КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

ФЕДЮШИН ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ

УДК 658.562:519.23

ПІДВИЩЕННЯ ВІРОГІДНОСТІ ВИМІРЮВАЛЬНОГО

КОНТРОЛЮ КОМПОНЕНТІВ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ З

ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДУ УСУНЕННЯ НЕВИЗНАЧЕНОСТІ ЙОГО

РЕЗУЛЬТАТІВ

05.11.13 – Прилади і методи контролю та визначення складу речовин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українській інженерно-педагогічній академії Міністерства

освіти і науки України, м. Харків на кафедрі автоматики та радіоелектроніки

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Боличевцев Олексій Дмитрович,

Українська інженерно-педагогічна академія

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри автоматики та

радіоелектроніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Скрипник Юрій Олексійович,

Київський національний університет

технологій та дизайну

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри автоматизації та

комп’ютерних систем (м. Київ)

доктор технічних наук, доцент

Кучерук Володимир Юрійович,

Вінницький національний технічний

університет

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри метрології та промислової

автоматики (м. Вінниця)

Захист відбудеться: “28“ вересня 2007р. о 10 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д26.102.01 у Київському національному університеті

технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Київського національного

університету технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий “23“ серпня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор Березненко С.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У ході ринкового реформування української економіки вітчизняні підприємства починають проявляти все більший інтерес до питань якості. Про це можна судити по збільшенню числа виробників продукції, які можуть конкурувати на вітчизняному і світовому ринку не тільки завдяки зниженню собівартості й ціни товару, але і за рахунок підвищення його якості. Однак спроби організацій підвищити свою конкурентноздатність натрапляють на ряд серйозних труднощів. Окреме місце серед них займає проблема підвищення якості технічного контролю. Особливо важливе значення вона має для підприємств, що випускають таку масову й відповідальну продукцію, як радіоелектронні вироби (радіодеталі). Це пов'язане з тією обставиною, що виріб радіоелектронної промисловості є не тільки об'єктом споживання, але й засобом формування якості іншої продукції, при розробці та виготовленні якої вони широко використовуються.

Сьогодні на підприємствах удосконалювання операцій контролю даних виробів обмежується в основному трьома шляхами: застосуванням більш високоточних засобів виміру; зменшенням приймальних допусків; організацією контролю в кілька етапів. Мало вивчені методи підвищення якості контролю, засновані на маніпуляціях з допусками та використанні різних способів обробки результатів виміру. Ці методи зародилися ще в 60-70-ті роки минулого століття, але в силу складності й громіздкості математичного апарата, не одержали належного поширення. Нове життя вони здобувають в останні роки. До їх числа відносяться і методи, запропоновані в даних дослідженнях.

Наявність похибки при вимірі контрольованого параметра призводить до того, що в просторі результатів виміру лише з певною вірогідністю можна говорити про те, що виріб придатний або непридатний. У зонах, де вірогідність відмінна від одиниці, можливі помилки контролю. Саме в існуванні подібних зон ховаються резерви для підвищення якості контролю. Використовуючи оригінальну методику, що дозволяє оцінити розмір цих зон, і яка запропонована в даній роботі, можна побудувати ефективні алгоритми контролю, що істотно підвищують його якість. Вони не вимагають додаткових матеріальних витрат на придбання високоточних засобів виміру і забезпечують необхідний рівень вірогідності контролю, що особливо актуально для дрібносерійних і середньо серійних виробництв.

Пропозиція складається в переході від одноетапної до багатоциклічної структури організації контролю де на першому циклі контролюються всі вироби без винятку, на наступних - вироби, що потрапили в так звану “зону спірності”.

Методики, побудовані на базі подібних алгоритмів, є новими та малодослідженими. Така ситуація вимагає розробки грамотного й зручного в інженерному користуванні математичного апарата, що дозволяє оцінити їх ефективність через показники якості контролю – ризики замовника і виробника.

Значний об'єм контрольних операцій, нетривалий моральний строк життя елементної бази робить важливою проблему автоматизації операцій контролю з урахуванням запропонованих алгоритмів. У зв'язку із цим є актуальним: вибір методів дослідження й підвищення якості контролю високонадійних радіодеталей; розробка алгоритмів і програм, що дозволяють автоматизувати процес дослідження й планування контролю; створення безпосередньо системи контролю, у якій реалізуються запропоновані алгоритми. Ці питання розглядаються в дисертаційній роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Робота відповідає тематиці досліджень Української інженерно-педагогічної академії в рамках держбюджетних НДР Міністерства освіти і науки України “Моделі та методи числового контролю” (№9/15) і “Загальні закономірності та характеристики технічного контролю” (№2/7). Основні положення роботи використані при створенні автоматизованої системи диференційованого вхідного контролю якості для ТОВ ПП “Квант” та ДП Харківський радіозавод “Протон” (обидва – м. Харків).

Результати роботи впроваджені в навчальний процес при вивченні дисципліни “Контроль та випробування радіоелектронної апаратури” для студентів спеціальності 7.010104.05 “Професійне навчання. Електроніка, радіотехніка, електронна схемотехніка та зв'язок”.

Мета і задачі дослідження. Ціль досліджень – підвищення вірогідності контролю якості радіодеталей за рахунок використання розроблених структурно-алгоритмічних методів його проведення. Для досягнення поставленої мети вирішується сукупність взаємопов’язаних задач:–

вивчення об'єктів контролю і їхніх характерних рис, а також відомих методів підвищення якості контролю радіодеталей;–

розробка аналітичних методів розрахунку розміру зони підвищеного ризику для різних розподілень інструментальної похибки виміру;–

розробка методу розрахунку ризику виробника при багатоступеневому контролі з виведенням простих аналітичних співвідношень;–

дослідження та розробка нових (модифікованих) методів багатоступеневого контролю, що дозволяють одночасно знизити середні ризики виробника і замовника;–

виведення аналітичних співвідношень середніх ризиків при різних модифікаціях багатоступеневого контролю;–

розробка методу диференційованого вхідного контролю партій виробів, що використовує різні форми його проведення;–

розробка структурної схеми автоматизованої системи диференційованого вхідного контролю якості радіодеталей;–

створення програмного забезпечення ЕОМ, що входить до складу системи та забезпечує роботу контрольно-сортувального автомата.

Об'єктом дослідження в даній роботі виступає процес вимірювального контролю пасивних компонентів радіоелектронної апаратури.

Предметом дослідження – методи та засоби автоматизованого контролю радіодеталей.

Методи дослідження базуються на використанні теорії ймовірностей і математичної статистики. При одержанні розрахункових співвідношень середніх ризиків для різних видів контролю був застосований апарат аналізу похибок і методи інтегрального вирахування (як аналітичні, так і чисельні). При створенні програмного забезпечення для обчислювальної підсистеми використані методи математичного моделювання.

Наукова новизна полягає в тому, що автором:–

отримала подальший розвиток задача щодо оцінки середніх ризиків при традиційному вимірювальному контролі. Для випадку несиметричних розподілів контрольованого параметру та похибки вимірювань отримано співвідношення для розрахунку середніх ризиків;–

вперше розроблено метод аналітичного розрахунку розміру зони підвищеного ризику, використання якого дозволяє приймати з необхідною вірогідністю рішення щодо категорії контрольованого об’єкту;–

вперше розроблена математична модель для розрахунку середнього ризику виробника при багатоступеневому контролі; для окремих видів розподілів контрольованого параметру та похибки його вимірювань отримано прості аналітичні залежності;–

отримали подальший розвиток відомі і розроблено нові (модифіковані) методи багатоступеневого контролю, використання яких дозволяє в порівнянні з традиційним контролем, одночасно знизити ризики виробника та замовника в десятки разів; проведено їх теоретичне дослідження, отримано прості аналітичні вирази для розрахунки ризиків контролю.

Практичне значення отриманих результатів полягає: у формалізації досліджень різних модифікацій багатоступеневого контролю; розробці для кожної з них математичних моделей та алгоритмів; виведенні аналітичних залежностей критеріїв якості контролю, доведених до інженерних розрахункових формул; розробці структурної схеми автоматизованої системи диференційованого вхідного контролю радіодеталей. Розроблені методи контролю дозволяють підвищити його вірогідність в десятки та сотні разів в залежності від кількості циклів.

Економічний ефект від впровадження на виробництві складає понад 300 тис. грн. на рік.

Впровадження розроблених методик при створенні системи диференційованого вхідного контролю якості радіодеталей, підкріплених одержанням інженерних розрахункових співвідношень для ризиків виробника і замовника, забезпечує необхідний рівень якості, оперативності й вартості контролю. Ця обставина сприяє підвищенню ефективності системи технічного контролю на виробництві.

Результати роботи впроваджені в навчальний процес УІПА на кафедрі “Автоматики та радіоелектроніки” при проведенні практичних та лабораторних занять з дисципліни “Контроль та випробування РЕА”.

Запропоновані методики, алгоритми та схеми технічного контролю впроваджені у виробництво на ТОВ ПП “Квант” (м. Харків) при створенні:

1) методики вибору оптимального розміру зони підвищеного ризику;

2) методики модифікованого багатоступеневого вимірювального контролю;

3) автоматизованої системи диференційованого вхідного контролю якості виробів радіоелектроніки.

А також на Харківському радіозаводі “Протон” при створенні:

1) методики диференційованого контролю пасивних компонентів радіоелектронної апаратури;

2) автоматизованої системи диференційованого контролю якості пасивних компонентів радіоелектронної апаратури.

Основні положення роботи, що охоплюють числовий вимірювальний контроль, використовуються в навчальному процесі УІПА та інших вузів України.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати отримані здобувачем самостійно, серед них:–

показане існування оптимального розміру зон підвищеного ризику при багатоступеневому контролі, розроблена методика їхнього аналітичного розрахунку для різних законів розподілу інструментальної похибки;–

виведені загальні інтегральні співвідношення, що пов'язують середні ризики виробника з параметрами системи багатоступеневого контролю; для приватних видів розподілів контрольованого параметра та похибки його виміру отримані прості аналітичні вирази;–

розроблені нові (модифіковані) методики багатоступеневого контролю, що одночасно знижують ризики виробника і замовника; проведено їх теоретичне дослідження, доведене до аналітичних результатів;–

запропонований алгоритм диференційованого вхідного контролю якості радіодеталей, що використовує різні форми числового контролю (від традиційного до модифікованого багатоступеневого); на цій основі розроблена структурна схема автоматизованої системи диференційованого вхідного контролю та створено оригінальне програмне забезпечення її обчислювальної підсистеми.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень і результатів підтверджується: коректним використанням математичного апарата; виведенням аналітичних залежностей, яким надається розрахункова інженерна форма; адекватністю розроблених моделей, перевірених на практиці та у ході обчислювального експерименту; апробацією роботи на багатьох міжнародних і республіканських конференціях.

Апробація результатів дисертації. Результати виконаних досліджень доповідалися на багатьох науково-технічних і методичних конференціях, у тому числі: на 2 Міжнародній науково-технічній конференції „Метрология и измерительная техника. Метрология-99” / Харків: ХДНДІМ, 1999; на Всеукраїнській конференції молодих науковців „Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в природничих науках”/ Кривий Ріг: КДПУ, 2000; на Міжнародній науково-методичній конференції „Інженерна освіта на межі століть: традиції, проблеми, перспективи” / Харків: ХДПУ, 2000; на Міжнародній науково-методичній конференції „Актуальні проблеми інженерної підготовки студентів у вищих навчальних закладах інженерно-педагогічного профілю” / Харків: УІПА, 2001; на 5-му Міжнародному молодіжному форумі „Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”/ Харків: ХТУРЭ, 2001; на 6-му Міжнародному молодіжному форумі „Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке” / Харків: ХНУРЭ, 2002; на II Міжнародній науково-технічній конференції аспірантів та студентів “Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. Пошук молодих” / Донецьк: Дон. НТУ, 2002; на 3 Міжнародній науково-технічній конференції „Метрология и измерительная техника. Метрология-2002” / Харків: ХДНДІМ, 2002; на VII Міжнародній конференції “Контроль і управління в складних системах (КУСС-2003)” / Вінниця: ВНТУ, 2003; на Міжнародній науково-технічній конференції „Метрология и измерительная техника. Метрология-2004” / Харків: ХДНДІМ, 2004; на XXXVII та XXXVIII науково-практичних конференціях науково-педагогічних працівників, учених, аспірантів і співробітників УІПА / Харків: УІПА, 2004 - 2005 р.р.; на 5-й Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми інформатики та моделювання” / Харків: НТУ “ХПІ”, 2005.

Поточні результати роботи доповідалися й обговорювалися на щорічних науково-методичних семінарах кафедри „Автоматики та радіоелектроніки” УІПА (2000-2006р.).

Публікації: Основні результати дисертації опубліковані у 20 наукових працях, в тому числі 5 статей у фахових виданнях, 1 стаття у зарубіжному виданні та 14 робіт в збірниках наукових праць, матеріалах та тезах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків та шести додатків. Повний обсяг дисертації складає 182 сторінки. Робота містить всього 49 ілюстрацій, з них 19 ілюстрацій на окремих сторінках, п’ять таблиць, шість додатків на 41 сторінці, 96 найменувань використаних джерел на дев'яти сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі відзначена актуальність теми дослідження, зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами, вказана наукова новизна та практичне значення роботи, розглянуто особистий внесок автора у друкованих роботах із співавторами, наведена апробація роботи та її структура.

У першому розділі проводиться аналіз стану проблеми підвищення якості технічного контролю в умовах виробництва.

Серед відомих шляхів підвищення якості контролю особливе місце займають алгоритмічні методи, що не потребують підвищення точності технічних засобів контролю та подорожчання його процедури. З таких методів підвищення якості найбільш ефективною представляється сукупність методів, що утворює методику так названого багатоступеневого контролю.

Багатоступеневим названий числовий адаптивний контроль, що, залежно від контрольної інформації, проводиться за один, два і більші числа циклів. Ціль адаптації – підвищення якості контролю. При такому контролі у множині можливих результатів вимірів , усередині технологічної норми , виділяється так названа контрольна норма . Видалення контрольної норми від технологічної (розміри , ) обираються, виходячи з вимог до якості проконтрольованого виробу. У першому наближенні ними можуть бути величини, рівні подвоєному середньому арифметичному значенню погрішності виміру , що визначають зону підвищеного ризику замовника (рис. 1).

Виріб, для якого результат виміру , називається спірним. Підмножина крапок технологічної норми , що залишилась за винятком з неї трактується тут як контрольна норма Підмножини та у сукупності з підмножиною утворюють множину всіх можливих результатів вимірів. Відповідно влученню в одну з цих підмножин контрольований виріб відносять до однієї з трьох категорій: придатні, спірні, непридатні.

Багатоступеневий контроль може виступати в різних формах (мати різні модифікації). Аналіз їхніх теоретичних розробок, проведений в розділі показав, що на сьогоднішній день:–

недостатньо пророблена задача про середні ризики (відсутні рекомендації з їхнього аналітичного розрахунку для довільних несиметричних розподілів контрольованого параметра та похибки його виміру);

Рис. 1. Діапазон зміни результатів вимірювань–

не освітлені теоретичні аспекти вибору зон підвищених ризиків;–

не проведений порівняльний аналіз ефекту багатоступеневого контролю при різних щільностях розподілу похибки виміру контрольованого параметра;–

не приводиться оцінка ризику виробника для базової та інших модифікацій багатоступеневого контролю;–

аналітично не вивчені можливості модифікацій багатоступеневого контролю, що одночасно знижує ризики виробника і замовника.

На базі означених висновників в розділі ставляться задачі дослідження, що отримали своє відображення в наступних розділах дисертації.

У другому розділі вивчаються деякі раніше не пророблені питання, що відносяться до базового різновиду багатоступеневого контролю. Для теоретичного розкриття цього питання введено в розгляд поняття щільності розподілу контрольованого параметра забракованого багатоступеневим контролем виробу – . Виведений її загальний математичний вираз, що описується простою залежністю від щільності розподілу контрольованого параметра виробу і вагових множників циклу і браку

(1)

Вагові множники і в межах верхньої границі норми виражаються інтегральними залежностями від щільності розподілу похибки виміру

; . (2)

Загальний вираз конкретизований для декількох різних значень числа циклів , у тому числі граничного значення . Показано, що при є мажорантою для будь-яких інших щільностей розподілу забракованого виробу. Це дозволило оцінити зверху середній ризик виробника досліджуваного різновиду багатоступеневого контролю. Наводиться його загальний запис, виражений через (3)

У порядку ілюстрації користування отриманими загальними формулами (1)-(3) вираз для конкретизовано для випадку рівномірного розподілу похибки виміру. Знайдено прості розрахункові співвідношення та . Виконано зіставлення розрахункових значень ризику виробника при багатоступеневому і традиційному контролі. Установлено, що його збільшення при багатоступеневому контролі відносно невелике (не більш, ніж у два рази –див. рис.2). Нагадаємо, що ризик замовника при цьому знижується в десятки, сотні та більше число разів. Це підтверджує ефективність описуваної модифікації багатоступеневого контролю.

Рис. 2. Збільшення ризику виробника при різних розподілах похибки

вимірювань

Другим мало вивченим питанням в теорії багатоступеневого контролю питанням є зони підвищеного ризику. Установлено існування таких зон. Для розробки алгоритмічних методів підвищення якості контролю необхідно вміти розраховувати їх розмір (див. рис.1 та рис.3).

Рис. 3. Розширення зони підвищеного ризику

Отримано залежність розміру зон підвищеного ризику від виду розподілу похибки вимірів (дивіться табл. 1 та рис.4). Установлено, що в першому наближенні розмір такої зони можна прийняти рівним величині подвоєної середньої арифметичної похибки виміру .

Таблиця 1

Розподіл похибки | Ризик замовника в околиці

верхньої граничної точки

, | Розмір зони підвищеного

ризику замовника,

Рівномірне

Симпсона

Арксинуса

Нормальне

Подвійне

експоненціальне

Рис. 4. Локальні ризики замовника при різних розподілах інструментальної похибки в околиці верхньої границі норми

За рахунок правильного вибору розміру зон підвищеного ризику забезпечується заданий рівень вірогідності контролю для виробів, результат виміру контрольованого параметра яких не попадає в ці зони. Для виробів же, що потрапили в них, те ж значення вірогідності забезпечується за рахунок проведення додаткових циклів упізнавання. Мінімальна кількість циклів , що забезпечує виконання поставленої умови, може бути розрахована заздалегідь (до проведення контролю).

В третьому розділі розглядається різновид багатоступеневого контролю, де на відміну від базового, ми маємо більш широку “зону спірності”. До неї включені інтервали істотних значень не тільки ризику замовника, але і ризику виробника (на рис. 3 – зона ). У розділі пропонуються три різних варіанти алгоритмічної побудови цього різновиду. Вони відрізняються один від одного завершальною стадією контролю, на якій приймаються рішення про віднесення спірних виробів до категорії придатних або бракованих.

Організаційна сторона пропозиції зводиться до наступного. Перші два варіанти ідентичні: для одного з них рішення приймається на користь замовника (спірні вироби бракуються); для іншого – на користь виробника (спірні вироби вважаються придатними). У третьому варіанті рішення виробляється за традиційною схемою: виріб, що потрапляє в технологічну норму, вважається придатним, а той, що випадає з неї – браком.

Проведено теоретичне дослідження всіх трьох варіантів описуваного різновиду багатоступеневого контролю. Ключовим елементом досліджень є виведення загальних співвідношень щільності розподілу контрольованого параметра спірних і бракованих виробів. Отримано такі співвідношення. Вони з'являються у вигляді простих алгебраїчних залежностей від трьох функціональних параметрів: вагового множника циклу, коефіцієнта браку та апріорної щільності розподілу контрольованого параметра виробу.

Для кожного із запропонованих варіантів знайдені загальні інтегральні залежності, що зв'язують середні ризики виробника і замовника з параметрами контролюючої системи. Вони мають вигляд:

1) перший варіант

; ; (4)

2) другий варіант

; (5)

3) третій варіант

; , (6)

та – щільності розподілу контрольованого параметра придатного і забракованого виробів

; . (7)

Ваговий множник циклу при модифікованому контролі визначається формулою

(8)

Загальні теоретичні побудови і результати (4)-(6) конкретизовані для випадку, коли похибка виміру контрольованого параметра розподілена рівномірно (розподіл спірних виробів при першому та другому варіанті завершення контролю наводиться на рис. 5). В підсумку для всіх показників різновиду були отримані прості розрахункові формули, які дозволяють оцінити ефект та область використання кожного його варіанту.

Рис. 5. Розподіл спірних виробів

Перший варіант доцільно використати якщо потрібно забезпечити практичну відсутність браку в прийнятій партії. При цьому ризик замовника прагне до нуля, а ризик виробника незначно знижується. Другий варіант забезпечує практичну відсутність ризику виробника, при незначному зниженні ризику замовника. Обоє можуть бути застосовані при перевазі одного зі штрафів за помилку контролю. Третій варіант ефективний при рівності штрафів за помилки контролю, оскільки приводить до одночасного відчутного зниження як ризику виробника, так і ризику замовника. Поведінка ризиків для різних варіантів завершення контролю показана на рис. 6 та 7.

В четвертому розділі пропонується нова методика контролю партій радіодеталей в умовах виробництва, що одержала назву диференційованого контролю. Слово “диференційований” підкреслює, що при проведенні контролю використовується індивідуальний підхід. Він полягає у виборі, залежно від вихідних вимог, найбільш підходящого виду контролю (вибірковий, традиційний, багатоступеневий). Такий підхід дозволяє зменшити часові та економічні втрати, пов'язані з контролем.

Методика дозволяє при наявних контрольно-вимірювальних засобах вибрати найбільш раціональний шлях ухвалення правильного рішення. Вона виходить із

Рис. 6 Поведінка середніх ризиків при першій та другій модифікаціях

контролю

Рис.7 Зниження середніх ризиків при третій модифікації контролю

того, що ще до проведення контролю на основі аналізу наявних апріорних відомостей, можна винести такі альтернативні рішення:

1) партія приймається; 2) партія відхиляється (повертається виробнику як непридатна до використання по призначенню); 3) партія може бути прийнята після її суцільного контролю та розбраковування виробів;4) партія може бути прийнята після її контролю за багатоступеневою схемою (указується необхідне число циклів).

Аналіз апріорних відомостей можна розбити на три етапи. На першому етапі проводиться розрахунок очікуваного розкладу виробів у партії (співвідношення придатних і непридатних виробів). Цей показник служить критерієм необхідності контролю. Якщо частка негідних виробів менше заданого рівня браку, то партія визнається придатною та приймається без контролю; якщо ж частка непридатних виробів перевищує величину припустимого відсівання виробів, то партія бракується і повертається виробникові. В інших випадках партія може бути прийнята тільки після належним чином організованого контролю.

На другому етапі здійснюється визначення очікуваного числа і характеру помилок контролю, якби він був проведений за традиційною схемою. При цьому визначаються середні ризики виробника та замовника, а також кількість помилково забракованих і помилково визнаних придатними виробів. Як відомо, найбільш небажані помилки другого роду – помилкове благополуччя, тому кількість помилково визнаних придатними виробів повинна бути менше заданого рівня браку. Якщо ця умова виконується, контроль досить провести по традиційній, у противному випадку – за багатоступеневою схемою.

На заключному, третьому етапі, проводять розрахунки для багатоступеневого контролю. На цьому етапі ставиться задача вибору мінімального числа циклів, при якому забезпечується заданий рівень браку для різних модифікацій багатоступеневого контролю, і обирається, виходячи з мінімуму економічних витрат на контроль, найкраща модифікація багатоступеневого контролю.

На базі запропонованої методики розроблена загальна структура автоматизованої системи диференційованого контролю радіодеталей. Крім пристроїв, що безпосередньо реалізують процедуру контролю, до складу системи входить контрольно-сортувальний автомат і керуюча ЕОМ.

Контрольно-сортувальний автомат являє собою пристрій, що на підставі одержуваної від ЕОМ інформації здійснює всі необхідні операції по завантаженню, орієнтуванню і транспортуванню виробів до вимірювальної позиції, а потім, залежно від результату контролю, здійснює транспортування виробу у відповідний бункер. Запропоновано структурну схему такого автомата (див. рис.9).

Керуюча ЕОМ за допомогою спеціально розробленої програми, написаної мовою C++, здійснює вибір методики проведення контролю; управляє роботою контрольно-сортувального автомата, формує необхідні значення уставок, виконує функцію класифікатора категорії виробу.

Такий розподіл функцій системи дозволяє значно прискорити процес проведення контролю, а також адекватно реагувати на зміну типономіналів контрольованих виробів (у цьому випадку постійних резисторів).

В п’ятому розділі розроблено структурну схему автоматизованої системи диференційованого контролю радіодеталей. Система містить у собі три основних складових (див. рис.3): керуючу ЕОМ, контрольно-сортувальний автомат (КСА), вимірювальний пристрій (мультиметр APPA 109) і ряд допоміжних елементів. Вона може працювати в широкому діапазоні зміни вихідних даних, відрізняється швидкодією, оперативністю, зручним програмним інтерфейсом користувача.

КСА призначений для виконання необхідних операцій по завантаженню, орієнтуванню та транспортуванню виробів до вимірювальної позиції, а також, залежно від результату контролю, – транспортування виробу у відповідний бункер. Вимірювальний пристрій необхідний для одержання результату виміру контрольованого параметра виробу. Обробка вимірювальної інформації, що надходить від мультиметра, здійснюється в ЕОМ. Тут проводиться порівняння результату виміру з допусками на контрольований параметр, і видається висновок про категорії виробу. Відповідно до останнього, в ЕОМ формуються керуючі сигнали для КСА, залежно від яких виріб відносять у той або інший бункер (див. рис.10).

Рис. 9 Структурна схема контрольно-сортувального автомата

Зв'язок ЕОМ з вимірювальним пристроєм і КСА здійснюється через послідовний порт ЕОМ, відповідно до протоколу RS-232. Використовуючи інтерфейс RS-232, дані між ЕОМ і периферійними пристроями передаються асинхронно, тобто у вигляді пакетів. Для коректної роботи мікропроцесора з послідовним портом розроблені керуючі програми – драйвери, які виділені на структурній схемі в окремий блок з назвою “Драйвери та приймач”.

Фіксацію результатів контролю в системі роблять два блоки – це друкувальний пристрій, і пристрій реєстрації інформації. У першому випадку інформація, використовуючи принтер, може бути роздрукована на папері, у другому – представлена в електронному виді, але вже в систематизованій формі, доступній для обробки в додатках до системи Windows (наприклад, Word, Excel, як файл із розширенням *.txt).

Ручний пульт керування, представлений на рис.3, призначений для підключення електроживлення КСА, а також його зупинки у випадку аварійної ситуації або виробничої необхідності. Занесення даних в ЕОМ оператором здійснюється за допомогою клавіатури.

Також в розділі описана програма керування системою диференційованого контролю якості радіодеталей. Основне призначення програми: 1) визначення за вихідними даними партії її вхідної якості та вибір виду контролю, що буде проводитись; 2) обробка всієї вимірювальної інформації, що надходить через послідовний порт із вимірювального приладу; 3) видача керуючих сигналів контрольно-сортувальному автомату.

Рис. 10 Структурна схема системи диференційованого контролю радіодеталей

Опис програми розбитий на дві частини: роботу в режимі обчислень і роботу в режимі фіксації результатів. Запропоновано зручний інтерфейс програми, підібрана відповідна колірна гама. Для зручності користувача в головному вікні програми виділена панель інструментів.

Система впроваджена у виробництво на підприємствах ТОВ ПП “Квант” та ДП Харківський радіозавод “Протон” . Економічний ефект відбитий в актах впровадження.

ВИСНОВКИ

По дисертаційній роботі можна зробити наступні основні виводи:

1. Існуючі на сьогоднішній день методики підвищення якості числового контролю, що використовують його одноступеневу організацію, практично себе вичерпали та пов'язані зі значними як матеріальними витратами, так і тривалістю його у часі. Більш перспективним напрямком є багатоступеневий контроль, що проводиться за два й більшу кількість циклів. У першому циклі контролюється вся партія виробів у цілому, у наступних – лише вироби, що потрапили в “зону спірності”. Таким чином в роботі запропоновано структурно-алгоритмічні методи підвищення якості контролю.

2. Багатоступеневий контроль – новий перспективний напрямок числового контролю, що дозволяє алгоритмічним шляхом істотно підвищити його якість. Теоретичні й практичні розробки цього напрямку перебувають у стадії становлення. Навіть його базовий різновид має ще не висвітлені сторони досліджень.

3. Показано, що як при позитивному, так і при негативному результаті контролю в області можливих результатів виміру контрольованого параметра існують “зони підвищеного ризику”. Контроль виробу, вимірюване значення контрольованого параметра якого попадає в одну із цих зон, має вірогідність, що істотно відрізняється від одиниці.

Виконано аналіз локальної вірогідності контролю. Запропоновано метод аналітичного розрахунку розміру зони підвищеного ризику, виходячи з допуску на ризик виробника або замовника, для різних законів розподілу інструментальної похибки. Встановлено, що зони підвищеного ризику групуються в порівняно вузької -околиці границь технологічної норми. Сам розмір зони служить мірою зсуву від її границь контрольної й розширеної норм.

Це забезпечує, зокрема, для базового різновиду багатоступеневого контролю (для нього зона спірності збігається із зоною підвищеного ризику замовника) практично стовідсоткову гарантію придатності виробів, результат виміру контрольованого параметра яких попадає усередину контрольної норми. Для виробів же з результатом виміру, що потрапляє в зону спірності, необхідна вірогідність контролю досягається за рахунок проведення його повторних циклів. Число таких циклів можна розрахувати заздалегідь (до проведення контролю).

4. Розроблено методику знаходження ризику виробника – другого по значимості показника базового багатоступеневого контролю. Отримано загальне інтегральне співвідношення, що пов'язує цей показник з розподілами контрольованого параметра й похибки його виміру. Це дозволяє з достатньою точністю (похибка не перевищує 2-5%) оцінити його значення.

В якості ключового елементу теоретичних досліджень і математичної моделі ризику виробника запропонована щільність розподілу контрольованого параметра забракованого виробу. Виведений її загальний математичний вираз, зручний в аналізі та при обчисленнях. Для випадку рівномірного розподілу похибки знайдені прості розрахункові залежності.

Проведено порівняльний аналіз ризику виробника при базовому багатоступеневому і традиційному контролі. Показано, що збільшення ризику при багатоступеневому контролі невелике (максимум удвічі), в той же час ризик замовника знижується в десятки й сотні разів, що підтверджує високу ефективність базового різновиду. Так для різних законів розподілу похибки вимірювань вірогідність похибки другого роду після двох циклів контролю зменшується в середньому в 3 рази, після трьох в 8 разів, чотирьох – 20, шести – в 120 разів.

5. Розглянуто модифікований багатоступеневий контроль, у зону спірності якого, на відміну від базового контролю, включені зони підвищеного ризику і замовника, і виробника. Запропоновано три різних варіанти алгоритмічної побудови цього різновиду. Вони відрізняються один від одного завершальною стадією контролю, на якій приймаються рішення про віднесення спірних виробів до категорії придатних або бракованих.

Проведено теоретичне дослідження всіх трьох варіантів. Ключовим елементом досліджень є вивід загальних співвідношень щільності розподілу контрольованого параметра спірних і бракованих виробів. Отримано відповідні співвідношення. Знайдено загальні інтегральні залежності, що пов'язують ризики виробника й замовника з параметрами контролюючої системи.

Загальні теоретичні побудови конкретизовані для випадку, коли похибка виміру контрольованого параметра розподілена рівномірно. Для всіх показників різновиду отримані інженерні розрахункові формули, що дозволяють оцінити ефект та область застосування кожного її варіанта. Похибка розрахунків за отриманими формулами знаходиться в межах 1-5%.

6. Запропоновано диференційований (індивідуальний) підхід до організації контролю різних партій. Він заснований на припущенні про те, що для партій з різними вхідними та необхідними вихідними даними можуть виявитися доцільними різні види контролю (вибірковий, суцільний традиційний, багатоступеневий).

Аналіз цього припущення, як завершення виконаних досліджень, вилився в розробку відповідної методики, на базі якої створена автоматизована система диференційованого вхідного контролю якості радіодеталей. Метод забезпечує зниження часових та економічних витрат на проведення контролю за рахунок більш повного використання наявної інформації про розподіл виробів у контрольованій партії. Час підготовки до проведення контролю зменшується за рахунок автоматизації на 15% відсотків в порівнянні з існуючими системами (наприклад, “Акорд-1”). При цьому проводиться її аналіз і призначається найбільш раціональний по економічних і часових витратах вид контролю.

До складу автоматизованої системи контролю, крім власне пристрою контролю із цифровим мультиметром входять контрольно-сортувальний автомат і керуюча ЕОМ. Для останньої розроблене програмне забезпечення мовою програмування C++. Оперативність контролю забезпечується за рахунок проведення його в режимі реального часу, що дозволяє зменшити час на проведення контролю на 20% в порівнянні з існуючими системами.

7. Результати досліджень успішно впроваджені у виробництво на підприємствах ТОВ ПП “Квант” та ДП Харківський радіозавод “Протон” (обидва – м. Харків), що підтверджується наявністю відповідних актів. Впровадження дозволило зменшити економічні витрати кожного з підприємств на понад 300 тисяч гривень на рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Федюшин А. И. Об одном показателе качества многоступенчатого контроля //ААЭКС, – 2002. – №1. – С. 56-61.

2. Федюшин А. И. Об одном способе повышения достоверности числового измерительного контроля //Український метрологічний журнал. – 2004. – Вип. №1. – С. 14-17.

3. Федюшин А. И. Формулы для расчета средних рисков контроля //Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. –№6(64). – Луганськ: 2003. – С. 33-38.

4. Федюшин А. И. Автоматизированная система дифференцированного контроля качества радиодеталей в условиях производства // Технология приборостроения. – 2005. –№2. – С. 44-51.

5. Федюшин А. И. Автоматизация планирования и проведения дифференцированного контроля качества радиодеталей // Технология приборостроения. – 2006. –№1. – С. 29-34.

6. Федюшин А. И. О выборе размера зоны повышенного риска заказчика при многоступенчатом измерительном контроле // Телекоммуникации. – 2003. – №6. – С. 39-44.

7. Болычевцев А.Д., Федюшин А. И., Шулик П. В. Дифференцированный входной контроль качества. – В зб. трудів II Міжнародної науково-технічної конференції „Метрологія та вимірювальна техніка. (Метрологія-99)”. – Харків: 1999. – Т. 1. – С. 54-56.

8. Болычевцев А. Д., Добрыдень В. А., Смолин Ю. А., Федюшин А. И. Информационный критерий качества контроля. – В зб. наукових праць Всеукраїнської конференції молодих науковців „Комп’ютерне моделювання та інформаційні технології в природничих науках”. – Кривий Ріг: КДПУ, 2000. – С. 283-285.

9. Ачкасов Д. Е., Болычевцев А. Д., Передерий В. Е. Федюшин А. И. Качество контроля и его составляющие. – В зб. наукових праць Міжнародної науково-методичної конференції „Інженерна освіта на межі століть: традиції, проблеми, перспективи”. – Харків: ХДПУ, 2000. – С. 156-157.

10. Федюшин А. И. Повышение качества контроля. – В сб. трудов 5-го Международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. – Харьков: ХТУРЭ, 2001. – Ч. 1. – С. 247-248.

11. Федюшин А. И. Совершенствование инженерной подготовки специалистов инженерно-педагогического профиля. – В зб. наукових праць Міжнародної науково-методичної конференції „Актуальні проблеми інженерної підготовки студентів у вищих навчальних закладах інженерно-педагогічного профілю”. – Харків: 2001. – С. 137-138.

12. Болычевцев А. Д, Гао Фэн-Ю, Федюшин А. И. Риск изготовителя при многоступенчатом измерительном контроле. – В зб. праць II Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів “Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих”. – Донецьк: Дон. НТУ, 2002. – С. 14-16.

13. Садовская Т.С., Федюшин А. И., Черкасова А. Ю. Эффект многоступенчатого контроля. – В зб. праць II Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів “Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих”. – Донецьк: Дон. НТУ, 2002. – С. 255-257.

14. Болычевцев А. Д., Добрыдень В. А, Любимова Н. А., Смолин Ю. А., Федюшин А. И. Об одной возможности повышения эффективности централизованного контроля. – В зб. трудів III Міжнародної науково-технічної конференції „Метрологія та вимірювальна техніка. (Метрологія-2002)”. – Харків: 2002. – Т. 1. – С. 76-78.

15. Федюшин А. И. Оценка средних рисков модифицированного многоступенчатого контроля. – В сб. трудов 6-го Международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. – Харьков: ХНУРЭ, 2002. – Ч. 2. – С. 283-284.

16. Федюшин О. І. Методика модифікованого багатоступеневого контролю виробів радіоелектроніки. – В зб.: Тези доповідей VII Міжнародної конференції “Контроль і управління в складних системах (КУСС-2003)”. – Вінниця. – С.54.

17. Федюшин А. И. Модифицированный многоступенчатый контроль изделий радиоэлектроники. – В зб. трудів Міжнародної науково-технічної конференції „Метрологія та вимірювальна техніка. (Метрологія-2004)”. – Харків: 2004. – Т. 1. – С. 172-174.

18. Болычевцев А. Д., Долгий М. В., Федюшин А. И. Качество контроля единич-

ной продукции – В зб. тез доповідей XXXVII науково-практичної конференції науково-педагогічних працівників, науковців, аспірантів та співробітників академії. – Харків: 2004. – Ч.1. – С. 6-10.

19. Федюшин О. І. Числовий вимірювальний контроль підвищеної якості. – В зб. тез доповідей XXXVIII науково-практичної конференції науково-педагогічних працівників, науковців, аспірантів та співробітників академії. – Харків: 2005. – Ч.2. – С. 11-12.

20. Федюшин А. И. Автоматизированная система дифференцированного контроля партий изделий. – В зб.: Тези доповідей 5-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми інформатики та моделювання”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – С. 12.

Особистий вклад автора в публікаціях: [7] – запропонований алгоритм диференційованого контролю якості партій виробів; [8] – сформульований ентропійний підхід до оцінки якості контролю. Виведено загальний вираз для кількості інформації, отриманої в результаті його проведення; [9] – виведене і проаналізоване співвідношення, що встановлює зв'язок середніх ризиків виробника та замовника із втратами якості технічного контролю; [12] – уведено в розгляд і знайдене інтегральний вираз щільності розподілу забракованого багатоступеневим контролем виробу; [13] – запропонований метод оцінки ефекту багатоступеневого контролю для різних законів розподілу похибок виміру; [14] – запропонований удосконалений алгоритм скорочення середнього часу між операціями централізованого контролю множини віддалених один від одного об'єктів; [19] – запропонована лінійна апроксимація приватного ризику замовника при довільному розподілі похибки виміру.

АНОТАЦІЇ

Федюшин О. І. Підвищення вірогідності вимірювального контролю компонентів радіоелектронної апаратури з використанням методу усунення невизначеності його результатів. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – Прилади і методи контролю та визначення складу речовин. – Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2007.

Дисертація присвячена рішенню актуальних науково-прикладних завдань: підвищення вірогідності вимірювального контролю компонентів радіоелектронної апаратури з використанням методу усунення невизначеності його результатів; а також створенню на базі розроблених методів автоматизованої системи диференційованого контролю радіодеталей, що дозволяє підвищити швидкодію, достовірність та економічність контролю.

Як альтернатива існуючим сьогодні методам підвищення якості контролю, які використовують одноступеневу його організацію та пов'язані зі значними економічними витратами, розглядається більш перспективний напрямок – багатоступеневий контроль. Він проводиться за два та більші числа циклів і дозволяє алгоритмічним шляхом істотно підвищити його якість. При цьому в першому циклі контролюється вся партія виробів у цілому, на наступних – тільки вироби, що потрапили в “зону підвищеного ризику”. Під останньою розуміється інтервал, де найбільш імовірні помилки контролю. Виконано аналіз локальної вірогідності контролю. Запропоновано метод аналітичного розрахунку розміру зони підвищеного ризику, виходячи з допуску на ризик виробника або замовника,