Введение к работе
Актуальность работы. Статистический контроль технологического процесса - одно из наиболее перспективных направлений повышения качества продукции серийного производства. При контроле множества независимых параметров процесса стандартами предусмотрено применение карт Шухарта и кумулятивных сумм. Для коррелированных параметров используются карты Хотеллинга и многомерных экспоненциально взвешенных скользящих средних, а также различные их модификации.
Применению статистических методов при контроле и регулировании технологических процессов посвящены работы Ю.П. Адлера, A.M. Бендерского, О.П. Глудкина, О.И. Илларионова, В.А. Лапидуса, В.Л. Шпера и других отечественных специалистов, а также зарубежных исследователей - Ф. Апаризи, Ц. Лоури, Д. Монтгомери, Д. Хаукинса и других ученых.
Многомерный статистический контроль технологических процессов активно используется на производстве, начиная с 90-х годов прошлого века. К настоящему времени разработано множество различных статистических инструментов контроля, предназначенных для выявления нарушений его стабильности. Рекомендации по их применению в условиях конкретного технологического процесса весьма противоречивы. При этом возможно как увеличение времени до обнаружения нарушения процесса, так и ложные тревоги, приводящие к необоснованной остановке процесса для регулировки.
Таким образом, выбор режима, обеспечивающего наибольшую эффективность контроля, стал актуальной задачей. Использование современной компьютерной техники и соответствующего программного обеспечения позволяет идентифицировать наилучший режим для данного конкретного процесса и обеспечить его надежный контроль.
Цель работы - повышение эффективности контроля технологического процесса путем разработки математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для выбора наилучшего режима мониторинга на основе статистических испытаний.
Для достижения поставленной цели решаются задачи.
-
Анализ существующих методов статистического контроля многопараметрического технологического процесса.
-
Исследование возможных процедур выбора режима мониторинга процесса, основанных на минимизации средней длины серий (количества выборок от момента нарушения процесса до момента обнаружения этого нарушения).
-
Разработка алгоритмов проведения статистических испытаний для выбора наилучшего режима из заданного множества допустимых режимов.
-
Разработка комплекса программ, обеспечивающих выбор конкретного режима мониторинга многопараметрического технологического процесса и проведение многомерного статистического контроля.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использовались методы теории вероятностей, математической статистики, статистического моделирования и численные методы. При разработке программного обеспечения использовались методы объектно-ориентированного проектирования программных систем.
Научная новизна основных результатов работы, выносимых на защиту
-
Впервые сформулирована задача выбора наилучшего режима многомерного статистического контроля технологического процесса из множества заданных допустимых режимов.
-
Предложена математическая модель потока данных технологического процесса, как многомерного временного ряда - последовательности независимых нормально распределенных случайных векторов с заданным вектором средних и ковариационной матрицей, при этом нарушения процесса по одному или нескольким параметрам имеют место в случайные моменты времени.
-
Разработаны алгоритмы и методика проведения статистических испытаний для выбора режима мониторинга.
-
Разработанный программный комплекс обеспечивает выбор режима мониторинга многопараметрического технологического процесса и проведение многомерного статистического контроля, и включает программы статистического контроля процесса, программы построения контрольных карт на регрессионных остатках и главных компонентах, программу проведения статистических испытаний.
-
Показана эффективность применения разработанной методики и программного обеспечения при контроле реальных технологических процессов.
Практическая значимость работы состоит в том, что применение разработанной методики и программного обеспечения для выбора наилучшего режима мониторинга повышает эффективность контроля технологического процесса за счет уменьшения количества наблюдений от момента нарушения процесса до момента обнаружения этого нарушения и уменьшения риска необоснованных регулировок процесса.
Реализация и внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы использованы при выполнении гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект 08-08-97004-р-Поволжье-а «Статистические модели контроля и диагностики многопараметрического технологического процесса»).
Результаты работы внедрены при многомерном статистическом контроле показателей качества очистки смазочно-охлаждающих жидкостей на ЗАО «Системы водоочистки» (г. Ульяновск).
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Ульяновского государственного технического университета в дисциплинах: «Контроль качества и надежность», читаемой студентам специальности «Прикладная математика», «Надежность технических систем» для специальности
«Инженерная защита окружающей среды» и «Статистические методы управления качеством» для специальности «Управление качеством».
Достоверность положений диссертации обеспечивается корректным использованием математических методов и подтверждается близостью теоретических расчетов и результатов статистических испытаний.
Апробация работы
Теоретические положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях Ульяновского государственного технического университета в 2009 - 2012 гг., а также на международных и всероссийских конференциях: «Системные проблемы надежности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах» (Сочи, 2009 г.), Десятом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (Сочи, 2009 г.), «Математическое моделирование физических, технических, экономических, социальных систем и процессов» (Ульяновск, 2009 г.), «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» (Ульяновск, 2009 г.), Всероссийской школе-семинаре «Информатика, моделирование, автоматизация проектирования» (Ульяновск, 2010 г.), «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем» (Ульяновск, 2009, 2011 гг.), «Информатика и вычислительная техника» (Ульяновск, 2010 - 2011 гг.).
Публикация результатов работы. Результаты исследований по теме диссертации изложены в 17 опубликованных работах, в том числе в двух статьях в изданиях из перечня ВАК, получены три свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников, содержащего 120 наименований отечественных и зарубежных работ. В приложении представлены документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы. Общий объем диссертации составляет 139 страниц, включая 46 рисунков.
