, генерирующий на основе введенных удаленным пользователем данных управляющие сигналы для основных узлов лабораторного комплекса посредством контроллеров через COM-порт.
Сервер виртуальной лаборатории позволяет осуществлять следующие функции:
• взаимодействие с базой данных ;
• выполнение задач, требующих больших затрат времени (трехмерная реконструкция, увеличение глубины резкости, формирование больших полей наблюдения).
База данных хранит следующую информацию:
• список пользователей;
• индивидуальные настройки пользователя (параметры калибровки микроскопа, оптическое увеличение);
• результаты работы пользователей (наименования образцов, 2D-изображения, 3Dмодели исследуемых поверхностей).
Для реализации дистанционного управления исследовательским комплексом через
сеть Интернет разработана аппаратная часть управления микроскопом (рис. 3).
Рис. 3. Схема аппаратной реализации процесса управления микроскопом
Шаговые двигатели PL42H48-1.5-4, используемые в комплексе, предназначены для
управления узлами микроскопа, реализующими:
• Приближение или удаление револьверной головки на 5 объективов относительно
поверхности образца.
• Позиционирование по координатам X,Y горизонтального подвижного стола микроскопа, на котором установлен исследуемый образец.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
• Поворот 5-позиционной револьверной головки для смены объективов и соответственно оптического увеличения.
Датчики нулевого положения PLL01 служат для определения начала отсчета перемещений в рабочую зону стола по координатам X,Y. Эти датчики также ограничивают
предельные перемещения стола микроскопа для предупреждения механических повреждений стола.
Защита объективов требует другой реализации, так как высота каждого объектива
разная. Для этого в крайнем нижнем положении установлен датчик начального положения, а верхнее положение ограничивается программным путём.
Датчик углового положения определяет позицию смены оптического объектива.
Контроллер управления шаговыми двигателями разработан на базе микроконтроллера Atmega16 фирмы Atmel. Разработанный контролер позволяет управлять шаговыми двигателями путем подачи управляющих импульсов на обмотки двигателей и отслеживать
крайние положения стола и объективов. В схеме применён способ подключения двигателей с общей шиной, представленный на рис. 4. Это позволяет управлять большим количеством двигателей и освободить порты микроконтроллера для подключения датчиков
крайних положений.
Рис. 4. Способ подключения шаговых двигателей с общей шиной
Шина BUS1 служит для вывода сигнала вращения двигателя.
Шина BUS2 служит для выбора шагового двигателя, который будет приводиться в
действие.
Шина BUS3 служит для подключения датчиков крайних положений.
Данная схема может быть легко масштабирована и настроена для использования новых функций.
Соединяется контроллер с компьютером через COM-порт. Для согласования уровней
используется стандартная микросхема MAX232CN. С компьютера поступают команды,
которые распознаются микроконтроллером и проверяются на ошибки, в случае прихода
неверной команды осуществляется её пересылка. Также перед исполнением команды
микроконтроллер проверяет датчики крайних положений, чтобы не повредить микроскоп.
Источник питания S-150-27 предназначен для питания контроллера управления шаговыми двигателями.
Для управления процессом исследования на рассматриваемом комплексе были разработаны зависимости для определения управляющих параметров.
Минимальное перемещение по осям X,Y,Z можно определить по формуле
S min =
1
К дрU редU в.п ,
Pдв
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
где Pдв - число шагов двигателя на один оборот; К др - коэффициент дробления шага
(1/2,….); U ред - передаточное отношение редуктора; U в.п - передаточное отношение механизма преобразования вращательного движения в поступательное.
Масштаб перемещения (количество шагов (микрошагов), совершаемых двигателем
при перемещении столика на 1 мм) можно определить по формуле
Sc =
1
Pдв К др
U в.пU ред
Цена одного импульса (град/шаг) по углу поворота блока объективов определяется
по формуле [4]
ϕ имп
360 0
=
К дрU ред .
PдвU в.п
Число импульсов (шагов), необходимых для углового перемещения объектива в рабочую позицию, при пяти объективах в головке определяется по формуле
nоб =
360 0
.
5ϕ имп
В процессе удаленного доступа к комплексу пользователь имеет возможность работать с микроскопом аналогично исследователю, работающему непосредственно на самом
оборудовании. Данная схема позволит проводить научные исследования в области микроструктурного и микрогеометрического анализа различных образцов и деталей в условиях
дистанционного доступа, что значительно повысит эффективность использования дорогостоящего научного оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверченков, В.И. Инновационные центры высоких технологий в машиностроении: монография/ В.И.
Аверченков, А.В. Аверченков, В.А. Беспалов, В.А. Шкаберин, Ю.М. Казаков, А.Е. Симуни, М.В. Терехов; под общ. ред. В.И. Аверченкова, А.В. Аверченкова – Брянск: БГТУ, 2009. - 180 с.
2. Аверченков, В.И. Методы компьютерной реконструкции рельефа поверхности интерпретацией сфокусированности изображений/ В.И. Аверченков, Д.В. Чмыхов // Вестн. БГТУ. – 2008. – №2. – С. 111-117.
3. Павлов, А. CGI-программирование: учебный курс/ А.Павлов. – СПБ.: Питер, 2001. – 416 с.
4. Аверченков В.И. Анализ точности высотных измерений методом фокусировки объекта на базе оптического микроскопа LEICA DM IRM/ В.И. Аверченков, Д.В. Чмыхов // Вестн. БГТУ. – 2008. – №1. – С. 3438.
Материал поступил в редколлегию 9.06.10.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 378.4
А.С. Сазонова
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПРИЕМА АСПИРАНТОВ
И ДОКТОРАНТОВ В ВУЗАХ РЕГИОНОВ ЦФО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПОКАЗАТЕЛЯ НАУЧНОГО ПОТЕНЦИАЛА РЕГИОНА
Рассмотрен метод прогнозирования численности приема аспирантов и докторантов в вузах регионов ЦФО с
использованием показателя научного потенциала региона.
Ключевые слова: прогнозирование, научный потенциал, факторы-индикаторы, весовые коэффициенты, экономико-статистическое моделирование.
В настоящее время одной из важнейших социально-экономических задач нашего государства является инновационное развитие экономики. Разработка новых информационных технологий, внедрение инноваций становятся определяющим фактором успеха развития реального сектора экономики, оказывающим влияние на наукоемкие отрасли промышленности. В связи с этим главная задача, по мнению автора, – стимулирование научной деятельности, привлечение молодых специалистов к исследованиям и как следствие
получение новых знаний и технологий, являющихся фундаментом инновационной деятельности [1].
В последние пятнадцать лет наблюдается некоторый отток научных кадров из страны. В связи с этим особенно остро встает вопрос о восполнении научной элиты молодыми
специалистами. Прогнозирование числа молодых ученых служит инструментом одной из
функций управления мониторинга научного потенциала регионов.
Предложенная методика прогнозирования численности аспирантов и докторантов
основывается на показателе научного потенциала региона, так как совокупный научный
потенциал региона, несомненно, является фактором, оказывающим заметное мотивирующее влияние на студенческую молодежь и способствующим ее становлению и росту.
Под научным потенциалом региона автором понимается комплементарная совокупность его интеллектуальных, институциональных и материальных ресурсов, способных
или способствующих генерированию и распространению новых знаний, эффективному
заимствованию и усвоению полученного от других знания. Качественная оценка научного
потенциала региона – залог эффективного развития инноваций в его социальноэкономической и промышленной сфере.
Для оценки научного потенциала регионов ЦФО РФ был выделен ряд факторов, отражающих интеллектуальные, материальные и финансовые ресурсы региона. Факторы –
условия реализации научного потенциала региона, как и индикаторы отдачи (востребованности этого потенциала), рассматривались в качестве обособленных совокупностей,
связанных с научным потенциалом региона, но не отражающих (выражающих) его. Научный потенциал региона может быть определен согласно выражению
i =n
НП t = ∑ (k i З i, t ) ,
i =1
где НП t – обозначение показателя научного потенциала региона в t-м году, условные единицы измерения (0<НП t ≤1); k i – коэффициент весомости i-го частного фактора, характеi =n
ризующего научный потенциал региона, доли единицы ( ∑ k i = 1); i– обозначение частноi =1
го фактора (индикатора); З i,t – значение i-го фактора в регионе в t-м году, абсолютные или
относительные единицы измерения.
Для расчета научного потенциала был применен метод аддитивной свертки [2].
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
С целью определения весов факторов-индикаторов использовалось экономикостатистическое моделирование. Изначально в модель были включены следующие факторы:
х1 – число вузов в регионе;
х2 – число образовательных специальностей в вузах региона;
х3 – годовой объем НИР;
х4 - среднегодовая стоимость научного оборудования;
х5 - годовое количество полученных в области охранных документов на интеллектуальную собственность;
х6 – годовое количество вознаграждений, премий и т.д.;
х7 – годовое количество защищенных докторских диссертаций;
х8 – годовое количество защищенных кандидатских диссертаций;
х9 – доля остепененных сотрудников в общей численности научных работников.
По всем учитываемым факторам была собрана статистическая информация за 20032007 гг. по пятнадцати регионам ЦФО [3–7].
Предложенный метод сводится к тому, что в качестве фактора – функции в линейной регрессионной модели зависимости научного потенциала от учтенных факторов используются площади диаграмм («роз»), на лучах которых откладываются значения коэффициентов-индикаторов, вычисленные по формуле
K i = (i – i min )/(i max -i min ),
где K i – значение фактора-индикатора (0<K i ≤1); i – фактическое значение фактора в рассматриваемом регионе; i min и i max – соответственно минимальное и максимальное значения i по 15 регионам за рассматриваемый период времени.
Расчет площадей «роз» был выполнен аналитически, что избавило от трудоемких
графических построений. Так как все значения коэффициентов K i находятся в диапазоне
от 0 до 1, то масштаб для всех лучей «розы» был выбран одинаковый. Для расчета площади треугольника использовалась следующая формула:
1
S = ab sin α ,
2
где a и b – длины сторон треугольника; α - угол между a и b .
Из рисунка видно, что стороx1
1,000
нами треугольника являются значе0,900
ния
факторов, угол α =360/n, где n –
0,800
х9
x2
0,700
число факторов, учтенных в модели.
0,600
Расчет проводился стандартными
0,500
средствами MS Excel.
0,400
0,300
В процессе моделирования
0,200
х8
x3
факторы «численность исследова0,100
0,000
тельского персонала» и «число диссертационных советов» оказались
незначимыми, поэтому они были
исключены из модели. Факторы
х7
х4
«число докторов наук в регионе» и
«число кандидатов наук в регионе»
также были исключены, но был расх6
х5
считан показатель «доля остепененРис. Площадная диаграмма, составленная для
ных сотрудников в общей численноБрянского государственного технического
сти научного персонала региона»
университета
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
(х 13 ), включенный в итоговую модель.
В результате получена статистическая модель, имеющая следующий вид:
НП = -0,19+0,25х 1 +0,10х 2 +0,38х 4 +0,14х 6 +0,14х 7 +0,18х 8 +0,23х 9 + 0,17х 10 +0,18х 13 ,
где НП- значение научного потенциала (Н - площади «роз», дм); х 1 – х 13 –фактические
значения отмеченных факторов. Характеристики регрессионной модели приведены в
табл.1.
Таблица 1
Характеристики регрессионной модели
Показатель
Значение показателя
Объем исходной выборки (количество наблюдений)
75
Коэффициент множественной корреляции
0,970
Коэффициент множественной детерминации
0,942
t-критерии для переменных, входящих в модель:
х1
6,47
х2
1,84
х4
4,44
х6
1,67
х7
4,51
х8
4,78
х9
3,77
х 10
5,30
х 13
5,72
Табличное значение t-критерия
1,66
Все факторы-индикаторы, входящие в модель, являются значимыми, так как значения t-критериев для переменных, входящих в модель, больше табличного значения tкритерия. Для полученной модели был рассчитан научный потенциал регионов ЦФО путем усреднения значений, рассчитанных для 2003-2007гг. (табл.2).
Значения научного потенциала регионов ЦФО
Значения показателя по годам
Регион
2003
2004
2005
2006
2007
Белгородская область
0,236 0,289
0,34
0,45
0,57
Брянская область
0,162 0,166
0,16
0,21
0,2
Владимирская область
0,283 0,276
0,21
0,27
0,33
Ивановская область
0,417 0,443
0,5
0,5
0,57
Калужская область
0,075 0,063
0,07
0,09
0,09
Костромская область
0,208 0,182
0,16
0,17
0,14
Курская область
0,228 0,217
0,28
0,35
0,34
Липецкая область
0,147 0,218
0,23
0,28
0,24
Орловская область
0,231 0,285
0,37
0,4
0,46
Рязанская область
0,149 0,162
0,17
0,2
0,21
Смоленская область
0,091 0,103
0,1
0,1
0,12
Тамбовская область
0,288 0,313
0,34
0,35
0,36
Тверская область
0,217 0,212
0,26
0,23
0,24
Тула
0,291 0,306
0,36
0,26
0,29
Ярославль
0,318 0,296
0,33
0,38
0,42
86
Таблица 2
Значение НП
0,38
0,18
0,27
0,49
0,08
0,17
0,28
0,22
0,35
0,18
0,1
0,33
0,23
0,3
0,35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Для расчета показателей прогнозной динамики численности приема аспирантов на
первый год обучения по регионам ЦФО в зависимости от значения НП региона была построена линейная модель следующего вида:
x i = а 0 ±а 1 НП i ±a t t i ,
где x i –численность приема аспирантов на первый год обучения в регионе; НП i – годовое
значение научного потенциала; t i – расчетный год; а 0 , а 1 , а t – коэффициенты регрессии.
Прогнозная модель динамики численности приема аспирантов по ЦФО имеет следующий вид:
x i = 108,10+612,09НП i +20,55t i ,.
(1)
Характеристики этой прогнозной модели приведены в табл.3.
Таблица 3
Характеристики прогнозной модели (1)
Показатель
Объем исходной выборки (количество наблюдений)
Коэффициент множественной корреляции
Коэффициент множественной детерминации
t-критерии для переменных, входящих в модель:
НП i
ti
Табличное значение t-критерия
Значение показателя
75
0,74
0,55
9,36
-0,88
1,66
Для вычисления численности приема аспирантов на первый год обучения в Брянской области был рассчитан поправочный коэффициент:
k Бр ( асп ) =
i =5
x Бр ( асп )i
i =1
ср ( асп ) i
∑x
5
,
где x Бр(асп)i – численность приема аспирантов в Брянском регионе в i-м году; x ср(асп)i –
среднегодовая численность приема аспирантов по регионам ЦФО в i-м году; i – порядковый номер года (1 - 2003 г.). Поправочный коэффициент составил 0,64.
Полученные значения, прогнозной численности набора аспирантов приведены в
табл. 4,5.
Таблица 4
Прогнозная численность приема аспирантов, чел.
Показатель
Среднегодовая численность приема аспирантов по регионам ЦФО
Среднегодовая численность приема аспирантов в Брянской области
87
Значения показателя по годам
2011
2012
2013
2014
2015
301
305
310
315
320
192
195
198
202
205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Таблица 5
Прогнозная численность приема аспирантов по отраслям наук, чел.
Науки
2011
8
2
21
42
17
8
35
4
13
13
10
10
8
4
2
192
Физические
Химические
Биологические
Технические
Сельскохозяйственные
Исторические
Экономические
Философские
Филологические
Юридические
Педагогические
Ветеринарные
Психологические
Социологические
Науки о Земле
Итого
Значения показателя по годам
2012
2013
2014
2015
8
8
8
8
2
2
2
2
21
22
22
23
43
44
44
45
18
18
18
18
8
8
8
8
35
36
36
37
4
4
4
4
14
14
14
14
14
14
14
14
10
10
10
10
10
10
10
10
8
8
8
8
4
4
4
4
2
2
2
2
195
198
202
205
Расчет прогнозных значений численности приема докторантов в Брянской области
выполнялся по статистическим данным Минобразования РФ при использовании расчетных значений общей численности докторантов по ЦФО. Это связано с недостаточностью
статистической информации, отражающей преимущественно среднегодовую численность
докторантов в конкретном году. Исходя из этой информации, используемой для моделирования, необходимо иметь в виду следующее. Если принять численность поступивших в
докторантуру за t i равной 1, а численность завершивших обучение (через три года) за a 3 1
(в долях единицы от набора), то эмпирическое значение доли поступивших в общей численности обучающихся в докторантуре в год поступления будет определяться по выражению
K ПА,i = 1/[1 + а 3 + 0,5(1+а 3 )] ,
на результат которого и надлежит корректировать прогнозные данные по численности
обучающихся в докторантуре, полученные с помощью статистических моделей. Среднее
значение этого показателя (K ПА,i ), полученное за ряд лет по Брянской области, составило
0,38.
Прогнозная модель динамики общей численности докторантов по ЦФО имеет следующий вид:
x i = 4,74+94,36НП i -2,6t i ,
(2)
где x i – общая численность докторантов в регионе; НП i – годовое значение научного потенциала; t i – расчетный год.
Имеется в виду общая численность завершивших обучение в докторантуре (выпуск с защитой диссертации и без защиты).
1
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Характеристики этой прогнозной модели приведены в табл.6.
Таблица 6
Характеристики прогнозной модели (2)
Показатель
Значение показателя
Объем исходной выборки (количество наблюдений)
75
Коэффициент множественной корреляции
0,71
Коэффициент множественной детерминации
0,50
t-критерии для переменных, входящих в модель:
НП i
8,57
ti
-2,58
Табличное значение t-критерия
1,66
Поправочный коэффициент для вычисления численности набора докторантов конкретно в Брянской области рассчитывался по формуле
k Бр ( д ) =
i =5
x Бр ( д )i
i =1
ср ( д ) i
∑x
5
,
где x Бр(д)i – общая численность докторантов в Брянской области в i-м году; x ср(д)i – среднегодовая численность докторантов по регионам ЦФО в i-м году; i – порядковый номер года
(1 - 2003 г.). Для данного набора статистических данных поправочный коэффициент составил 0,75.
На основе полученной модели с учетом поправочных коэффициентов была рассчитана прогнозная численность набора докторантов (табл.7).
Таблица 7
Прогнозная численность приема докторантов, чел.
Значения показателя
по годам2
Показатель
2011
2012 2
Среднегодовая численность докторантов по регионам ЦФО
4
2
Среднегодовая численность приема докторантов по регионам
2
1
ЦФО
Среднегодовая численность приема докторантов в Брянской
1
1
области
Достоинством метода является возможность прогнозирования численности аспирантов непосредственно с использованием такого важнейшего фактора-аргумента, как научный потенциал территории, а также совокупный учет факторов-аргументов, каждый из
которых по отдельности оказывает на численность аспирантов статистически незначимое
влияние.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Водопьянова, Е.В. Судьбы российской науки/ Е.В.Водопьянова // Свободная мысль. – 2005. - №1.
2. Ладный, А.О. Анализ данных в задачах управления научно-техническим потенциалом / А.О.Ладный. http://www.philippovich.tu/Library/Books/IIS/wwwbook/list6/ladni.
2
Малый прогнозный ряд обусловлен недостаточностью и неточностью прогнозных данных.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
3. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2003: сб. ст. / ФГНУ «СЗНМЦ». СПб., 2004.
4. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2004: сб. ст. /ФГНУ «СЗНМЦ». СПб., 2005.
5. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2005: информ.-аналит.сб. /ФГНУ
«СЗНМЦ». - СПб., 2006.
6. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2006: информ.-аналит.сб./ФГНУ
«СЗНМЦ». - СПб., 2007.
7. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2007: сб. ст. /ФГНУ «СЗНМЦ». СПб., 2008.
Материал поступил в редколлегию 16.09.10.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ЭКОНОМИКА И МЕНЕДЖМЕНТ
УДК 658.562
О.А. Горленко, В.В. Мирошников, А.Н. Кукареко
ФОРМИРОВАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ СТАНДАРТОВ
В ОБЛАСТИ КАЧЕСТВА НА ОСНОВЕ КОМПЕТЕНТНОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ1
Предложена компетентностная модель специалиста в области качества, являющаяся основой для разработки
профессиональных стандартов и прикладной составляющей федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по соответствующим специальностям.
Ключевые слова: компетентность, компетентностная модель, профессиональный стандарт, качество.
Согласно требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2008, персонал, выполняющий работу,
влияющую на соответствие продукции требованиям, должен быть компетентным на основе полученного образования, подготовки, навыков и опыта (п. 6.2.1), а организация должна определять необходимую компетентность персонала, выполняющего работу, которая
влияет на соответствие требованиям к качеству продукции (п. 6.2.2 а), и, где это возможно, обеспечивать подготовку или предпринимать другие действия с целью достижения необходимой компетентности (п. 6.2.2 b). Таким образом, существует проблема определения
профессиональной компетентности персонала.
Профессиональная компетентность персонала – это, во-первых, совокупность знаний, позволяющих судить о чем-либо со знанием дела; во-вторых, степень выраженности
присущего работнику профессионального опыта применительно к конкретной должности;
в-третьих, способность работника (менеджера, специалиста) правильно оценивать сложившуюся ситуацию, быстро принимать нужное решение и достигать значимого результата [1].
Профессиональная компетентность специалистов, их квалификационные знания и
умения, функциональные обязанности, уровень профессионального образования, а также
требования к здоровью и опыту работы должны регламентироваться соответствующими
профессиональными стандартами, разработка которых имеет для России очень большое
значение. Разработка профессиональных стандартов поможет состыковать потребности
российского бизнеса и возможности учебных заведений в подготовке специалистов. Это
будет способствовать появлению в стране такого рынка труда, который сможет быстро
адаптироваться к развивающейся экономике.
В европейских странах и США уже давно действуют четко выстроенные национальные системы стандартов: в любой профессии существует до восьми уровней квалификации, от начального до высшего. Работники раз в несколько лет сдают экзамены и проходят процесс сертификации, подтверждая свои профессиональные компетентности. В каждой стране свои нормативы, они во многом разнятся, тем не менее через систему договоренностей один сертификат, скажем в Англии, соответствует другому, предположим во
Франции, и работодатель примерно знает, какие professional skills (компетенции, умения)
развиты у обладателя английского сертификата, а какие у владельца французского. Для
Европы такая система крайне важна, ведь там обеспечивается свободная миграция рабочей силы. Россия тоже вступает в международное разделение труда (подписала, в частности, Болонскую декларацию) и ей придется идти по тому же пути, чтобы ее кадровые ресурсы были конкурентоспособны [2].
____________________________
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (контракт № П770 от 20.05.10).
1
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Однако дело не только в интеграции России в международные процессы: внутренние
проблемы, приведшие к необходимости разработки профессиональных стандартов, намного серьезнее. Одними из первых за описание компетентностей, необходимых в разных
профессиях, взялись высокотехнологичные отрасли. Сделать этот шаг их вынудил острый
кадровый голод и отсутствие на рынке труда высококвалифицированных специалистов.
Речь здесь идет не столько о таких популярных специальностях, как менеджер, экономист
или юрист, сколько о представителях инженерного корпуса.
В идеале профессиональные стандарты должны стать прикладной составляющей образовательных стандартов и основой при разработке программ профессионального обучения.
Не секрет, что многие вузы готовят специалистов совсем не того уровня, который
требуется бизнесу. Поэтому работодателям приходится несколько лет тратить на то, чтобы получить из вчерашнего выпускника грамотного профессионала. Не всегда соответствуют требованиям современного производства и уже опытные работники, которым необходимы программы переподготовки и повышения квалификации. Следовательно, профессиональные стандарты призваны стать языком общения бизнеса и учебных заведений разного уровня.
Таким образом, благодаря внедрению профессиональных стандартов работники, работодатели и система профессионального образования получат ряд преимуществ [3]:
- работникам представится возможность определить свой профессиональный
уровень, оценить потребности и возможности в профессиональной подготовке,
определить четкие и ясные пути карьерного роста, получить рекомендации для
прохождения сертификации (аккредитации), повысить свою мобильность в рамках
национальной
- работодатели
экономики;
получат возможность контролировать профессионализм работников,
оценивать сотрудников с целью повышения (обновления) их профессионального уровня
для повышения эффективности и качества труда и, следовательно, достижения высоких
экономических результатов; использование профессиональных стандартов позволит
работодателям снизить затраты на подбор кадров;
- система профессионального образования в виде профессиональных стандартов
получит содержательную основу для обновления образовательных стандартов
(прикладная составляющая), разработки учебных программ, модулей и методических
материалов.
Известной проблемой для российских предприятий является создание системы менеджмента качества (СМК), позволяющей обеспечить производство конкурентоспособной
продукции. Наиболее универсальный подход к решению этой проблемы предложен в международных стандартах ИСО 9000. Перечисленные ниже этапы являются универсальными как при разработке и внедрении СМК, так и при поддержании в рабочем состоянии
и улучшении внедренной СМК [4]:
1) определение потребностей и ожиданий потребителей, а также других заинтересованных сторон;
2) разработка политики и целей организации в области качества;
3) определение процессов и ответственности, необходимых для достижения целей в
области качества;
4) определение необходимых ресурсов и обеспечение ими для достижения целей в
области качества;
5) разработка методов для измерения результативности и эффективности каждого
процесса;
6) применение результатов этих измерений для определения результативности и эффективности каждого процесса;
7) определение средств, необходимых для предупреждения несоответствий и устранения их причин;
8) разработка и применение процесса постоянного улучшения СМК.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Кем должны реализовываться эти этапы?
Определение исследуемого вида экономиОчевидно, специалистами в области качества. Но
ческой деятельности (ВЭД)
без соответствующей профессиональной компетентности – профессиональных знаний и умений,
Определение области (или областей) пропозволяющих эффективно выполнять конкретные
фессиональной деятельности (ОПД) в
функциональные обязанности, – невозможно
рамках исследуемого ВЭД
обеспечение не только постоянного улучшения,
но и первоначального выполнения обязательных
Выделение в ОПД видов трудовой деятребований стандартов.
тельности
Требования к профессиональной компетентности специалистов в области качества должны
Составление перечня трудовых функций
найти свое отражение в профессиональных стандля каждого вида трудовой деятельности
дартах в области качества. Таким образом, существует проблема разработки профессиональных
Распределение трудовых функций по квастандартов для специалистов по направлению
лификационным уровням
подготовки 220500 «Стандартизация, управление
качеством и метрология»: инженера по стандартиОтбор наиболее значимых трудовых
зации, инженера по качеству и инженера по метфункций для исследуемого квалификацирологии.
онного уровня
Профессиональный стандарт [5] – многофункциональный нормативный документ, опредеПреобразование отобранных трудовых
ляющий в рамках конкретного вида экономичефункций в единицы профессионального
стандарта (ПС)
ской деятельности (области профессиональной
деятельности) требования к содержанию и условиям труда, квалификации и компетенциям раПривязка к каждой единице ПС необхоботников по различным квалификационным уровдимых знаний и умений
ням.
Профессиональные стандарты - для России
Определение иных требований к работнивещь сравнительно новая. Всерьез за них приняку в разрезе исследуемого квалификационного уровня: необходимый уровень облись лишь три года назад, когда распоряжением
разования, опыт работы и пр.
президента Российского союза промышленников
и предпринимателей (РСПП) от 28 июня 2007 г.
№ ПР-46 были утверждены Положение о професУточнение наименования должности для
исследуемого квалификационного уровня
сиональном стандарте и Макет профессионального стандарта. Кроме того, в рамках РСПП было
создано Национальное агентство развития квалиРис. 1. Этапы разработки содержания
фикаций (НАРК) с целью осуществления деятельпрофессионального стандарта
ности по формированию и развитию системы
профессиональных квалификаций в Российской Федерации.
Этапы разработки содержания профессионального стандарта представлены на рис. 1
[6].
В основе разработки профессиональных стандартов в области качества [7] лежит
компетентностная модель специалиста М с , которую можно представить в виде следующего кортежа:
M c = {Д , В, ВФ j , ФК j , О, О ′, С },
(1)
где Д – область профессиональной деятельности; В – вид трудовой деятельности; ВФ j –
j-я трудовая функция вида трудовой деятельности; ФК j – компетентность для реализации
j-й трудовой функции; О – уровень профессионального образования; О' – уровень необходимой квалификации; С – практический опыт работы.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Трудовые функции ВФ j .
компетентностной модели спеВид трудовой
В
циалиста (1), представляющие содеятельности
бой иерархически связанное множество (рис. 2), лежат в основе
профессионального стандарта и
являются его единицами.
Трудовые функции
ВФ1
ВФ3 … ВФn
ВФ2
I-го уровня
Декомпозиция
трудовых
функций проводится до тех пор,
пока конечный элемент дерева не
станет очевидной задачей для
своего исполнителя.
Трудовые функции
Каждой трудовой функции
ВФ3.1 ВФ3.2 ВФ3.3 … ВФ3.m
II-го уровня
ВФ j нижнего уровня декомпозиции соответствует компетентность ФК j , представляющая собой
пентаду следующих компонентов:
1 – ФУ j – трудовые действия
Трудовые функции
(умения);
нижнего уровня
…
2 – ФЗ j – знания;
3 – ФН j – навыки;
4 – ФП j – профессионализм;
Рис. 2. Иерархическая структурная схема трудовых функций
компетентностной модели специалиста в области качества
5 – ФЛ j – личностноделовые качества.
Рассмотрим предложенную компетентностную модель специалиста (1) применительно к профессии «инженер по качеству».
Компетентностную модель инженера по качеству М инженера по качеству можно представить в следующем виде:
М инженера по качеству
 Д - деятельность в области стандартиз ации, 


 В - деятельность в области СМК,

 ВФ j - множество трудовых функций,



ФК j - компетентн ости инженера по качеству,


О - наличие высшего профессионального

=
.
 технического образования,

 ′

О - наличие дополнител ьной специализации 
 " внутренний аудитор СМК" ,



С - опыт работы не менее одного года на

 инженерно - технических должностях

На рис. 3 представлена декомпозиция трудовых функций инженера по качеству для
деятельности в области СМК.
Ниже рассмотрены некоторые компетентности инженера по качеству, необходимые
для реализации соответствующих трудовых функций нижнего уровня декомпозиции
(рис. 3).
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
В
ВФ2
ВФ1
ВФ1.1
ВФ1.2
ВФ1.3
ВФ1.4
ВФ2.1
ВФ3
ВФ2.2
ВФ2.3
ВФ3.1
ВФ3.2
Рис. 3. Иерархическая структурная схема трудовых функций инженера по качеству:
ВФ1 – участие в организации, руководстве и управлении СМК организации: ВФ1.1 –
участие в планировании создания и развития СМК, ВФ1.2 – участие в разработке и совершенствовании документации СМК организации, ВФ1.3 – участие в менеджменте
процессов организации, ВФ1.4 – руководство деятельностью уполномоченных по качеству в подразделениях; ВФ2 – участие в измерениях, анализах и улучшениях СМК
организации: ВФ2.1 – участие в организации и проведении внутренних аудитов СМК
организации, ВФ2.2 – участие в сборе и анализе данных о функционировании СМК
организации, разработке рекомендаций по ее совершенствованию, ВФ2.3 – организация мероприятий по улучшению СМК организации; ВФ3 – поддержание связи с
внешними организациями: ВФ3.1 – организация работ по сертификации (проведению
инспекционного контроля) СМК организации, ВФ3.2 – взаимодействие с представительством заказчика.
пр.;
Компетентности ФК 1.1 для реализации трудовой функции ВФ 1.1 :
ФУ 1.1 : 1 – участие в разработке современных методов проектирования СМК;
2 – участие в проектировании моделей СМК с построением обобщенных вариантов решения проблемы и анализом этих вариантов, прогнозированием
последствий каждого варианта, нахождением решений в условиях многокритериальности и неопределенности;
3 – участие в разработке проектов программных и плановых документов по
созданию и развитию СМК, осуществление контроля за их выполнением;
4 – участие в разработке политики в области качества, подготовке предложений по ее совершенствованию;
5 – участие в разработке целей в области качества и контроле их достижения;
6 – участие в разработке критериев и показателей достижения целей в области качества, построении структуры их взаимосвязей;
7 – выявление приоритетных решений задач в области качества и пр.;
ФЗ 1.1 : 1 – знание специфики отрасли;
2 – знание специфики производственной деятельности организации;
3 – знание сильных и слабых сторон организации;
4 – знание организационной структуры и кадрового состава организации и
ФН 1.1 : 1 – навык устного и письменного выражения своих мыслей на русском языке;
2 – навык работы в коллективе;
3 – навык презентации своих решений, позиций, мнений;
4 – навык генерации новых идей;
5 – навык планирования, прогнозирования;
6 – навык работы с компьютером;
7 – навык использования основных прикладных программных средств и информационных технологий и пр.;
ФП 1.1 : 1 – знание требований законодательных и нормативных документов к СМК;
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
2 – знание принципов менеджмента качества;
3 – знание методологии разработки и внедрения СМК в организации и пр.;
ФЛ 1.1 : 1 – проницательность (дальновидность);
2 – ответственность (высокоразвитое чувство долга);
3 – креативность (творческий подход);
4 – энергичность (активность, деятельность);
5 – оперативность принятия решений;
6 – ориентация на результат и пр.
Компетентности ФК 1.2 для реализации трудовой функции ВФ 1.2 :
ФУ 1.2 : 1 – определение общей структуры документации СМК;
2 – составление (актуализация) систематизированных перечней всех видов
документов, используемых в организации (как внутреннего, так и внешнего
происхождения);
3 – разработка системы обозначения (кодирования) документов организации;
4 – обеспечение всех документов необходимыми идентификационными признаками;
5 – составление (актуализация) перечня всех используемых в организации записей;
6 – обеспечение учета и контроля используемых в организации технических
документов, а также нормативных документов (стандартов), их своевременная актуализация, установление правил выдачи, хранения и внесения изменений;
7 – описание всех данных и видов документов, оформляемых в электронном
виде (компьютерные формы);
8 – разработка методик (процедур, инструкций) по управлению всеми видами
документов, записями и электронными данными;
9 – разработка пользовательского описания АСУП или другой системы учета,
обработки и передачи информации и данных, связанной с производственной
деятельностью (если такая система имеется), с указанием всех выполняемых
функций и прав доступа, полномочий в отношении ввода и чтения данных и
пр.;
ФЗ 1.2 : 1 – знание организационной структуры и кадрового состава организации;
2 – знание положений внутренней документации СМК;
3 – знание обязанностей, прав и ответственности персонала организации в
области СМК и пр.;
ФН 1.2 : 1 – навык устного и письменного выражения своих мыслей на русском языке;
2 – навык использования нормативных документов в своей деятельности;
3 – навык работы с большим объемом разнородной информации;
4 – навык работы с компьютером;
5 – навык использования основных прикладных программных средств и информационных технологий и пр.;
ФП 1.2 : 1 – знание уровней документации СМК;
2 – знание видов документации СМК, их структуры и содержания;
3 – знание общих требований к выполнению текстовых документов;
4 – знание требований к управлению документацией СМК и пр.;
ФЛ 1.2 : 1 – исполнительность (добросовестность, обязательность);
2 – самостоятельность (высокий самоконтроль);
3 – внимательность и аккуратность в работе с документацией;
4 – креативность (творческий подход) и пр.
Компетентности ФК 1.3 для реализации трудовой функции ВФ 1.3 :
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ФУ 1.3 : 1 – проведение работ по выявлению и формализации процессов, осуществляемых в организации, и их характеристик, определению владельцев процессов;
2 – участие в определении критериев и методов, необходимых для обеспечения результативности (как при осуществлении, так и при управлении процессами);
3 – участие в непрерывном мониторинге, измерении и анализе процессов;
4 – подготовка предложений по совершенствованию ресурсного обеспечения
процессов;
5 – разработка мероприятий по улучшению процессов и пр.;
ФЗ 1.3 : 1 – знание организационной структуры и кадрового состава организации;
2 – знание обязанностей, прав и ответственности персонала организации в
области качества;
3 – знание всех видов деятельности, осуществляемых организацией;
4 – знание положений документации СМК (как внутреннего, так и внешнего
происхождения), используемой в организации, и пр.;
ФН 1.3 : 1 – навык идентификации процессов организации, выделения ключевых процессов, определения их владельцев;
2 – навык мониторинга процессов;
3 – навык анализа состояния и динамики процессов с использованием необходимых методов и средств анализа;
4 – навык работы с компьютером;
5 – навык использования основных прикладных программных средств и информационных технологий (в том числе IDEF0, IDEF3, DFD, ARIS) и пр.;
ФП 1.3 : 1 – знание методики выявления и описания процессов СМК;
2 – знание методов анализа процессов;
3 – знание методов и средств TQM (семь инструментов контроля качества);
4 – знание методов и средств TQM (семь инструментов управления качеством);
5 – знание классификации показателей процесса и пр.;
ФЛ 1.3 : 1 – наблюдательность (способность подмечать существенное и малозаметное);
2 – креативность (творческий подход);
3 – проницательность (дальновидность) и пр.
Компетентности ФК 1.4 для реализации трудовой функции ВФ 1.4 :
ФУ 1.4 : 1 – разъяснение требований законодательных и нормативных документов по
СМК;
2 – проведение обучений и семинаров по СМК;
3 – обеспечение необходимой нормативно-методической документацией и
консультирование по вопросам менеджмента качества;
4 – помощь в разработке нормативной и планово-учетной документации;
5 – помощь в разработке критериев оценки деятельности подразделений;
6 – организация деятельности по изучению требований потребителей, уровня
их удовлетворенности;
7 – помощь в разработке и проведении мероприятий по изменению деятельности подразделений с учетом требований потребителей;
8 – контроль выполнения мероприятий, возложенных на уполномоченных по
качеству;
9 – инициация проведения мероприятий, направленных на предупреждение
несоответствий;
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
10 – ведение необходимой отчетности и пр.;
ФЗ 1.4 : 1 – знание организационной структуры и кадрового состава организации;
2 – знание процессов СМК организации;
3 – знание приказов и распоряжений высшего руководства организации в области СМК;
4 – знание положений документации СМК (как внутреннего, так и внешнего
происхождения), используемой в организации, и пр.;
ФН 1.4 : 1 – навык устного и письменного выражения своих мыслей на русском языке;
2 – навык презентации своих решений, позиций, мнений;
3 – навык руководства малым коллективом;
4 – навык убеждения оппонента;
5 – навык консультирования;
6 – навык работы с Internet (поиск, скачивание файлов, почта) и пр.;
ФП 1.4 : 1 – знание требований законодательных и нормативных документов к СМК;
2 – знание принципов менеджмента качества;
3 – знание отечественного и зарубежного опыта по созданию, развитию и
улучшению СМК и пр.;
ФЛ 1.4 : 1 – тактичность в обращении с людьми;
2 – энергичность (активность, деятельность);
3 – креативность (творческий подход);
4 – личная организованность (способность организовать свой рабочий день и
выполнить намеченное);
5 – эмоциональная устойчивость;
6 – требовательность к себе и окружающим и пр.
Компетентностная модель профессии «инженер по качеству» не является моделью
выпускника вуза по данной специальности, ибо компетентность связана с опытом успешной деятельности, которого в ходе обучения в вузе студент в должном объеме приобрести
не мог. Однако можно редуцировать компетентностную модель профессии «инженер по
качеству» для ее использования в качестве требований к выпускнику по данной специальности, заранее снизив требования, связанные с опытом профессиональной деятельности.
Наряду с разработкой профессионального стандарта по профессии «инженер по качеству» авторами разрабатываются профессиональные стандарты по профессиям «инженер по стандартизации» и «инженер по метрологии», в основу которых положена компетентностная модель специалиста. И это только начало. Проблема профессиональной компетентности и профессиональных стандартов гораздо шире и глубже. Необходимо учесть
переход на двухуровневую систему высшего профессионального образования, проблему
сокращения интервала между имеющимися у соискателя и требуемыми для конкретной
должности компетентностями и многое другое.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адова, И. Развитие профессиональной компетентности: практика акционерных обществ / И. Адова, М. Симонова // Человек и труд. – 2008. – № 9.
2. Филиппенко, Е. Портрет профессионала / Е. Филиппенко // Энергия промышленного роста. – 2009. –
№ 3.
3. Машукова, Н. Профессиональный стандарт и его назначение / Н. Машукова // Энергия промышленного
роста. – 2008. – № 4,5.
4. ГОСТ Р ИСО 9000-2008. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.
5. Макет профессионального стандарта: утв. распоряжением президента РСПП от 28 июня 2007 г. № ПР-46.
http://www.nark-rspp.ru/index.php/lang6. Методика разработки профессиональных стандартов.
ru/national-qualification-system/professional-standards/method-of-development-professional-standard.html
7. Мирошников, В.В. Проблемы разработки профессиональных стандартов в области качества / В.В. Мирошников, А.Н. Кукареко // Менеджмент качества продукции и услуг: материалы 3-й Междунар. науч.-техн. конф.
(г. Брянск, 27-28 апр. 2010 г.): в 2 т. / под ред. О.А. Горленко.– Брянск: БГТУ, 2010. – Т. 2. – С. 181-184.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Материал поступил в редколлегию 27.08.10.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 658.562
В.В. Мирошников, Н.Н. Панов
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЦЕССОВ АТТЕСТАЦИИ
СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА1
Исследованы процессы аттестации сварочного производства и пути повышения их качества на основе построения многоуровневых SADT-моделей. Предложен алгоритм определения оптимальных решений по совершенствованию процессов аттестации.
Ключевые слова: управление качеством, аттестация, сварочное производство, SADT-модель, зрелость процесса, комбинаторно-морфологический метод.
Организация, создающая у себя систему менеджмента качества (СМК), должна уделять особое внимание процессам, в которых определенные характеристики качества продукции не могут быть полностью проверены на готовом изделии. К таким процессам относятся сварочные процессы.
Условиями для определения сварочных процессов как процессов, в которых затруднено прогнозирование результатов, являются следующие обстоятельства [1]:
• интересующие нас характеристики появляются только в дальнейшем, на последующих этапах процесса;
• необходимого метода измерения не существует или он является разрушающим
для продукции;
• результаты процесса не могут быть измерены при последующем контроле или
испытаниях.
По этим причинам в производстве осуществляются непрерывный контроль и управление параметрами данных процессов, которые должны обеспечивать:
• точность и наладку оборудования;
• профессиональную подготовку, навыки и знания операторов;
• рабочую среду и другие факторы, влияющие на качество продукции;
• постоянную регистрацию данных по аттестации персонала, процессов и оборудования.
На качество сварки большое влияние оказывают такие факторы, как квалификация
сварщиков, стабильность работы сварочного оборудования, режимы работы, достоверность результатов контроля, качество исходных полуфабрикатов, материалов и т.д. Эти
факторы должны быть постоянно управляемыми. В связи с этим все технологии сварки
подлежат аттестации по следующим параметрам [2]:
• требования к конструкционным материалам;
• типы сварных соединений и разделки кромок;
• требования к квалификации (аттестации) сварщиков;
• требования к сварочным материалам;
• температура предварительного подогрева, межслойная температура;
• режимы сварки;
• требования к термообработке сварных швов;
• контроль качества сварных швов с указанием методов и методик контроля, норм
допустимых дефектов в сварных швах;
• применяемое сварочное оборудование;
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (контракт № П770 от 20.05.10).
1
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
• ремонт сварных соединений.
Для определения путей повышения результативности и эффективности процессов
аттестации сварочного производства авторами построена многоуровневая функциональная модель, состоящая из SADT-моделей процессов аттестации сварщиков (рис. 1), специалистов сварочного производства (рис. 2) и оборудования (рис. 3).
Рассмотрим подробнее модель процесса аттестации сварщиков. Данная модель представляет собой первый уровень декомпозиции корневой диаграммы (рис. 1). Она состоит
из пяти блоков, взаимосвязанных друг с другом. В первом блоке рассматривается процесс
обработки входной документации, которая поступает от заказчика в аттестационный
центр. При ее соответствии всем требованиям оформления и комплектации заказчику назначаются сроки специальной подготовки (блок 2) и практического экзамена (блок 3). При
удовлетворительных результатах контроля контрольного сварного соединения сварщику
назначается дата и время проведения теоретического экзамена (блок 4). Блоки 3 и 4 также
имеют на выходе отрицательный результат (неаттестованный сварщик) и обратную связь
с блоком 1. Обратная связь позволяет отследить неквалифицированный персонал и, если
появится необходимость, предупредить заказчика о финансовом риске такой аттестации.
Если же сварщик прошел все испытания, то на выходе блока 5 заказчику будут переданы
аттестационные документы, которые дадут ему право заниматься сварочными работами
на опасных производственных объектах, подконтрольных Ростехнадзору.
Рис. 1. SADT-модель первого уровня декомпозиции процесса аттестации сварщиков
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Рис. 2. SADT-модель первого уровня декомпозиции процесса аттестации специалистов сварочного производства
Рис. 3. SADT-модель первого уровня декомпозиции процесса аттестации сварочного оборудования
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Использование данных моделей позволяет определить основные пути улучшения
процессов аттестации сварочного производства.
Улучшение процесса требует значительного времени и финансовых ресурсов для определения и внедрения улучшений. Поэтому, чтобы не распылять силы, надо сосредоточиться на наиболее значимых процессах.
Значимость процессов уже при создании не одинаковая. Поэтому даже кардинальные
улучшения второстепенных процессов обычно не приводят к каким-либо значительным
результатам, в то время как небольшие улучшения важных процессов могут дать существенный прирост результатов. Для оценки значения важности процессов предлагается использовать понятие «зрелость процесса» [3].
Относительную зрелость процессов аттестации сварочного производства будем оценивать по четырехуровневой шкале (таблица) [4]. Каждый уровень определен в терминах
реальной практики управления процессами (стандартизация, измерение, корректирующие
действия), а также в терминах результатов функционирования (удовлетворенность потребителя, способность процесса и его эффективность).
На рис. 4 и 5 в качестве примера использования данной шкалы приведены результаты оценки зрелости процесса аттестации сварщиков.
Рис. 4. Результаты оценки уровня зрелости процесса аттестации сварщиков
Рис. 5. Результаты оценки степени достижения уровня
зрелости процесса аттестации сварщиков
Для регламентации оценки зрелости процессов по шкале (таблица) и определения мероприятий (технических
решений) по усовершенствованию процессов аттестации сварочного производства предлагается методика, согласно которой работа по оценке зрелости и
совершенствованию процессов аттестации осуществляется в следующей последовательности:
1. Выбор SADT-модели декомпозиции процесса, достаточной для определения уровня зрелости процесса (определенность, воспроизводимость, спо-
собность, эффективность).
2. Экспертная оценка зрелости подпроцессов по выбранной SADT-модели с использованием специально разработанных карт экспертной оценки процесса, подобных чеклистам оценки зрелости процессов образования [4].
3. Построение сравнительных диаграмм по результатам экспертной оценки процессов, определение по ним основного пути совершенствования процессов аттестации и доведения их до желаемого уровня зрелости.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Определенность
о.1
о.2
о.3
о.4
о.5
Воспроизводимость
в.1
в.2
в.3
в.4
в.5
в.6
в.7
с.1
Способность
с.2
с.3
с.4
с.5
с.6
э.1
Эффективность
э.2
э.3
э.4
э.5
э.6
э.7
э.8
Таблица
Признак зрелости
Требования к потребителям процесса расписаны и известны участникам процесса
На основании описанных требований определены выходы для потребителя процесса
Разработана документация, регламентирующая деятельность в рамках процесса
(должностные инструкции, положения и т.д.)
Существует обратная связь с потребителем процесса
В рамках процесса осуществляется анализ практических навыков и теоретической
подготовки аттестуемого
Требования потребителя трансформированы в выходные показатели процесса, демонстрирующие выполнение этих требований
Разработана документация процесса, определяющая порядок сбора и анализа данных
о выходных показателях процесса
Анализ выходных показателей процесса введен в постоянную практику
Управление процессом осуществляется на основе анализа входных данных с последующими корректирующими действиями
Участники процесса наделены полномочиями и ресурсами для поддержания в рамках требований выходных показателей
При осуществлении корректирующих действий проводится анализ конечных данных
для поиска причин несоответствий
Выходные показатели процесса находятся в установленных потребителем границах
Внутренние показатели процесса, влияющие на его результирующие показатели,
измеряются и анализируются
Входные показатели процесса, влияющие на его результирующие показатели, анализируются
На практике реализуется стратегия предупреждения несоответствий (предупреждающие действия): управление процессом, т.е. поддержание его результирующих
показателей в границах требований, осуществляется на основе измерения и анализа
входных и внутренних показателей процесса
Участники процесса наделены полномочиями и ресурсами для мероприятий по изменению результирующих показателей в соответствии с целями качества
Улучшение процесса осуществляется мероприятиями в отношении факторов,
влияющих на результирующие показатели процесса (способность процесса к улучшению качества)
Регистрируется заметная тенденция роста удовлетворенности потребителей процесса
его результирующими характеристиками
Деятельность, не добавляющая ценности для потребителя процесса и организацииисполнителя, выявлена, устранена или минимизирована с помощью мероприятий
Деятельность, не добавляющая ценности для потребителя процесса, но необходимая
организации-исполнителю, выявлена и минимизирована с помощью мероприятий
Проблемные места процесса после их выявления и минимизации находятся под
управлением
Участники процесса количественно оценивают влияние изменений процесса на его
эффективность
Существует практика быстрого распространения внутри процесса информации об
изменениях требований потребителей
Внедрена постоянно действующая система обучения участников процесса новым
перспективным направлениям в сварочном производстве, повышающим качество
Определяются действия, способные повысить удовлетворенность потребителя
Управление изменениями введено в постоянную практику
103
Результат
оценки
Обозначение признака зрелости
Уровень зрелости
процесса
Шкала оценки зрелости процесса аттестации сварщиков
10-15
13-21
12-18
16-24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
4. Определение с помощью комбинаторно-морфологического метода системного
анализа оптимальных технических решений по усовершенствованию процессов аттестации с целью достижения желаемого уровня зрелости процессов.
5. Разработка документированных процедур (информационных карт) процессов,
обеспечивающих реализацию выбранных в предыдущем пункте оптимальных решений по
совершенствованию процессов.
На рис. 6 представлена блок-схема алгоритма определения с помощью комбинаторно-морфологического метода [5] оптимальных технических решений по усовершенствованию процессов аттестации сварочного производства.
1. Построение морфологической таблицы,
соответствующей выбранному уровню
декомпозиции SADT-модели процесса
2. Определение альтернатив технических
решений по каждой строчке морфологической таблицы (подпроцессу SADTмодели) альтернатив улучшения подпроцесса
3. Определение критериев и целевой
функции для выбора оптимальных технических решений по улучшению процесса
нет
4. Поиск оптимального технического решения по улучшению
процесса
найдено
5. Оформление (документирование) оптимального технического решения
Рис. 6. Блок-схема алгоритма определения оптимальных технических решений по совершенствованию процессов аттестации сварочного производства
комбинаторно-морфологическим методом
Описанный методический подход к управлению качеством процессов аттестации,
основанный на функциональном SADT-моделировании и оценке зрелости процессов, создает предпосылки для проведения результативной работы по улучшению процессов аттестации сварочного производства. При этом формируется основа для сравнения процессов,
определяются характеристики, необходимые для создания «хороших» процессов, и появляется возможность правильно выбрать стратегии их улучшения.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Краевский, Э.А. Процессы жизненного цикла продукции в системах менеджмента качества. Специальные технологические процессы / Э.А. Краевский, В.П. Скрипко, А.А. Горбачев // НИСОНГ. – 2003. – №
2. – С. 27-30.
2. Аттестация сварщиков и специалистов сварочного производства: сб. док.: сер. 03. – М.: Промышленная
безопасность, 2006. – Вып. 18. – 140 с.
3. Оценка и аттестация зрелости процессов создания и сопровождения программных средств и информационных систем (ISO/IEC TR 15504-CMM) / пер. с англ. А.С. Агапова, С.В. Зенина, Н.Э. Михайловского,
А.А. Мкртумяна. – М.: Книга и бизнес, 2001. – 348 с.
4. Методика оценки систем качества образовательных учреждений. – СПб.: Изд-во ЛЭТИ, 2007. – 71 с.
5. Андрейчиков, А.В. Компьютерная поддержка изобретательства / А.В. Андрейчиков, О.Н. Андрейчикова.
– М.: Машиностроение, 1998. – 476 с.
Материал поступил в редколлегию 2.09.10.
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 658.562: 338.012
Д.И. Булатицкий
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЗНАНИЯМИ В СИСТЕМЕ МЕНЕДЖМЕНТА
КАЧЕСТВА СТАНКОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 1
Рассмотрены принципы построения системы управления знаниями в области качества на
станкостроительном предприятии, модели представления и алгоритмы приобретения знаний в СУЗ.
Предложен алгоритм улучшения процессов системы менеджмента качества на основе унифицированной
информационной карты процесса.
Ключевые слова: система менеджмента качества, система управления знаниями, станкостроение,
информационная карта процесса.
ТРЕБОВАНИЯ
УДОВЛЕТВОРЁННОСТЬ
ЗАИНТЕРЕСОВАННЫЕ СТОРОНЫ
ЗАИНТЕРЕСОВАННЫЕ СТОРОНЫ
Разработка, внедрение и сертификация систем менеджмента качества (СМК)
на станкостроительных предприятиях осуществляется на основе международного стандарта ISO 9001 [1]. Для повышения влияния СМК на успех в бизнес-деятельности предприятий Международной организацией по стандартизации (ISO) разработаны рекомендации в виде стандарта ISO 9004:2009 «Управление с целью достижения устойчивого успеха
организации - Подход с точки зрения менеджмента качества». В этом международном
стандарте имеются требования (6.7.1 и 6.7.2) о том, что организация должна установить и
поддерживать процессы менеджмента знаний. Однако стандарт ISO 9004:2009, в явном
виде поднимая вопрос об управлении знаниями, содержит лишь общие рекомендации по
его организации. Поэтому для реализации этих рекомендаций требуется дополнительная
научная проработка.
В данной статье предлагается методический подход к построению системы управления знаниями (СУЗ) как подсистемы СМК станкостроительного предприятия, рассматриваются функции и архитектура СУЗ, модели представления и алгоритмы приобретения
знаний в рамках СМК.
Принципы построения системы управления знаниями. СУЗ играет роль информационной инфраструктуры СМК и обеспечивает её процессы необходимыми информационными ресурсами. Для отраПОСТОЯННОЕ УЛУЧШЕНИЕ
СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА
жения применения СУЗ в СМК
предлагается дополнить модель из
стандарта ИСО 9001-2008, как поОТВЕТСТВЕННОСТЬ
РУКОВОДСТВА
казано на рис. 1.
Для использования системы
управления знаниями в организации требуется совместное, взаиИЗМЕРЕНИЕ,
СИСТЕМА
МЕНЕДЖМЕНТ
АНАЛИЗ,
УПРАВЛЕНИЯ
мосвязанное и структурированное
РЕСУРСОВ
ЗНАНИЯМИ
УЛУЧШЕНИЕ
представление фактических данных, опыта решения конкретных
задач
и
общих
знаний
о предметной области. ПредлагаПРОДУКТ
ПРОЦЕССЫ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
ется СУЗ, удовлетворяющая переПРОДУКЦИИ
Вход
Выход
численным требованиям. На рис. 2
представлена структурная модель
СУЗ, определяющая принципы её
Рис. 1. Модель СМК, учитывающая
построения [2].
управление знаниями
________________
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (контракт № П770 от 20.05.10).
1
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Как видно из рис. 2, ядром СУЗ является многомерное корпоративное хранилище
знаний по качеству. Хранилище должно обеспечивать быстрый и удобный поиск, а также
хранение разнородных информационных ресурсов. При своей работе СУЗ должна формировать два потока знаний. Во-первых, она обогащает хранилище, извлекая знания из различных источников. Во-вторых, система доставляет знания пользователям по их запросам
или «по своей инициативе», определив по косвенным признакам потребность в имеющихся знаниях.
Рис.2. Структурная модель СУЗ
Одной из наиболее сложных практических задач при построении СУЗ в организации
является формирование базы знаний. Предлагается накапливать знания (опыт) как результат решения текущих задач различных специалистов с помощью средств, предоставленных подсистемой работы с фреймами. Другие средства СУЗ должны обеспечивать возможность доступа к имеющимся знаниям. При этом предпочтительным является не поиск
знаний по запросу пользователя СУЗ, а автоматическое предоставление релевантных решаемой задаче знаний, найденных с помощью подсистемы работы с онтологиями.
Приобретение знаний системой также осуществляется с помощью подсистемы поиска, извлечения, структурирования и систематизации знаний. Различные модули данной
подсистемы предназначены для анализа различных источников и выявления различных
моделей представления знаний.
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Информационные ресурсы в хранилище подразделяются на три вида: данные, информация, знания. Общепринятых определений этих понятий не существует, поэтому в
данной статье они трактуются следующим образом. Данные – факт (показатель), значение
которого (обычно цифровое) однозначно определяется фиксированным набором измерений. Информация – это формализованный каким-то образом текст на естественном языке,
которым описываются свойства и характеристики анализируемых объектов. Знания – это
правила, процедуры и методы решения задач и проблем в области качества, потребность в
решении которых возникает в организации.
В качестве основного структурного элемента знаний в хранилище используется понятие фрейма знаний, который в обобщенном виде может быть представлен следующим
кортежем:
(1)
F ≡< H , C , L >,
где F – фрейм знаний; H – иерархия целей, подцелей (критериев) и альтернатив; С – формализованное описание относительной важности элементов иерархии H; L – отображение
из множества имен слотов и факторов в множество формализованных описаний, составляющих информацию в хранилище СУЗ.
Предлагается все элементы каждого уровня объединять в слоты фрейма и обозначать
некоторым собирательным термином. Тогда иерархию H можно представить следующим
образом:
H ≡< S 0 {S1 ( E11 , E21 ,..., En11 ){S 2 ( E12 , E 22 ,..., E n22 )...{S i ( E1i , E2i ,..., E nii )...
...{S k −1 ( E1k −1 , E2k −1 ,..., Enkk −−11 ){S k ( A1 , A2 ,..., Am )}...} >,
где S 0 – суперцель задачи (желаемое будущее, потребность, наименование проблемы и т.
п.); S i – имя i-гo слота (составная часть фрейма, соответствующая i-му уровню иерархии),
i=l, 2, ..., k; S i , ... , S k - цели и подцели задачи; E j i – j-й элемент слота S i на i-м уровне иерархии, обозначающий фактор (критерий, показатель), влияющий на достижение стоящей
выше по иерархии цели; А 1 , А 2 , ... , А m – выбираемые альтернативы решения задачи (проблемы); k – число уровней иерархии (слотов фрейма); ni – число элементов (факторов)
в i-м слоте (на i-ом уровне иерархии); m – число альтернатив; {,} – фигурные скобки, означающие иерархическую зависимость между элементами, принадлежащими разным уровням иерархии.
Фрейм (1) из «рамки» превращается в конкретное знание путем обозначения (наименования) суперцели S 0 и «означивания» слотов (S 1 , ... ,S k ), т.е. присвоения их элементамфакторам {Е} конкретных значений, связывания с ними той или иной информации из хранилища (возможно, его при этом нужно будет пополнять).
После построения структуры иерархии H необходимо обозначить относительную
важность её элементов. Для этого в данной работе используются матрицы парных сравнений (МПС). Затем по команде пользователя СУЗ выполняет иерархический синтез, т.е.
определяет результирующий вектор предпочтительности альтернатив относительно фокуса иерархии. Предварительно проверяется, каждая ли МПС заполнена, по формулам вычисляются все векторы приоритетов и проверяется однородность суждений эксперта (если
однородность суждений признаётся неудовлетворительной, следует предложить эксперту
уточнить значения МПС). Таким образом, СУЗ осуществляет переход от матриц парных
сравнений к векторам приоритетов альтернатив {A} и факторов {E} относительно стоящих
выше по иерархии элементов. Следовательно, фрейм знаний (1) может быть представлен в
виде графа:
G F =(E, W),
(2)
где Е – множество вершин графа, которое соответствует элементам-факторам {Е} иерархии; W – множество взвешенных ребер графа, которое соответствует отношениям предпочтения между элементами-факторами {Е}, находящимися на разных уровнях иерархии.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Отображение всех рёбер графа нецелесообразно из-за большого числа связей. Обычно
граф (2) изображается в виде структурной схемы иерархии. Однако некоторого повышения наглядности можно добиться путём визуализации (например, жирностью линий, отображающих рёбра) относительной важности (предпочтительности) элементов нижележащего уровня относительно выбранной вершины.
При использовании фрейма знаний (1) гиперкуб знаний многомерного хранилища
СУЗ определяется шестью базовыми осями измерений (участники, организация, продукция, процессы, время, кадры), определенными ранее. Каждая ячейка этого гиперкуба, получающаяся на пересечении базовых осей, представляет собой множество ранее решенных задач в виде вектора фреймов (1). Иначе говоря, ячейка гиперкуба знаний представляет собой «книгу» из «страниц» (1), «нанизанных» на ось проблем S 0 .
Функции системы управления знаниями. Функции СУЗ заключаются в обеспечении результативности и эффективности процессов менеджмента качества. Схема на рис.3
иллюстрирует функции СУЗ в СМК станкостроительного завода.
ПРОЦЕССЫ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА
Реализация ответственности руководства в СМК
Работа с потребителями
Проектирование и разработка
Технологическое обеспечение производства
Метрологическое обеспечение производства
Обеспечение производства материалами и изделиями
Планирование и организация производства
Сохранение соответствия продукции
Гарантийное и послегарантийное обслуживание
Мониторинг технологической подготовки производства
ОНТОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Управление улучшениями
Концепты документов ИКП
Управление документацией
Решение задач улучшения процессов
Фреймовые модели улучшения процессов
ФРЕЙМОВЫЕ МОДЕЛИ ЗАДАЧ
Управление человеческими ресурсами
Проектирование информационных карт процессов
Внутренние аудиты
Контроль и испытания продукции
Управление несоответствующей продукцией
Рис. 3. Функции СУЗ в СМК станкостроительного завода
Фреймовые модели задач стратегического планирования в СМК организации.
Для выполнения требований стандартов ИСО 9000 формирование политики в области качества в организации следует организовать в виде трёх последовательно выполняемых
процессов[3]: стратегический маркетинг организации, самооценка организации и определение стратегии развития организации с учетом интересов всех заинтересованных сторон.
Как правило, первые два этапа позволяют сформулировать несколько вариантов
возможных стратегий. В дальнейшем необходимо с учётом удовлетворённости всех заинтересованных сторон последовательно решить следующие задачи:
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
1. Формулирование назначения (миссии) организации на основе результатов стратегического маркетинга.
2. Определение видения организации.
3. Определение стратегии развития.
4. Определение ключевых направлений деятельности организации в отношении повышения удовлетворенности каждой из заинтересованных сторон.
5. Определение конкретных, измеримых целей и принципов работы организации в
области качества для реализации ключевых направлений политики.
6. Формирование на основе политики и целей в области качества ассортиментной
стратегии, бизнес-плана и перспективной программы развития организации.
Решение поставленных задач весьма затруднительно, так как оно отличается многоальтернативностью, многокритериальностью и нечёткостью, а также требует учёта порой
противоречивых мнений разных лиц, участвующих в принятии решения. В разрабатываемой СУЗ такие задачи предлагается решать на основе фреймов (1) [4].
Рассмотрим решение данных задач на примере выбора миссии организации. При выборе миссии, оптимальной с точки зрения всех заинтересованных сторон, в иерархии
фрейма можно использовать следующие слоты: S 0 (фокус) – «Удовлетворённость всех заинтересованных сторон», S 1 – «Акторы» и S 2 – «Альтернативы».
После добавления слотов для представления относительной важности C элементов
иерархии H и ссылок L из множества имен слотов и терминалов во множество формализованной информации хранилища получим фрейм, который графически может быть представлен в виде схемы (рис. 4). Для упрощения рисунка рёбра, соединяющие узлы иерархии, не показаны.
F H
S0 Суперцель
Удовлетворённость всех заинтересованных сторон
S1 Акторы
ПОТРЕБИТЕЛИ
ОБЩЕСТВО
РУКОВОДСТВО
РАБОТНИКИ
ПОСТАВЩИКИ
S2 Альтернативы
МИССИЯ 1
МИССИЯ 3
МИССИЯ 2
МИССИЯ 4
C
L
Рис. 4. Фрейм задачи выбора миссии организации
После выполнения процедуры иерархического синтеза в качестве миссии организации следует выбрать альтернативу, которой в результирующем векторе приоритетов соответствует наибольшее значение.
Фреймовые модели улучшения процессов СМК организации. В качестве исходной базы решения данной задачи предлагается модель унифицированной информационной карты процесса (ИКП), структурная схема которой представлена на рис.5 [4].
Информационная карта процесса обычно содержит сведения о руководителе и назначении процесса, результатах процесса и их потребителях, внешних поставщиках и входах процесса, видах деятельности в рамках процесса, об управлении и ресурсах [5].
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
При выборе мероприятия по улучшению процесса целесообразно построение иерархии с фокусом «Улучшение процесса XXX», где XXX – название процесса.
Слот альтернатив может быть заполнен на основе приложения Б информационной
карты процесса, в котором перечислены рекомендуемые мероприятия. Конечно, эксперт
со своей стороны должен иметь возможность расширить этот перечень и рассмотреть дополнительные альтернативы.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Руководитель процесса
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЦЕССА
И ИХ ПОТРЕБИТЕЛИ
Назначение процесса
Результаты
процесса
Потребители
процесса
Требования потребителей к
результатам процесса
3. ВНЕШНИЕ ПОСТАВЩИКИ
И ВХОДЫ ПРОЦЕССА
Входы
процесса
Поставщики
процесса
Требования
к входам
4. ВИДЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В РАМКАХ
ПРОЦЕССА, УПРАВЛЕНИЕ И
ТРЕБУЕМЫЕ РЕСУРСЫ
Виды деятельности в
рамках процесса
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Планирование процесса
Период планирования
Цели процесса
Период
планирования
Цели процесса,
направленные на
достижение
установленных
результатов
Показатели
достижения целей
процесса
Измеримые
значения для
показателей
достижения
целей процесса
Регламентирующая документация
Используемые записи
Требуемые ресурсы
Единицы измерения
Значения на начало периода
Целевые значения на конец периода
Способ измерения
Метод анализа
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Мероприятия по улучшению процесса
Факторы, влияющие на
изменение показателей
достижения целей
Мероприятия,
направленные на
изменение значений
влияющих факторов
Срок исполнения
Ответственный
Должность
ФИО
Дополнительные ресурсы
Рис. 5. Структурная схема унифицированной ИКП
Слоты промежуточных уровней также могут быть построены на основе данных информационной карты. Так, в приложении А информационной карты перечислены цели
процесса, которые можно использовать как критерии при оценивании альтернатив. В этом
же приложении перечисляются измеряемые показатели достижения целей процесса. Они
могут быть при необходимости взяты в качестве подкритериев. Описанный алгоритм может быть представлен в виде блок-схемы, изображённой на рис. 6.
Построенный в результате выполнения предлагаемого алгоритма фрейм представлен
в виде схемы на рис. 7. После синтеза результирующего вектора приоритетов в зависимости от имеющихся ресурсов для улучшения рассматриваемого процесса может быть выбрано одно или несколько наиболее предпочтительных мероприятий.
Рассмотрим решение поставленной задачи на примере улучшения процесса проектирования и разработки продукции станкостроительного предприятия.
От качества проведения конструкторских разработок зависит технологичность производства и потребительские качества продукции. Поэтому обеспечение качества проектирования и разработки продукции является одной из важнейших задач станкостроительного предприятия. Эта задача в соответствии с процессным подходом и принципом постоянного улучшения, рекомендованными стандартами семейства ISO 9000, может быть
сформулирована как постоянное улучшение процесса проектирования и разработки продукции.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Вначале на основе руководства по качеству строится информационная карта процесса проектирования и разработки продукции. При заполнении приложений А, Б и В данной
карты также может быть использован учебник [6].
В соответствии с предложенной методикой построенная карта становится основой
улучшения процесса проектирования и разработки продукции и служит источником альтернатив и критериев в задаче выбора мероприятий по его улучшению.
Структура фрейма (1) задачи выбора мероприятий по улучшению процесса проектирования и разработки продукции приведена на рис. 8. После заполнения матриц парных
сравнений и выполнения иерархического синтеза получены значения итогового вектора
приоритетов для альтернатив. Эти значения на рис. 8 приведены в овалах.
Как видно из рис. 8, наиболее предпочтительными для улучшения процесса проектирования и разработки продукции признаны мероприятия «Организация работы DFMEAкоманды на этапе конструирования» и «Организация работы PFMEA-команды на этапе
разработки технологии».
Улучшение процесса P
Создать новый фрейм F < S0 = «Улучшение процесса»+Name(P);
S1 = «Критерии»; S2 = «Подкритерии»; S3 = «Альтернативы» >
Заполнить S1 целями из
приложения А унифицированной
информационной карты процесса P
НЕТ
Подкритерии требуются
ДА
Удалить S2
Заполнить S2 показателями
достижения целей из приложения А
унифицированной информационной
карты процесса P
Заполнить S3 мероприятиями из
приложения Б унифицированной
информационной карты процесса P
Заполнить матрицы парных сравнений
Выполнить иерархический синтез
Выбрать в качестве решения мероприятия, которым соответствуют
наибольшие значения итогового вектора приоритетов
Конец
Рис. 6. Алгоритм улучшения процесса на основе унифицированной ИКП
Онтологические модели представления знаний в СУЗ по качеству. Удобство и
эффективность разрабатываемой на предприятии СУЗ зависят не только от заложенных в
её ядро принципов и предоставляемых инструментов, но также в значительной степени от
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
используемой модели предметной области. Предлагается в СУЗ станкостроительного
предприятия в качестве такой модели использовать онтологию [7].
F H
S0 Суперцель
Улучшение процесса XXX
S1 Критерии процесса XXX (из приложения А)
КРИТЕРИЙ 1
КРИТЕРИЙ 3
КРИТЕРИЙ 2
КРИТЕРИЙ 4
S2 Подкритерии процесса XXX (из приложения А)
ПОДКРИТЕРИЙ 1
ПОДКРИТЕРИЙ 2
ПОДКРИТЕРИЙ 3
S3 Альтернативы (из приложения Б)
МЕРОПРИЯТИЕ 1
МЕРОПРИЯТИЕ 2
МЕРОПРИЯТИЕ 3
C
L
Рис. 7. Фрейм задачи выбора мероприятия по улучшению процесса
FH
Улучшение процесса
«Проектирование и разработка продукции»
S0 Суперцель
S1 Критерии
Разработка и утверждение
плана
развития
науки и
техники
Периодическая проверка
и оценка
проекта на
этапах его
разработки и
изготовления
Организация и координация
проведения
НИОКР
Выпуск приказа, регламентирующего ход
выполнения процесса
проектирования, разработки и изготовления опытного
(головного) образца
Организация
мероприятий
по изменению
проекта и
контроль их
реализации
Организация
и проведение
доводочных
испытаний
опытных
(головных)
образцов
Согласование
требований с
поставщиками
материалов и
комплектующих
изделий для
изготовления
новой продукции
S2 Подкритерии
C
0,09
0,03
0,14
0,05
Составление плана
управления качеством
в системе APQP
0,09
Выделение ключевых
показателей,
характеристик
продукции и
процессов в системе
APQP
0,19
Анализ
измерительных
систем (MSA)
0,21
Степень выполнения плана
по созданию новой или
модернизации старой
продукции
Соответствие
выходных проектных
данных входным
Регулирование
технологического
процесса в реальном
масштабе времени
0,04
Анализ
технологических
процессов с помощью
карт Шухарта
Создание
концепции
будущего
продукта
на основе
применения
методологии
QFD,
анализ «голоса
потребителя»
0,16
Организация работы
PFMEA-команды на
этапе разработки
технологии
S3 Альтернативы
Соблюдение номенклатуры
процедур, регламентированных
процессом
Организация работы
DFMEA-команды
на этапе
конструирования
Сроки стадий
проектирования
и разработки
Методические сборы
(семинары,
конференции)
Процент
разработок,
выполненных
в срок
L
Рис. 8. Фрейм задачи выбора мероприятий по улучшению процесса проектирования и разработки
продукции станкостроительного предприятия
Таким образом, разработанный подход позволяет построить систему управления
знаниями, способную стать основой повышения эффективности системы менеджмента
качества станкостроительного предприятия.
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Насиковский, И.А. Влияние системы менеджмента качества ИСО 9001 на развитие отечественного
станкостроения / И.А. Насиковский // Металлообработка. – 2002. - №4. – С. 4-6.
Мирошников, В.В. Система управления знаниями в области качества / В.В. Мирошников,
Д.И. Булатицкий // Информационные технологии. – 2006. – №7. – С. 16-22.
Горленко, О.А. Создание системы менеджмента качества в организации: монография / О.А. Горленко,
В.В. Мирошников. – М.: Машиностроение-1, 2003. – 126 с.
Булатицкий, Д.И. Фреймовые модели задач в СМК организации / Д.И. Булатицкий // Математическое
моделирование и информационные технологии: сб. науч. тр. / под ред. В.К. Гулакова и
А.Г. Подвесовского. – Брянск: БГТУ, 2009. – С. 104-113.
Типовая система качества вуза: информационные карты процессов: сб. норматив.-метод. материалов /
сост. О.А. Горленко. – Брянск: БГТУ, 2009. – 164 с.
Горленко, О.А. Управление качеством в производственно-технологических системах: учебник / О.А.
Горленко, В.В. Мирошников, Н.М. Борбаць. – Брянск: БГТУ, 2009. - 312 с.
Мирошников, В.В. Онтологическая модель системы управления знаниями в области качества /
В.В. Мирошников, Д.И. Булатицкий // Вестн. БГТУ. – 2009. - № 4. – С. 100-106.
Материал поступил в редколлегию 9.07.10.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 658.562
Т.В. Школина
СОЗДАНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА,
БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ОРГАНИЗАЦИИ 1
Предложен методологический подход к созданию интегрированной системы менеджмента качества, безопасности труда и окружающей среды в организации.
Ключевые слова: качество, безопасность труда, охрана окружающей среды, интегрированные системы менеджмента.
Каждая организация существует одновременно в нескольких средах, предъявляющих свои требования к ее функционированию. Во-первых, организация должна выпускать
продукцию, пользующуюся спросом у потребителя, запросы которого постоянно растут
(решение этой задачи обеспечивается менеджментом качества (ГОСТ Р ИСО 9001-2008)).
Во-вторых, организация должна создать персоналу условия для производительного и
безопасного труда с помощью менеджмента профессиональной безопасности и защиты
здоровья сотрудников (международный стандарт OHSAS 18001:2007, межгосударственный стандарт ГОСТ 12.0.230-2007). Промышленное предприятие не может находиться вне
природной среды, а значит, должно управлять своим воздействием на нее, используя систему экологического менеджмента, соответствующую требованиям стандарта ГОСТ Р
ИСО 14001-2007. Поэтому организации, помимо внедрения системы менеджмента качества (СМК), разрабатывают системы управления охраной труда, промышленной безопасностью, системы экологического менеджмента и т.д.
Наличие в организации нескольких обособленных систем менеджмента приводит к
разобщенности действий и не дает возможного положительного эффекта, поэтому в России и за рубежом с каждым годом возрастает стремление к интеграции систем менеджмента качества. Несмотря на это, методы разработки интегрированных систем носят в основном концептуальный и обобщенный характер. Для решения данного вопроса предлагается подход к построению интегрированных систем менеджмента качества предприятий,
основанный на применении современных методов моделирования и оптимизации.
В данной статье под интегрированной системой менеджмента качества (ИСМК) понимается система менеджмента, построенная в полном соответствии с требованиями
ГОСТ Р ИСО 9001-2008, с учетом требований международных стандартов ИСО серии
14000 и OHSAS серии 18000 и требований отраслевых стандартов. В настоящее время не
существует общего стандарта на систему менеджмента, но между стандартами на различные системы менеджмента много общего. Специалисты насчитывают до 80% сходной
деятельности в трех наиболее популярных стандартах менеджмента (ИСО 9001, ИСО
14001, OHSAS 18001). Однако оставшаяся часть требований для реализации требует творческого подхода, поскольку предполагает создание в организации новых механизмов. В
связи с этим необходимо избежать механического объединения требований международных стандартов на менеджмент, так как без учета концепций и принципов, на которых базируются данные стандарты, это может привести к их формальному внедрению. Также
остро стоит проблема эмерджентности требований стандартов, т.е. несводимости свойств
отдельных элементов и систем в целом. Кроме того, обобщенные требования более
Работа выполнена в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (государственный контракт № П770).
1
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
жесткие, чем требования каждой системы в отдельности.
Не менее важной проблемой является то, что интегрированная система менеджмента
должна функционировать как единое целое. Для этого она должна строиться на основе
системного подхода к управлению организацией, позволяющего связать в единое целое
различные аспекты деятельности: обеспечение качества, экологической безопасности и
безопасности труда.
Предлагается методологический подход к созданию интегрированной системы менеджмента (рис. 1), который заключается в следующем. Требования автономных систем
менеджмента сводятся в единый комплекс (каталог) требований к интегрированной СМК.
Далее каждому интегрированному требованию ставятся в соответствие интегрированные
процессы ИСМК, для которых предлагается имитационная модель. На следующем этапе в
соответствии с требованиями каталога разрабатываются документированные процедуры,
предназначенные для координации различных видов деятельности, обеспечивающих эффективное функционирование интегрированной системы.
Рис. 1. Структурная схема методологического подхода
к созданию интегрированной системы менеджмента качества
Системную модель комплекса требований к интегрированной системе (с ядром в виде СМК на самом верхнем уровне), полученного методом слияния требований к автономным системам, можно представить следующей формулой [1; 2]:
T=
5
 Ti ,
(1)
i =1
5
где T – множество всех требований к интегрированной системе;

– символ логиче-
i =1
ской операции объединения множеств; T1 – множество требований к интегрированной
системе в целом; T2 – множество требований к ответственности руководства; T3 – мно116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
жество требований к менеджменту ресурсов; T4 – множество требований к основным
процессам; T5 – множество требований к измерению, анализу и улучшению.
Каждое из множеств Ti требований к интегрированной системе в формуле (1) представляет собой ветвь иерархической системы требований:
Ti =
in
T j ,
(2)
i = i1
где Ti1 , Ti 2 ,…, Tin – множества требований к интегрированной системе соответственно
на первом, втором и так далее до in-го уровня иерархии при декомпозиции множества
требований Ti .
Каждое из множеств T j ∈ {Ti1 ,Ti 2 ,...,Tin } на j-м уровне иерархии, в свою очередь,
представляется в виде объединения конкретных требований из соответствующих пунктов
международных и национальных стандартов, регламентирующих объединяемые системы
менеджмента.
Для осуществления автоматизированного синтеза интегрированных требований
предлагается язык формализованного описания требований, построенный на основе реляционного языка представления знаний в системах искусственного интеллекта [3].
Формально структуру предлагаемого языка Я Т можно представить в виде объединения восьми функциональных классов (множеств) элементов языка:
(3)
ЯТ = V ∪ I ∪ R ∪ P ∪ K ∪ N ∪ M ∪ O ,
где V – понятия; I – имена; R – отношения; P – императивы; K – квантификаторы; N
– модификаторы; M – модальности; O – оценки.
Основанием (базой) языка Я Т являются слова и словосочетания, содержащиеся в
международных и национальных стандартах, которые используются при построении интегрированных СМК (ГОСТ Р ИСО 9001-2008, ГОСТ 12.0.230-2007, ГОСТ Р ИСО 140012007 и др.).
Предлагаются следующие формализованные методы формирования интегрированного требования к ИСМК:
• Выбор интегрированного требования методом кластерного анализа. Формирование
каждого из требований в соответствии с формулами (1-2) модели совокупности требований представляет собой сложную задачу выбора в условиях неопределенности и противоречивости исходных данных. Для решения этой задачи предлагается кластерный анализ
требований при их слиянии в интегрированный комплекс, который проводится по методике, основанной на использовании идей классификационных построений при кластерном
анализе технических решений [4] и включающей следующие этапы:
1. Формируется множество Т = { τ 1 , τ 2 , τ 3 } сравниваемых требований на выбранном
уровне математической модели совокупности требований к ИСМК. Рассматриваются три
требования: τ 1 – требование из ГОСТ Р ИСО 9001-2008; τ 2 – требование из ГОСТ Р ИСО
14001-2007; τ 3 – требование из ГОСТ 12.0.230-2007.
2. Составляется вектор характеристик (признаков) требования, который представляет собой множество признаков Z = { z1 , z 2 ,…, z12 }, описывающих сравниваемые требования. Здесь ( z1 - z 3 ) – виды требований (комплекс требований, комплексное требование,
единичное требование); ( z 4 - z 5 ) – виды объектов применения требования: единичный
объект (состоит из одного элемента) или множественный объект (состоит из двух и более
элементов); z 6 включает в себя подмножество ( m1 - mk ) – перечень объектов, на которые
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
распространяется это требование; ( z 7 - z 8 ) – виды субъектов требования (субъект – лицо
(предмет), которое выполняет действия, заключенные в требовании): единичный субъект
и множественный субъект (аналогично объектам применения требования); z 9 включает в
себя подмножество ( s1 - sl ) – перечень субъектов требования; z10 включает подмножество
( z1 - z m ) – перечень сущностей требования (смысл требования, его краткая формулировка);
z11 включает подмножество ( w1 - wn ) – перечень ключевых слов в формулировке требования; z12 – преобладающая часть речи в формулировке требования. Более целесообразно в
качестве таких частей речи рассматривать имя существительное и глагол, так как они наиболее часто встречаются в формулировках требований.
3. Формируется множество символов x ij ∈ {0,1} наличия признаков z i у требований τ
,j т.е. x ij =1, если i-й признак есть y j-го требования, в противном случае x ij = 0.
Все эти три множества представляются в виде матрицы образов требований, имеющей 3 столбца (обозначаются τ 1 , τ 2 и τ 3 ) и р строк (обозначаются z 1 , z 2 ,..., z12 ). Информационным содержанием этой матрицы являются символы х ij , т.е. указания о присутствии или отсутствии каждого из учитываемых признаков в рассматриваемых требованиях. При этом если i-й признак присутствует у j-го требования, то на пересечении i-й строки и j-го столбца помещается 1 (x ij = 1), в противном случае – 0 (x ij =0).
4. Рассчитываются меры сходства требований по формуле
p
2 ∑ xi 1 ⋅ x i 2
i =1
C( S1 , S 2 ) =
p
p
i =1
i =1
.
∑ xi1 + ∑ xi 2
5. Рассчитываются меры включения одного требования в другое:
p
p
∑ xi1 ⋅ xi 2
∑ xi1 ⋅ xi 2
W ( S1 , S 2 ) = i = 1
p
;
∑ xi 2
W ( S 2 , S1 ) = i = 1
p
.
∑ xi1
i =1
i =1
6. Проводится комплексный сравнительный анализ вычисленных мер сходства и
включения. При этом используются следующие численные критерии:
– степень сходства требований: C (τ i , τ j ) ≥ ∆ c;
– степень включения требований: W (τ i , τ j ) ≥ ∆ w.
Здесь ∆ с , ∆ w – численные значения критериев соответственно сходства и включения требований, которые задаются экспертным путем.
Анализ проводится следующим образом. Сначала выявляется наибольшая мера
сходства и определяются требования, наиболее сходные друг с другом. Затем определяется наименьшая мера сходства и выявляется, какие требования наименее сходны. При
сравнении результатов исследований составляется приоритет важности требований, т.е.
определяется, какое требование стоит на первом месте по важности, какое – на втором и
т.д.
7. На основе полученных результатов и комплексного сравнительного анализа формулируется единое требование к ИСМК (выбирается наиболее подходящее из сравниваемых требований или формируется одно, аккумулирующее в себе суть сравниваемых требований).
• Выбор интегрированного требования на основе применения индексов для сравне118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ния нечетких множеств. Использованные при кластерном анализе характеристики (признаки) требований (комплексность, множественность объекта требования и др.) отражают
структуру требования, но не раскрывают его лингвистическое содержание, которое необходимо учитывать при формировании интегрированного требования.
Любое требование к интегрированной системе с лингвистической точки зрения
представляет собой языковую конструкцию типа Я Т (3), а с математической точки зрения
– лингвистическую переменную из теории нечетких множеств [5]. Используя язык Я Т
описания требований, можно выделить следующий набор (вектор) лингвистических
свойств требования:
(4)
X = {b , d , g , i , r , p , k , n , m , o} ,
где b , d , g – насыщенность требования соответственно понятиями-классами, понятиямипроцессами и понятиями-состояниями; i – степень идентификации понятий именами; r –
разнообразие типов отношений между элементами требований; p – жесткость императивов требования; k , n , m , o – наличие в требовании соответственно квантификаторов, модификаторов, модальностей, оценок.
Свойства требования (4) являются многозначными. Поэтому каждое требование может быть представлено как нечеткое множество следующим образом. Каждому требованию T может быть поставлено в соответствие нечеткое множество A , такое, что для любого свойства x ∈ X µ A ( x ) ∈ [0 , 1] , где µ A ( x ) – степень принадлежности свойства x требованию T .
Предложены следующие формулы для вычисления индекса несовпадения I ( A, B )
одного требования, представленного нечетким множеством A , с другим требованием,
представленным нечетким множеством B , индекса частичного совпадения требований
PM (A,B) и индекса сходства требований S(A,B):
µ A∪B ( x ) − ∑ µ A ( x )
µ A∩ B ( x )
∑
∑
x∈ X
x∈ X
x∈ X
; PM ( A, B ) =
;
I ( A, B ) =
µ A( x )


∑
min ( ∑ µ A ( x )),( ∑ µ B ( x ))
x∈ X
x∈ X
 x∈X

µ
(
x
)
∑ A∩ B
.
(5)
S ( A, B ) = x∈X
∑ µ A∪ B ( x )
x∈ X
Сравнивая индексы несовпадения, частичного совпадения и сходства различных
требований к ИСМК, можно сформировать единое требование для интегрированной системы (выбирается наиболее подходящее из сравниваемых требований или формулируется
одно интегрированное требование, которое аккумулирует в себе смысл сравниваемых
требований).
• Формирование интегрированного требования на основе свертки нечетких критериев. Описание требований на языке Я Т и их формализация с помощью нечетких множеств
показали, что каждое из лингвистических свойств в формуле (4) может иметь несколько
лингвистических значений («малое», «значительное», «большое» и т.п.), каждое из которых должно формально представляться не числом ( µ A ( b ) = 0 ,8 , µ A ( d ) = 0 ,1 и т.п.), а нечеткой переменной в виде нечеткого множества. В связи с этим для более точного формирования интегрированных требований предлагается метод, основанный на свертке нечетких критериев. Каждый альтернативный вариант интегрированного требования к ИСМК
будем оценивать лингвистическим векторным критерием, включающим десять лингвистических переменных:
< X j ,T ( X j ),U Xj ,G Xj , M Xj > , j=1,…,10,
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
где Х j – названия переменных; Т(Х j ) – наборы первичных термов-значений; U Xj – описания областей определения; G Xj – синтаксические правила; M Xj ( x j ) ( x j ∈ T ( X j )) –
функции принадлежности нечетких множеств.
Для решения поставленной задачи выбора составляется таблица словесных альтернативных описаний. Будем рассматривать I альтернативных вариантов требований к
ИСМК, которые обозначим А 1 ,…, А I . Пусть х ij – оценка исхода альтернативы А i по лингвистическому критерию X j ( xij ∈ T ( X j )) . В таблице в столбце «Требования» приводим
наименования альтернатив А 1 ,…, А I , а в остальных столбцах – оценки их исходов по лингвистическим критериям Х 1 ,…, Х 10 . Лицо, принимающее решение, формулирует техническое задание на формирование интегрированного требования следующим образом: «Выбрать требования, чтобы интегрированное требование имело набор характеристик, определяемый векторной лингвистической оценкой x * = x *j x *j ∈ T ( X j ), j = 1,...,10 ».
{
}
Роль условия выбора Q j в данной постановке задачи играет условие соответствия
оценок xij предпочтению x*j ( j = 1,...,10 ) . На основании этого можем построить нечеткие
критерии С j по следующему правилу:
µ Cj ( Ai ) = S ( M Xj ( x*j ) , ( M Xj ( xij )) , i=1,…,I, j=1,…,10,
где S(A, B) – нормированный индекс сходства нечетких множеств А и В, имеющий областью значений отрезок [0, 1] и фактически определяющий степень равенства этих множеств.
В качестве нормированного индекса сходства S используем индекс Жаккарда (5).
Оценку альтернатив интегрированного требования по совокупности критериев с учетом
приоритетов вычисляем с помощью взвешенной максимультипликативной свертки по
следующей формуле:
λj
µ D (A∗ ) = max ∏[ µc (Ai )]
n
i =1,..., m
Λ
2
,
j =1
где Λ = λ12 + λ22 + ... + λ2n – евклидова норма вектора Λ .
Для исследования и оптимизации интегрированной системы менеджмента качества
предлагается имитационная модель ИСМК, структурная схема которой приведена на рис.
2 [6].
Блок 1. Расчет критерия оптимальности (целевой функции) ИСМК. Для количественной оценки качества ИСМК используются следующие три единичных показателя:
R – риск нарушения безопасности процессов ИСМК;
P – результативность процессов ИСМК;
Z – относительные затраты на качество процессов ИСМК.
Оптимальность ИСМК предлагается оценивать с помощью целевой функции Q,
представленной в виде следующего комплексного показателя:
ω p P 2 − ωr R 2 − ω z Z 2
Q=
→ max ,
ωr + ω p + ω z
(6)
где ωr , ω p и ω z – весовые коэффициенты единичных показателей R, P и Z.
В соответствии с теорией размерностей комплексировать удобнее безразмерные показатели, поэтому в формуле (6) предварительно переходим к относительным значениям
показателей.
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Рис. 2. Структурная схема имитационной модели ИСМК
Блок 2. Оценка риска нарушения безопасности процессов ИСМК. Риск нарушения
безопасности процессов ИСМК определяется по формуле
R = ПЧР/ПЧР гр ,
где ПЧР – приоритетное число риска (максимальное значение); ПЧР гр – критическая граница приоритетного числа риска.
Приоритетное число риска определяется в соответствии с алгоритмом по формуле
ПЧР = S × O × D ,
где S – балл значимости; O – балл возникновения; D – балл обнаружения.
Блок 3. Определение результативности ИСМК. Результативность ИСМК определяется как средневзвешенная арифметическая частных критериев (п. 8.4 «Анализ данных»
ГОСТ Р ИСО 9001):
P = β 1 P1 + β 2 P2 + β 3 P3 + β 4 P4 ,
где Р 1 – критерий, характеризующий удовлетворенность потребителей качеством продукции (услуг); Р 2 – критерий, характеризующий соответствие продукции (услуг) требованиям; Р 3 – критерий, характеризующий степень выполнения требований стандартов, которым должна соответствовать интегрированная система; Р 4 – критерий, характеризующий
качество продукции поставщиков.
Блок 4. Определение относительных суммарных затрат на процессы ИСМК. Расчет
затрат на процессы ИСМК проводится по методике [7], в соответствии с которой затраты
на качество процесса складываются из четырех групп затрат: предупредительные, затраты
на контроль и испытания, внутренние потери и внешние потери.
Блок 5. Определение входных варьируемых параметров модели. Для проведения исследований с помощью имитационной модели ИСМК необходимо определить входные
варьируемые параметры модели. В качестве варьируемых параметров предлагается использовать уровень зрелости процессов ИСМК. Уровень зрелости организации – это степень, с которой деятельность организации и ее результаты определены, измеряемы и воспроизводимы, способны быть устойчивыми к нежелательным воздействиям, эффективны
и гибки при изменении внешних условий и требований потребителей, а также других заинтересованных сторон.
При оценке уровня зрелости процессов предлагается использовать сплошную шкалу,
где все уровни – «определенность», «воспроизводимость», «способность», «эффективность»
– расположены на одной числовой оси абсцисс.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
На вход имитационной модели варьируемые параметры подаются в виде вектора
X = ( x1 , x2 ,..., xn ) , где xi – уровень зрелости i-го процесса ИСМК; n – число выбранных
для исследования процессов интегрированной системы.
В соответствии с методологическим подходом к созданию ИСМК (рис. 1) документирование является завершающим этапом разработки системы менеджмента. Предлагается методика документирования ИСМК на основе моделей и алгоритмов процедур интегрированных процессов.
При документировании необходимо ориентироваться на требования стандартов, которым должна соответствовать ИСМК, переработанные и изложенные в каталоге требований к системе.
Структура предлагаемой документации включает общие политику и стратегию организации в области качества, экологии и безопасности и общее руководство по интегрированной системе менеджмента. В отличие от политики цели должны быть разработаны
конкретно по каждому направлению деятельности.
Основной пласт документации – это документированные процедуры ИСМК. Это документы, устанавливающие порядок (последовательность) осуществления деятельности в
интегрированной системе. Как правило, процедуры оформляются в виде стандарта организации (СТО). Каждая процедура охватывает логически разделимый компонент интегрированной системы.
СТО разрабатываются в соответствии с программой документирования. Программа
учитывает требования стандартов, которым должна соответствовать ИСМК. Первый блок
«Интегрированные документы» будет самым массивным в программе. В нем должны
быть отражены документы, которые разрабатываются в соответствии с каталогом требований к ИСМК. Также в разрабатываемых системах существуют процессы, которые не
поддаются интеграции или от интеграции которых следует отказаться, с тем чтобы сохранить специфику этих процессов.
При описании процедуры необходимо подчеркивать ее интегрированный характер.
Так, процедура «Анализ со стороны руководства» при разработке интегрированной системы менеджмента качества, безопасности труда и окружающей среды должна включать
выполнение следующих требований: п. 5.6 «Анализ со стороны руководства» ГОСТ Р
ИСО 9001, п. 4.14 «Анализ эффективности системы управления охраной труда руководством» ГОСТ 12.0.230 и п. 4.6 «Анализ со стороны руководства» ГОСТ Р ИСО 14001. С
учетом требований этих стандартов строятся структурная модель и алгоритм интегрированной процедуры. Это позволит систематизировать действия, выполняемые в рамках интегрированной системы, вычленить особенности выполнения работ в отдельных подсистемах менеджмента и в то же время подчеркнуть интегрированный характер процессов.
На основании алгоритма в тексте СТО следует более подробно описать каждый вид деятельности. Такое схематическое представление интегрированных процедур позволит значительно упростить проведение внешнего аудита (в том числе и сертификационного).
Таким образом, последовательно реализуя методологический подход (рис. 1), на
предприятии можно создать эффективно функционирующую интегрированную систему
менеджмента качества, безопасности труда и окружающей среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мирошников, В.В. Теоретические основы построения интегрированных систем менеджмента качества /
В.В. Мирошников, Т.В. Школина // Качество. Инновации. Образование. – 2005. – № 1. – С. 45-52.
2. Мирошников, В.В. Принципы построения интегрированных систем менеджмента качества / В.В. Мирошников, Т.В. Школина // Вестник военного регистра. – 2004. – № 12. – С. 23-35.
3. Поспелов, Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления / Д.А. Поспелов. – М.: Энергоиздат, 1981. – 232 с.
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
4. Андрейчиков, А.В. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения)
/ А.В. Андрейчиков, О.Н. Андрейчикова. – М.: Машиностроение, 1998. – 476 с.
5. Заде, Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений/
Л. Заде. – М.: Мир, 1976. – 167 с.
6. Школина, Т.В. Моделирование интегрированной системы менеджмента опасного производственного
объекта / Т.В. Школина // Вестн. БГТУ. – 2009. – № 3. – С. 142-149.
7. Ефимова, Г.В. Управление качеством процессов машиностроительного предприятия на основе анализа
затрат на качество / Г.В. Ефимова // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2003. – № 11. – С.
12-19.
Материал поступил в редколлегию 28.06.10.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
УДК 658.562
Д.Н. Мингазова
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА УСЛУГ С ПОЗИЦИЙ УДОВЛЕТВОРЕННОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Представлена планарная модель качества образовательного процесса, разработанная с применением лепестковой
диаграммы, осями которой являются основные показатели качества образовательной деятельности. Предложено
проводить оценку качества образовательного процесса с позиций потребителя с помощью обобщенной характеристики, представляющей собой площадь лепестковой диаграммы, ограниченную значениями достигнутого уровня
удовлетворенности студентов с учетом соответствующих коэффициентов весомости показателей качества.
Ключевые слова: оценка качества услуг, удовлетворенность потребителей, анкетирование, качество образования, показатели качества, система менеджмента качества.
Уровень интеллектуального потенциала страны напрямую определяется качеством
высшего образования и поэтому является важнейшим фактором не только экономического и
социального развития, но и экономической и политической самостоятельности страны, фактором ее выживания. Не случайно образование вошло в перечень приоритетных направлений
развития России на ближайший период. В соответствии с Концепцией модернизации российского образования [1] главная задача российской образовательной политики – обеспечение
высокого качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия
актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства.
Актуальность проблем обеспечения качества образования в России в настоящее время
определяется рядом аспектов [2], основными из которых являются переход к комплексной
оценке деятельности образовательных учреждений, в том числе и регулярное проведение с
2001 года конкурса Рособрнадзора и Рособразования, а также других региональных конкурсов по качеству; усиление конкуренции между вузами на рынке образовательных услуг; вступление России в общее европейское образовательное пространство, которое требует унификации процессов и гарантии качества предоставляемых образовательных услуг.
Качество в настоящее время рассматривается как способность удовлетворять требования. Выводы о качестве образовательной деятельности будут наиболее объективными,
если в них найдут отражение мнения всех заинтересованных сторон (студентов, аспирантов, соискателей, докторантов, специалистов в системе повышения квалификации и переподготовки кадров, преподавателей и сотрудников вуза) и, конечно, отзывы выпускников
и требования потенциальных работодателей.
Эффективным инструментом обеспечения качества является разработка и внедрение
в вузах систем менеджмента качества. Руководящие указания для учреждений, предоставляющих образовательные услуги, по внедрению результативной системы менеджмента
качества, соответствующей требованиям ИСО 9001, содержатся в ГОСТ Р 52614.2-2006. В
этом документе и в международных стандартах ИСО серии 9000 учет мнений потребителей определен как один из ключевых моментов в деятельности организации. Образовательное учреждение оказывает населению образовательные услуги, которые обладают рядом особенностей: являются неосязаемыми, способными к сохранению и используются во
время предоставления [3]. В соответствии с ГОСТ Р 52614.2-2006 потребности и ожидания потребителей и заинтересованных сторон должны быть идентифицированы с учетом
специфики образовательного учреждения. Восприятие потребителями степени выполнения их требований понимают как удовлетворенность потребителей [4]. Мониторинг такой
информации рассматривается в ГОСТ Р ИСО 9001-2008 как один из способов измерения
работы системы менеджмента качества [5]. Для удовлетворения потребностей и ожиданий
потребителей и конечных пользователей руководству организации следует [6]:
- понять потребности и ожидания своих потребителей, в том числе потенциальных
потребителей;
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
- установить основные характеристики продукции, предназначенной для ее потребителей и конечных пользователей;
- определить и оценить конкурентную обстановку на своем рынке;
- определить возможности рынка, слабые стороны и будущие преимущества в конкурентной борьбе.
В настоящее время к наиболее значимым конкурирующим концепциям удовлетворенности потребителей можно отнести теорию подтверждения/неподтверждения, теорию
справедливости и теорию отношений [7]. Наиболее широкое признание получила теория
подтверждения/неподтверждения, в соответствии с которой удовлетворенность потребителей является результатом процесса сравнения между ожиданиями (как вариант – уровнем требований) потребителя и восприятием им фактически оказанных услуг или потребленной продукции. Согласно теории справедливости, потребитель сравнивает соотношение возникающих в процессе покупки продукции или услуги собственных выгод и затрат
с соответствующим соотношением доходов и затрат партнера по обмену, т.е. продавца.
Если потребитель воспринимает это соотношение как справедливое, то возникает удовлетворенность. Третья теория исходит из предпосылки, что человеческий опыт носит спонтанный и процессуальный характер и фокусируется на восприятии причинноследственных связей. Применительно к удовлетворенности потребителей это означает,
что существует прямая связь между обоснованием потребителем того или иного события
и его удовлетворенностью данным событием.
Существуют различные подходы к измерению удовлетворенности потребителя. Для
оценки данного показателя в государственном масштабе разработаны национальные индексы
удовлетворенности клиентов (американский, швейцарский и европейский). В рамках подготовки к вступлению в ВТО создан российский индекс удовлетворенности потребителя.
В швейцарской модели [8] под элементом «удовлетворенность клиента» понимается
результат сложного психологического процесса сопоставления, когда опрашиваемый
сравнивает свой опыт потребления товара или услуги (фактический компонент) со стандартом (нормативный компонент). Удовлетворенность подвержена влиянию еще двух
факторов: «выгода клиента» и «ориентация на клиента». Индекс удовлетворенности складывается из трех показателей (общей удовлетворенности, сравнения удовлетворенности с
ожиданиями клиента и идеальными представлениями о товаре и услуге), которые в отдельных отраслях исчисляются с разными весами. Показатель «сравнение с ожиданиями»
базируется на прямом сопоставлении полученной услуги с ожиданиями потребителя, а
показатель «сравнение с идеалом» – с его личными идеальными представлениями о товаре
или услуге. Для оценки ответов используется 10-балльная система.
Базовая модель европейского индекса удовлетворенности потребителя (ECSI) представляет собой структурную модель с латентными переменными, которые увязывают
удовлетворенность потребителя с ее детерминантами и ее следствием, называемым лояльностью потребителя. В случае образовательной организации к детерминантам удовлетворенности потребителя относятся [9]:
- воспринимаемый образ (имидж) образовательной организации;
- ожидания потребителей;
- воспринимаемое качество первого и второго рода;
- ощущаемая ценность продукции (услуги).
Воспринимаемое качество концептуально разделяется на два элемента: качество
первого рода, определяемое качественными характеристиками продукции (услуги), и качество второго рода — связанные с потребителем интерактивные элементы в сервисе, определяемые персональным поведением и атмосферой окружающей среды при предоставлении услуг [10]. Лояльность потребителей по латентным переменным определяется по
четырем индикаторам:
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
- намерение потребителя вновь обратиться в образовательную организацию;
- намерение потребителя получить другую услугу в той же организации;
- намерение перейти в другую образовательную организацию (к конкуренту);
- намерение рекомендовать этот бренд (образовательную организацию) другим потребителям.
Описанные национальные индексы удовлетворенности потребителей представляют
собой многоотраслевые количественные оценки удовлетворенности клиентов и основных
факторов успеха предприятий, получаемые путем регулярного сбора данных по стране,
проводимого независимой организацией [11]. Они содержат ряд исходных данных, которыми могут воспользоваться отдельные компании во внутрифирменных целях, в частности для определения своего рыночного положения или повышения качества услуг.
Для расчета показателя удовлетворенности потребителей исследователи предлагают
различные методики. Самый распространенный способ измерения и мониторинга удовлетворенности потребителя (УП) — расчет по формуле [9]
УП= И ⋅ В ,
где И — среднее значение исполнения критериев (факторов) удовлетворенности, включенных в анкету (опросный лист) потребителя; В — среднее значение важности (степени
соответствия ожиданиям) для потребителя тех же критериев.
Исполнение оценивается в баллах по шкале: 1 – низкая удовлетворенность (полное
разочарование); 2 – раздражение; 3 – ожидания оправдались; 4 – приятно удивлен; 5 - высокая удовлетворенность (восторг). Важность оценивается в баллах по шкале: 5 – жизненно необходимо; 4- важно; 3 – должно быть; 2 – не важно; 1 – полное безразличие.
Некоторые авторы [9;12] считают, что такой подход не дает адекватной оценки, а
улучшить результаты измерения и мониторинга степени удовлетворенности потребителя
можно, воспользовавшись теорией ожиданий. Если потребитель получает от образовательной услуги только то, на что он рассчитывал, его удовлетворенность примерно равна нулю,
т.е. он воспринимает все действия вуза как должное. Если организация не смогла выполнить его требования, то у потребителя возникает неудовлетворенность, а если он, кроме того что ожидал, получает нечто такое, что приводит его в восторг, то именно тогда можно
говорить об удовлетворенности потребителя. Реализация указанного подхода базируется на
следующей формуле расчета индекса удовлетворенности потребителей:
(
И − З )В 2
УП =
.
50
Значение индекса удовлетворенности будет лежать в пределах от –1 до +1. При этом
точка исполнения со значением 3 — «ожидания оправдались» - является точкой нулевой
удовлетворенности для всех уровней важности.
Ряд авторов предлагают рассчитывать коэффициент удовлетворенности потребителя
в виде векторной или линейной характеристики, представляющей собой средневзвешенную арифметическую величину. Такой подход положен в основу методики измерения и
оценки удовлетворенности посетителей качеством и доступностью услуг учреждений
культуры [13]. Коэффициент удовлетворенности определяется как сумма средних значений удовлетворенности по влияющим на качество и доступность обслуживания факторам,
взвешенных с учетом значимости этих факторов для обеспечения качества и доступности:
∑ (У
n
Ky =
ф =1
Вф )
,
n
∑В
ф =1
126
ф
ф
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
где К у - коэффициент удовлетворенности, баллы; У ф - среднее значение удовлетворенности по фактору ф, баллы; В ф - среднее значение важности фактора ф, баллы; ф - значимый
для обеспечения качества услуг учреждений культуры фактор.
Для вычисления значения коэффициента удовлетворенности в процентах применяется следующая формула:
К у ⋅100%
,
К у (%) =
5
где К у(%) - коэффициент удовлетворенности, %; К у - коэффициент удовлетворенности,
баллы; 5 - максимальное количество баллов.
Полученное при расчете значение коэффициента удовлетворенности ≤ 60% авторы
считают очень плохим, а результат в 75-80% – средним.
Аналогичный подход используется и при оценке удовлетворенности потребителей
молочной отрасли [14]. Однако здесь исследователи предполагают, что потребитель воспринимает все 9 показателей, включенные в анкету, одинаково значимыми, поэтому удовлетворенность качеством рассчитывается как среднее арифметическое без определения
важности факторов. Общая удовлетворенность, по мнению авторов, зависит не только от
вычисленной удовлетворенности качеством, но и от удовлетворенности ценой:
=
V
P ⋅Q .
Значение коэффициента общей удовлетворенности (V) лежит в интервале 1…5, т.е. в
том же интервале, что и входящие в него переменные.
Для расчета коэффициента удовлетворенности пациентов качеством предоставления
медицинских услуг [15] также используется среднее арифметическое и применяется 5балльная шкала оценки. В отличие от предыдущих методик, в которых оценка ведется по
отдельным факторам, в данном исследовании интегральный показатель (К удовл ) рассчитывается как среднее арифметическое показателей удовлетворенности по четырем отдельным блокам (УСК – удовлетворенность структурным компонентом качества; УТК – удовлетворенность технологическим компонентом качества; УРК – удовлетворенность результативным компонентом и УД – удовлетворенность доступностью медицинской помощи)
по формуле
0,33УД 0,26УСК 0,21УРК 0,2УТК
+
+
+
K удовл =
.
5
5
5
5
Максимальное значение К удовл , равное 1, соответствует полной удовлетворенности
пациента качеством оказанной ему медицинской помощи; в интервале значений от 1,0 до
0,81 результат считается отличным; от 0,8 до 0,71 – хорошим; от 0,7 до 0,41 –
удовлетворительным; при К удовл менее 0,4 – неудовлетворительный результат.
Авторы статьи [16] считают, что для повышения чувствительности шкалы оценки
целесообразно использовать 9-балльную шкалу, привязанную к привычной для всех 5балльной.
В упомянутых работах удовлетворенность рассчитывается как функция нескольких
переменных (факторов), которые не связаны между собой. С целью выявления и учета
взаимосвязей при измерении уровня удовлетворенности потребителей авторы статьи [17]
предлагают использовать математический аппарат – нечеткую логику антонимов, в которой важность и пределы изменения свойств объекта учитываются с помощью «тесной» и
«слабой» связи. Этот метод считается более точным.
Как показывает анализ литературы, в настоящее время отсутствует единый подход к
определению того, какой уровень удовлетворенности можно считать приемлемым. В работе [18] в качестве средства определения контрольного предела (критерия реагирования
на результаты опросов) предлагается использовать контрольную карту Шухарта. Для расчета нижнего контрольного предела авторы предлагают следующую формулу:
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
НКП (пр ) =
∑ a − 3 (∑ a − I )( AI − ∑ a ) ,
I
I
( A − 1)
где А - максимальный балл, используемый в шкале оценки; I - число респондентов, ответивших на каждый вопрос опросника; a - балльная оценка каждого ответа; ∑ а - сумма
всех баллов по определенному вопросу.
В описанных исследованиях при оценке качества услуг учитывалась удовлетворенность потребителей без градации их на группы по какому-либо признаку. В работе [19]
предложена методика вычисления обобщенного критерия удовлетворенности с использованием оценки удовлетворенности различных групп заинтересованных сторон по следующей формуле:
Q=
α ПТ QПТ + α РБ QРБ + α ВЛ QВЛ + α РК QРК + α ПС QПС + αОБ QОБ
,
α ПТ + α РБ + α ВЛ + α РК + α ПС + αОБ
где QПТ , QРБ , QВЛ , QРК , QПС , QОБ — локальные комплексные критерии удовлетворенности заинтересованных сторон (потребителей, работников, владельцев, высшего руководства, поставщиков и общества); α ПТ , α РБ , α ВЛ , α РК , α ПС , αОБ — весовые коэффициенты
важности
соответствующих
локальных
критериев,
причем
α ПТ + α РБ + α ВЛ + α РК + α ПС + αОБ =1 .
Аналогичный подход применен в статье [20], где описывается методика оценки
удовлетворенности различных групп потребителей образовательных услуг (работодателей, студентов и абитуриентов). Интегрированный индекс удовлетворенности S u I рассчитывается по формуле
Su I =
1 q
∑ S us ,
q c =1
где S uc – оценка удовлетворенности c-й группы потребителей для вуза u; q – количество
групп потребителей.
Все приведенные методики оценки качества услуг предполагают балльную оценку
удовлетворенности потребителя перечнем факторов, включенных в анкетный лист. Несколько иной способ оценки удовлетворенности результатами лечения пациентов предлагают авторы статьи [21]. С этой целью они используют анкету–вопросник Picker Institute
questions, состоящую из 60 вопросов, разбитых на 7 групп. При ответе на каждый вопрос
респондент может выбрать один из 3-4 возможных вариантов ответа. Положительная
оценка пациентом какого-либо из аспектов лечения рассматривается как «правильная», а
любой другой вариант ответа считается «проблемным». Далее учитывается общее количество «проблемных» ответов каждого опрашиваемого по отдельной группе вопросов. Если
количество «проблемных» ответов составляет 60% и более от общего количества вопросов по данной группе, то это расценивается как наличие у пациента проблемы по данному
пункту анкеты. Подобная система, включающая 25 утверждений, разработана для комплексной оценки удовлетворенности персонала вуза [22]. Пяти позициям, расположенным
против каждого вопроса анкеты, соответствуют целые неотрицательные числа 0, 1, 2, 3, 4
и 4, 3, 2, 1, 0 – при оценке противоположных явлений. Преподаватели выбирают утверждения, с которыми полностью согласны, а соответствующий балл потом присваивается
самими исследователями. По каждой кафедре определяется среднее значение условного
показателя удовлетворенности, рассчитываются дисперсия и среднеквадратическое отклонение, оценивается статистическая значимость влияния удовлетворенности персонала
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
на показатель рейтинга с использованием корреляционно-регрессионного анализа. По
мнению авторов работы [23], для оценки удовлетворенности студента целесообразно использовать методику оценки качества услуги SERVQUAL, в основе которой лежит предположение о том, что удовлетворенность качеством услуг – это результат потребительского сравнения своих ожиданий и восприятия по некоторому количеству аспектов, сгруппированных вокруг главных критериев качества услуги в данной отрасли.
В современном виде данная модель включает в себя 5 измерений [24]:
- надежность – способность выполнить обещанные услуги точно и основательно;
- материальность – восприятие помещений, оборудования, внешнего вида персонала
и других физических свидетельств услуги;
- отзывчивость – желание помочь клиенту и быстрое оказание ему услуги;
- уверенность – воспринимаемая компетентность и вежливость персонала, формируемое компанией и персоналом доверие к себе, безопасность услуг;
- сопереживание – доступность (физический и психологический контакт с сотрудниками должен быть легким и приятным), коммуникативность (фирма информирует потребителей об услугах на понятном им языке), понимание (стремление лучше понять специфические потребности клиента и приспособиться к ним).
Рассматривая лояльность потребителя как следствие его удовлетворенности, ряд авторов [25] занимаются разработкой методик измерения лояльности. Измерение лояльности методом NPS строится на базе одного вопроса: «С какой вероятностью вы порекомендуете нас друзьям?». Потребитель делает выбор по 10-балльной шкале. По результатам
ответов все респонденты делятся на три группы:
- «промоутеры» (поставившие 9-10 баллов) - клиенты, которые лояльны к компании
и готовы рекомендовать ее своим знакомым (так называемые «адвокаты»);
- «нейтралы» (поставившие 7-8 баллов) - пассивные клиенты компании, которые в целом удовлетворены компанией, но не обладают стремлением рекомендовать ее другим;
- «критики» (поставившие 1-6 баллов) - не удовлетворены компанией, не будут ее
рекомендовать (возможно, находящиеся в поиске альтернативы).
NPS (Net Promoter Score) представляет собой чистый коэффициент лояльности и
рассчитывается как процентное соотношение «промоутеров» и «критиков».
Таким образом, анализ литературы показал, что в настоящее время не существует
единого подхода к вычислению обобщающей характеристики, отражающей удовлетворенность потребителей предоставляемыми им услугами. В основном данный показатель
вычисляется путем умножения средних значений удовлетворенности потребителя отдельными факторами, включенными в общий показатель качества услуг, на соответствующие
коэффициенты весомости (важности). Значения обоих параметров выражаются, как правило, в баллах. Для измерения используется порядковая шкала или видоизмененная шкала
Лейкерта. Единого четкого подхода к определению того, какой уровень удовлетворенности можно считать приемлемым, не выработано. Каждый исследователь предлагает свою
интерпретацию ситуации: если в одном случае средней считается удовлетворенность, составляющая 75% [13], то в другом достаточным является результат в 40% [14]. Практически во всех рассмотренных работах исследователи ограничиваются расчетом удовлетворенности потребителя в виде векторной или линейной характеристики, представляющей
собой средневзвешенную арифметическую величину.
В последнее время для оценки качества деятельности образовательных учреждений
(например, при их аккредитации) стали применяться лепестковые диаграммы, которые
включают внешние показатели качества, установленные государственными аккредитационными органами. Такой подход использован для оценки уровня качества придорожного
обслуживания [26]. На лепестковой диаграмме нашла отражение графическая интерпретация показателя удовлетворенности. Внешняя окружность соответствует максимально воз129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
можному уровню качества или максимальной удовлетворенности качеством обслуживания (в 10 баллов); линия важности показывает значение каждого критерия качества для
потребителей и характеризует тот уровень, начиная с которого качество можно оценивать
как удовлетворительное; линия реализации показывает существующий уровень качества
придорожного обслуживания.
Подход с применением лепестковой диаграммы, осями которой являются основные
показатели качества образовательного процесса, был использован для разработки планарной модели качества образовательного процесса на основе измерения удовлетворенности
основных потребителей вуза – студентов. Оценку качества образовательного процесса
предложено проводить с позиций потребителя с помощью обобщенной характеристики,
представляющей собой площадь лепестковой диаграммы, ограниченную значениями достигнутого уровня с учетом коэффициентов весомости показателей качества.
В качестве основного метода исследования использован метод анкетирования. При участии различных категорий экспертов - студентов, аспирантов и преподавателей - был сформирован опросный лист, включающий 9 (n) основных показателей качества (ПК) образовательного процесса: квалификацию персонала, информационное обеспечение, организацию
научно-исследовательской работы студентов (НИРС), материально-техническое оснащение,
социально-бытовую сферу, стимулирование учебной деятельности, организацию образовательного процесса, административное управление учебным процессом и личностные характеристики обучающихся [27]. Каждый из перечисленных показателей качества, в свою очередь, включал от 4 до 9 (m) факторов. В качестве экспертов – потребителей образовательных
услуг в течение последних пяти лет - были анонимно проанкетированы студенты кафедры
аналитической химии, сертификации и менеджмента качества Казанского государственного
технологического университета (общей численностью 250 человек) специальностей «Стандартизация и сертификация» и «Управление качеством». Анкетируемые должны были присвоить каждому из перечисленных факторов соответствующий балл из десяти возможных,
т.е. определить так называемый достигнутый уровень, отражающий степень реализации в вузе того или иного фактора. При этом объекту экспертизы, который удовлетворяет всем требованиям, приписывался наибольший балл, всем остальным – баллы в порядке уменьшения
достигнутого уровня в вузе до 0. Наряду с оценкой достигнутого уровня студенты должны
были расположить перечисленные факторы и показатели по значимости их влияния на качество образовательного процесса (присвоить определенное место – bij и bi ). Таким образом,
результаты анкетирования позволяют, с одной стороны, выявить отношение студентов к различным аспектам образовательной деятельности и выделить те показатели, которые они считают наиболее важными для эффективной учебы в вузе, а с другой - определить удовлетворенность опрашиваемых тем или иным фактором и соответственно показателем качества.
Схема расчета обобщенной характеристики качества образовательного процесса представлена на рис. 1.
Методика расчета включает следующие этапы:
1. С помощью метода ранжирования рассчитываются весовые коэффициенты факторов (k ij ), включенных в перечисленные показатели качества, и соответствующие коэффициенты весомости показателей (k i ) по формулам
l
l
kij =
∑ aij
и
t =1
m l
∑∑ a
j =1 t =1
ij
ki =
∑a
t =1
n
i
,
l
∑∑ a
i =1 t =1
(1)
i
где a ij – балл j-го фактора (a i – i-го показателя), проставленный t-м экспертом, вычисленный по формуле a ij = m+1-b ij (a i =n+1-b i ); l – количество экспертов; m – количество оцениваемых факторов; n – количество показателей.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
ОБОБЩЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
(3)
ДОСТИГНУТЫЙ УРОВЕНЬ
ФАКТОРОВ, РАСКРЫВАЮЩИХ
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
l
U ij = 10
∑u
t =1
l
tj
(2)
ДУ Ф1.1 (U1.1)
i =1
………
ДУ Ф1.m (U1.m)
U i = ∑ U ij ⋅ k ij
ДУ
ПК2
(U2)
…
ДУ
ПКn
(Un)
ДУ Ф1.m (Un.m)
ДУ
ПК1
(U1)
n
ДУ Ф1.1 (Un.1)
ДОСТИГНУТЫЙ УРОВЕНЬ (ДУ)
ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
(4)
ДУ Ф1.2 (Un.2)
U 1 k1U 2 k 2 + U 2 k 2U 3 k 3 + U 3 k 3U 4 k 4 + U n k nU 1 k1
100%
(k1k 2 + k 2 k 3 + k 3 k 4 + ... + k n k1 )100 2
ДУ Ф1.2 (U1.2)
Q=
…..
…
Рис. 1. Схема расчета обобщенной характеристики качества образовательного процесса
Как показало сравнение массивов данных по статистическим характеристикам, усредненные значения коэффициентов весомости для различных показателей и факторов не
зависят от специализации студентов или года их обучения в вузе. Поэтому средние значения коэффициентов весомости показателей качества и факторов, включенных в эти показатели, можно рассматривать как постоянные величины.
2. Для каждого фактора вычисляют среднее арифметическое значение достигнутого
уровня (Uij ) по формуле (2), где u tj – балл, отражающий удовлетворенность t-го студента реализацией в образовательном процессе j-го фактора; коэффициент 10 позволяет перейти от результатов измерений, выраженных в баллах, к процентам, поскольку используется 10балльная шкала.
3. Для каждого показателя качества вычисляют средневзвешенное арифметическое
значение достигнутого уровня (U i ) по формуле (3), где U ij – вычисленное в п. 2 соответствующее среднее значение достигнутого уровня по отдельному фактору.
4. Обобщенная характеристика качества образовательного процесса рассчитывается
по формуле (4). Числитель выражения (4) представляет собой площадь многоугольника,
образующегося на лепестковой диаграмме и ограниченного числовыми значениями произведения коэффициента весомости на достигнутый уровень каждого из 9 перечисленных
показателей качества. Знаменатель соответствует площади идеальной фигуры, которая
образуется при достижении максимальной удовлетворенности (100%). Следовательно,
обобщенная характеристика качества образовательного процесса отражает долю реализации требований студентов при организации образовательного процесса (в процентах).
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
В качестве примера на рис. 2
представлена диаграмма, полученная
по результатам анкетирования студентов в 2005, 2007 и 2009 гг. Площадь
внутренних
фигур
соответствует
обобщенной характеристике качества
образовательного процесса в указанный период. Внешняя граница многоугольника описывает идеальное состояние процесса при достижении
100% удовлетворенности по каждому
из рассматриваемых показателей. Числовые значения, по которым построена данная диаграмма, приведены в таблице.
Рис. 2. Лепестковая диаграмма, отражающая качество
образовательного процесса: 1 – состояние при достижении максимальной степени удовлетворенности
(100%); 2 – в 2005 г.; 3 – в 2007 г.; 4 – в 2009 г.
Таблица
Экспериментальные данные по результатам анкетирования студентов
Показатель качества
1 - материально-техническое оснащение
2 - информационное обеспечение
3 - организация НИРС
4 - квалификация персонала
5 - социально-бытовая сфера
6 - стимулирование деятельности
7 - организация учебного процесса
8 - административное управление
учебным процессом
9 - личностные характеристики
обучающихся
Q – обобщенный показатель качества
образовательного процесса
0,142
0,122
0,055
0,181
0,080
0,100
0,142
2005 г.
7,60
5,54
1,90
10,00
3,75
4,55
7,37
Uiki
2007 г.
8,45
6,84
2,44
11,23
4,06
4,74
8,56
0,103
4,22
4,73
5,22
0,076
4,64
4,78
5,32
-
23,71
29,98
37,52
ki
2009 г.
9,43
7,59
2,68
12,03
4,75
5,97
9,07
Анализ приведенных данных свидетельствует о возрастании удовлетворенности анкетируемых материально-техническим оснащением, информационным обеспечением,
квалификацией персонала и организацией учебного процесса. Некоторую тенденцию к
увеличению имеют достигнутые уровни удовлетворенности по таким показателям, как
стимулирование деятельности, организация НИРС, социально-бытовая сфера, административное управление учебным процессом и личностные характеристики обучающихся.
Предложенная модель оценки качества образовательного процесса с помощью
обобщенной характеристики позволяет руководству вуза или отдельного его подразделения быть в курсе запросов потребителей, постоянно отслеживать тенденции в изменении
предъявляемых требований, выявлять слабые места в организации учебного процесса и
своевременно проектировать и осуществлять соответствующие корректирующие и предупреждающие действия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года. Приложение к приказу Минобразования России от 11.02.2002 № 393. - http://umosudexp.ru/of_doc/prikaz/koncept2010.htm.
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
2. Пузанков, Д.В. Менеджмент качества в образовательных учреждениях: материалы курса повышения
квалификации / Д.В. Пузанков, С.А. Степанов, В.В. Азарьева, В.С. Соболев. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ
«ЛЭТИ», 2007. – 430с.
3. ГОСТ Р 52614.2-2006. Системы менеджмента качества. Руководящие указания по применению ГОСТ Р
ИСО 9001-2001 в сфере образования.
4. ГОСТ Р ИСО 9000-2008. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.
5. ГОСТ Р ИСО 9001-2008. Системы менеджмента качества. Требования.
6. ГОСТ Р ИСО 9004-2008. Системы менеджмента качества. Рекомендации по улучшению деятельности.
7. Управление качеством образования в высшей школе / под ред. Е.А. Горбашко. – СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 2005. – 315с.
8. Индекс удовлетворенности клиентов. - http://www.terrasoft.ru/academy/metodologies/satisfaction/.
9. Исаев, В.А. Оценка и мониторинг степени удовлетворенности потребителей образовательных услуг / В.А.
Исаев, В.И. Воротилов // Инновации: журн. об инновац. деятельности. – 2005. – № 9. – С.82-84.
10. Измерение удовлетворенности потребителя. Серия «Все о качестве. Зарубежный опыт». - Вып. 33. – М.:
НТК «Трек», 2002. – 40с.
11. Брун, М. Национальный индекс удовлетворенности клиентов: построение и использование / М. Брун. http://www.crm-expert.com.ua/article.php?id=65.
12. Федотов, В.В. Способы оценки и мониторинга степени удовлетворенности потребителя / В.В. Федотов //
Методы менеджмента качества. - 2005. – № 9. – С. 24 – 29.
13. Сидоренко, С.В. Мониторинг как инструмент оценки качества услуг. Технология расчета коэффициента
удовлетворенности потребителей с целью корректировки аспектов деятельности учреждений культуры /
С.В. Сидоренко, Н.А. Тарасова // Справочник руководителя учреждения культуры. – 2007. – № 10. http://www.inesp.ru/directions/social/publications/publications_detail.php?ID=678.
14. Третьяков, О.А. Формирование концепции маркетинга отношений в зависимости от условий удовлетворённости
потребителей / О.А. Третьяков // РИСК: ресурсы, информация, снабжение, конкуренция. – 2009. – № 4. – С.103-108.
15. Подушкина, И.В. Качество медицинской помощи и возможности использования методологии медикосоциологических исследований в его оценке / И.В. Подушкина, В.М. Зубков, А.В. Курносов, В.Н. Петров //
Вестн. Нижегор. ун-та им. Н.И. Лобачевского. Серия «Социальные науки». – 2009. – № 1. – С. 53-61.
16. Трушин, А.С. Совершенствование результатов анкетирования потребителей / А.С. Трушин, А.А. Лукин //
Методы менеджмента качества. – 2007. – №7. – С.49-51.
17. Копанева, И.Н. Как измерить удовлетворенность потребителя / И.Н. Копанева // Методы менеджмента
качества. – 2003. – №6. – С. 21-26.
18. Турко, С.В. Мониторинг удовлетворенности и лояльности потребителей: автореф. дис.... канд. экон. наук
/ С.В. Турко. – М., 2006. – 24с.
19. Борбаць, Н.М. Оценка удовлетворенности заинтересованных сторон в системе менеджмента качества
промышленного предприятия: дис….канд. техн. наук /Н.М. Борбаць. – Брянск, 2007. – 242 с.
20. Ягудина, Л.Р. Модели общественной оценки качества образования на муниципальном уровне / Л.Р. Ягудина // Высшее образование сегодня. – 2009. – №10. – С.21-24.
21. Шварц, Ю.Г. Сравнительный анализ удовлетворенности результатами лечения пациентов кардиологического профиля в клинической больнице / Ю.Г. Шварц, Е.А. Наумова, Е.В. Тарасенко // Рациональная
фармакотерапия в кардиологии. – 2007. – Т. 3. – № 1. – С. 28-32.
22. Лебедева, О.В. Методика комплексного исследования удовлетворенности персонала вуза / О.В. Лебедева
// Изв. Иркут. гос. экон. акад. – 2007. – № 4. – С.102-104.
23. Жирнова, Е.А. Оценка удовлетворенности студентов качеством обучения как способ совершенствования
качества образовательной услуги / Е.А. Жирнова, И.В. Трифанов // Внутривузовские системы обеспечения качества подготовки специалистов: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г. Красноярск, 18-19
ноября 2004 г.); под ред. С.И. Осипова / ГУЦМиЗ. – Красноярск, 2004. – С.8-12.
24. Лянцевич, М. Внутренний маркетинг и качество в сфере услуг / М. Лянцевич // Корпоративный менеджмент. - http://www.cfin.ru/marketing/intmark.shtml.
25. NPS – реальность российской практики. - http://www.advertology.ru/article70311.htm.
26. Дементьев, С.М. Оценка потребительской удовлетворенности качеством работы предприятий дорожного
сервиса / С.М. Дементьев, Е.Ю. Серова // Вестн. Волгогр. гос. архитектур.-строит. ун-та. Серия «Строительство и архитектура». - 2009. - № 16. – С. 93-95.
27. Мовчан, Н.И. Анкетирование студентов как один из эффективных инструментов самооценки вуза / Н.И.
Мовчан, Д.Н. Мингазова, Р.Г. Романова, В.Ф. Сопин // Вестн. Нижегор. ун-та им. Н.И. Лобачевского. –
2009. – № 2. – С. 17-23.
Материал поступил в редколлегию 18.05.10.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Abstracts
Prudnikov M.I. Determination of influence of technological methods of processing for
tribologycal properties of surfaces of machine parts. The problems of standardization and
automation of tribological tests for a single-stage solution of the task of technological ensuring
of a wear resistance are considered. The test method of cylindrical sliding surfaces is offered and
justified, and also its realization as an automated system of scientific researches.
Key words: automation; data base; technological ensuring; tribological tests.
Bishutin S.G. Influence of modes of grinding of surfaces of details оn their operational
parameters. Results of experimental researches of operational parameters of the external
cylindrical surfaces subjected to abrasive grinding on different technological modes are
submitted. The conditions of finishing grinding raising wear resistance of surfaces of details are
revealed.
Key words: finishing grinding, modes of grinding, operational parameters, increase of wear
resistance.
Boltenko E. V. Maintenance of stability of process of hardening of blankets of details of
cars at electromechanical processing. Technological methods of maintenance of stability of
process of hardening by a method elektrome-hanicheskoj processings are considered. Influence
of external characteristics of power supplies on stability about-tsessa hardenings is described.
Influence of electrocontact resistance of a site «the tool – a detail» and inductance in a secondary
winding of the transformer on maintenance of stability of process of hardening at
electromechanical processing is considered.
Key words: electromechanical processing, stability of process, the external characteristic, a
game-taktnoe resistance, inductive resistance, depth of hardening.
Tulpinova N.V., Ovsyannikov D.S., Malinovsky I.I. Uniform wear shape of working surface
of abrasive disk. The methods of calculating of uniform wear shape of working surface of
abrasive disk and the interface of software, which was based on these methods, are presented.
Key words: grinding, uniform wear shape of working surface, abrasive disk, program module.
Mikhalchenko G.S, Antokhin A.V. Analysis of dynamical performances of vehicles of highspeed electric locomotive on two and three-axle bogies with frame suspended designs of
traction drive. Analysis of possible alternative construction improvement of dynamical
performances of vehicles of high-speed electric locomotive on two and three-axle bogies with
frame suspended designs of traction drive is performed.
Key words: high-speed electric locomotive, traction drive, computer simulation, dynamical
performances.
Krakhmalev O.N., Boldirev A.P., Blejshmidt L.I. Dynamic errors of path following of
manipulator system with elastic segments. The differential equations describing movements of
manipulator systems, modeled are received by elastic segments. Deviations (dynamic errors)
joint coordinates from their program values, caused are allocated by elastic properties of
segments.
Key words: manipulator system, elastic segments, the equation of movement, a dynamic error.
Krugovova E.A., Mikheev G.V., Kovalev R.V. The procedure of modeling of railway
vehicle and bridge interaction. The present paper describes the CAE-based approach for
analysis of dynamics of a coupled model of a flexible railway bridge and a train. The approach is
being implemented in Universal Mechanism software. The railway bridge is considered as a
flexible multibody system. The dynamics of flexible bodies are simulated using data imported
from finite element analysis software. An application of the approach to the investigation of
dynamics of a railway vehicle and a bridge supposes taking into account the flexibility of the
bridge. Comparison of flexible deflections and stresses for the full and reduced FE-models for
static and moving loads are presented. The simulation results for a high-speed train on a bridge
that is modelled as a reduced FE-model with 50, 100 and 200 flexible modes, as well as
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
comparison of simulation results for separate and coupled approaches to vehicle-bridge
interaction, are shown.
Key words: multibody system dynamics, vehicle-bridge interaction, moving load.
Averchenkov A.V., Averchenkova E.E. The automated preparation of manufacture of
innovative products in the conditions of the small machine-building enterprises. This article
about some aspects of activity of modern small innovation engineering enterprise with ability of
modern technological devices, new design of cutting tools, engineering software, enterprise
management. Describes difference between idea of activity small machine-building enterprise
and big machine-building enterprise.
Key words: innovations, mechanical engineering, manufacture preparation, small enterprises.
Korostelev D.A., Lagerev A.V. Determination of parameters of optimal anti-erosion
protection of rotor blades wet-steam turbines based on computer simulation. The basic antierosion parameterized measures are selected. The variants of problem of determining the
parameters of optimal erosion protection of rotor blades of wet-steam turbines are considered.
Targets functions and an algorithm for the numerical solution of the problem of determining the
parameters of optimal anti-erosion protection of rotor blades of wet-steam turbines based on
computer simulations are defined.
Key words: optimal anti-erosion protection, rotor blade, wet-steam turbine, simulation of
droplet erosion.
Miroshnikov V.V., Zernina A.I, Borbatc N.M. Modelling of a complex of processes of a
quality management. In article the typical complex of the interconnected processes of system of
a quality management is considered. For everyone entering into this complex of processes are
offered регрессионные the models connecting them results with influencing factors.
Key words: quality, processes of system of a quality management, regression the analysis,
models of processes.
Averchenkov A.V., Chmykhov D.V., Filippov R.A., Pyrikov I.L., Dorosh A.P. Organization
of virtual microscopy and analysis laboratory on the basis of leica dmirm optical
microscope. Questions of creating virtual microscopy laboratory are considered. The basic
software and hardware solutions used at creation of laboratory are described. The electronic
circuit of stepper motor connection, and also formulas of microscope basic units displacement
analysis is given.
Key words: microscope, virtual laboratory, stepper motor, remote control, laboratory complex,
controller.
Sazonova A.S. The forecasting of number of post-graduate students and doctoral andidates
in high schools of the regions of the central federal district with the use of the indicator of
scientific potential. There is considered the method of forecasting of number of reception of
post-graduate students and doctoral candidates in high schools of regions of the Central Federal
District with use of an indicator of scientific potential of region.
Key words: forecasting, scientific potential, factors-indicators, weight factors, economicstatistical modeling.
Gorlenko O.A., Miroshnikov V.V., Kukareko A.N. The development of professional
standards of quality management domain using competence models. A quality specialist
competence model, which is the foundation of professional standards development and the
applied component of federal state higher professional standards on corresponding specialties, is
proposed.
Key words: competence, competence model, the professional standard
Miroshnikov V.V., Panov N.N. Quality management of processes of certification of welding
manufacture. Processes of certification of welding manufacture and way of increase of their
quality on a basis on-structure multilevel SADT-models are investigated. The algorithm of
definition of optimum decisions on from certification processes is offered.
Key words: quality management, certification, welding manufacture, SADT-model, process
maturity, kombinatorno-morphological method.
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Bulatitskiy D.I. The knowledge management in the quality management system of a
machine tool company. Principles of the development of knowledge management
system as a part of quality management system of a machine tool company,
knowledge representation, and knowledge acquisition models are examined. The,
based on universal information card, algorithm of process improving is described.
Key words: quality, quality management, knowledge management, machine tool construction.
Shkolina T.V. Creating an integrated system of quality management, safety and
environment in the organization. A methodological approach to the creation of an integrated
system of quality management, safety and environment in the organization proposed in the
article.
Key words: quality, safety, environment protection, integrated management system.
Mingazova D. N. The estimation of quality of service from an satisfaction оf consumers. In
the given work the planar model of educational process quality was developed using a petal
diagramme which axes were basic indicators of educational activity’s quality. It was suggested
to estimate the quality of educational process from consumer positions by means of the
generalised characteristic representing the area of the petal diagramme which was limited to
reached level’s values (satisfaction of students) taking into account weighting coefficients of
each indicator.
Key words: questionnaire, quality of education, quality indices, system of quality management
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Аверченков Андрей Владимирович, к.т.н., доцент кафедры «Компьютерные технологии и системы» БГТУ, тел.: (4832)
56-49-90, е-mail:
mahar@mail.ru.
Аверченкова Елена Эдуардовна, к.т.н., доцент кафедры «Экономика, организация производства, управление» БГТУ, е-mail: lena_ki@inbox.ru.
Антохин Алексей Владимирович, аспирант кафедры « Локомотивы» БГТУ,
тел.: (4832) 58-82-08.
Бишутин Сергей Геннадьевич, д.т.н., профессор кафедры «Триботехнология» УНТИ БГТУ, тел.: (4832) 58-82-79.
Блейшмидт Леонид Израйлович, к.т.н., доцент кафедры «Подъемнотранспортные машины и оборудование» БГТУ, тел.: (8-4832)-68-70-06.
Болдырев Алексей Петрович, д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Динамика
и прочность машин» БГТУ, тел.: (4832) 56-08-10.
Болтенко Евгений Владимирович, ассистент кафедры «Технология металлов и металловедение» БГТУ, тел.: (4832) 56-86-74.
Борбаць Николай Михайлович, к.т.н., доцент кафедры «Управление качеством, стандартизация и метрология» БГТУ, e- mail: borbact@mail.ru.
Булатицкий Дмитрий Иванович, ст. преподаватель кафедры «Информатика и программное обеспечение» БГТУ, e-mail: bulatizkydi@mail.ru.
Горленко Олег Александрович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Управление качеством производственных и технических систем», засл. деятель науки
РФ, проректор по качеству и инновационной работе БГТУ, тел.: (4832) 56-6211.
Дорош Анатолий Петрович, преподаватель кафедры «Физика, математика и
информатика» Рыбницкого филиала Приднестровского государственного
университета им.Т.Г. Шевченко, г.Рыбница, е-mail: Je-dor@mail.ru.
Зернина Анна Игоревна, инженер по качеству ООО «Спецтрубопроводстрой», e- mail: a_zernina@mail.ru.
Ковалев Роман Васильевич, к.т.н., ст. науч. сотрудник лаборатории «Вычислительная механика» БГТУ, е-mail: kovalev@umlab.ru.
Коростелев Дмитрий Александрович, аспирант кафедры «Подъемнотранспортные машины и оборудование» БГТУ, тел.: (4832) 61-28-80, e-mail:
hassel@bks-tv.ru.
Крахмалев Олег Николаевич, инженер ООО «Промбезопасность», тел.:
(4832) 68-70-06, e- mail: psafety@mail.ru.
Круговова Екатерина Алексеевна, аспирант кафедры «Прикладная механика» БГТУ, е-mail: krugovova@umlab.ru.
Кукареко Анна Николаевна, начальник коммерческого отдела ООО «Центрсервис», е-mail: anna5018@yandex.ru.
Лагерев Александр Валерьевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные машины и оборудование», ректор БГТУ, тел.: (4832) 56-0905, е-mail: rector@tu-bryansk.ru.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3(27)
Малиновский Иван Иванович, студент специальности «Технология машиностроения» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-20.
Мингазова Диляра Нуровна, аспирант кафедры «Аналитическая химия,
сертификация и менеджмент качества» КГТУ, г. Казань, e-mail:
dilyara.mingazova@gmail.com.
Мирошников Вячеслав Васильевич, д.т.н., профессор кафедры «Управление качеством, стандартизация и метрология» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-35, email: g70@yandex.ru.
Михальченко Георгий Сергеевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Локомотивы» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-08.
Михеев Геннадий Викторович, к.т.н., доцент кафедры «Прикладная механика» БГТУ, е-mail: gmikheev@mail.ru.
Овсянников Дмитрий Сергеевич, студент специальности «Технология машиностроения» БГТУ, тел.: (4832) 58-82-20.
Панов Никита Николаевич, аспирант кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» БГТУ, е-mail: nikita1980@yandex.ru.
Прудников Максим Иванович, к.т.н., доцент кафедры «Триботехнология»
УНТИ БГТУ, тел.: (4832) 58-82-79.
Пыриков Игорь Лаврентьевич, к.т.н., доцент кафедры «Технология машиностроения» БГТУ, е-mail: рyrikov@mail.ru.
Сазонова Анна Сергеевна, аспирант кафедры «Компьютерные технологии и
системы» БГТУ, e-mail: asazonova@list.ru.
Тюльпинова Нина Владимировна, к.т.н., доцент кафедры «Технология
машиностроения» УНТИ БГТУ, тел.: (4832) 58-82-20.
Филиппов Родион Алексеевич, ст. преподаватель кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ, е-mail: redfil@mail.ru.
Чмыхов Дмитрий Владимирович, к.т.н., доцент кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ, е-mail: dimanGood@mail.ru.
Школина Татьяна Викторовна, ведущий инженер кафедры «Управление
качеством, стандартизация и метрология» БГТУ, тел.: (4832) 58-83-22.
138
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа