Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ влияния на качество контроля технического состояния автомобилей метрологического обеспечения средств их диагностирования 8
1.1. Анализ нормативной базы обеспечения контроля технического состояния автотранспортных средств 8
1.2 Анализ методов оценки безопасности автотранспортных средств 13
1.3 Влияние метрологического обеспечения на качество контроля технического состояния автомобилей на региональном уровне 19
1.4 Задачи исследования 26
ГЛАВА 2. Разработка программы метрологического обеспечения поверки средств технического диагно стирования автомобилей по параметрам безо пасности 27
2.1 Анализ методов синтеза метрологического обеспечения контроля сложных технических объектов 27
2.2 Декомпозиция задачи совершенствования системы метрологического обеспечения поверки средств технического диагностирования автомобилей по параметрам безопасности 35
2.3 Определение критерия выбора рабочих эталонов для поверки средств технического диагностирования автомобилей по параметрам безопасности 43
2.4. Выводы по главе 56
ГЛАВА 3. Разработка методического обеспечения задач управления качеством поверки средств технического диагностирования автомобилей 57
3.1 Разработка методики расчета достоверности поверки средств технического диагностирования 57
3.2 Исследование методики расчета достоверности поверки средств технического диагностирования 75
3.3. Выводы по главе 89
ГЛАВА 4. Разработка системы организации поверки средств технического диагностирования автомобилей в регионе 91
4.1. Разработка алгоритма обеспечения работоспособного состояния рабочих эталонов при организации метрологического обеспечения средств технического диагностирования автомобилей д,
4.2 Разработка алгоритма организации поверки средств технического диагностирования автомобилей 94
4.3 Разработка схемы имитационного моделирования процесса создания и оптимизации системы управления метрологического обеспечения средств технического диагностирования автомобилей в регионе 97
4.4 Выводы по главе 105
Заключение 106
Список
- Анализ методов оценки безопасности автотранспортных средств
- Анализ методов синтеза метрологического обеспечения контроля сложных технических объектов
- Исследование методики расчета достоверности поверки средств технического диагностирования
- Разработка алгоритма организации поверки средств технического диагностирования автомобилей
Введение к работе
Актуальность. Управление качеством контроля технического состояния автомобилей осуществляется на основе измерительной информации, качество которой определяется уровнем метрологического обеспечения (МО) процессов эксплуатации автомобильного транспорта (ЭАТ).
В связи с резким возрастанием количества автомобилей в эксплуатации и быстрым развитием сети станций технического обслуживания автотранспортных средств (АТС) сегодня остро стоят задачи совершенствования действующей системы МО ЭАТ. Они включают целый комплекс вопросов, которые определяют успех в решении данной актуальной задачи: проведение анализа состояния измерений на автотранспортных предприятиях, создание экономически эффективной сети поверочных лабораторий, включающей как стационарные, так и подвижные метрологические пункты, оптимизация процессов МО средств технического диагностирования (СТД) по технико-экономическим критериям, содействие в понимании необходимости решать задачи МО в отрасли путем внедрения систем менеджмента качества на предприятиях ЭАТ. Проблема эта, безусловно, всероссийская. Однако в силу. того, что Федеральная метрологическая служба структурно поделена на региональные государственные службы, которые занимаются вопросами метрологического контроля непосредственно в реальной экономике, то и упомянутые задачи должны решаться структурами Ростехрегулирования в субъектах федерации, в том числе и Владимирским центром стандартизации, метрологии и сертификации.
В связи с изложенным актуальными являются исследования, связанные с развитием научно-методических основ МО ЭАТ, способствующие успешному решению на региональном уровне задач:
- Подбора рабочих эталонов для поверки СТД автомобилей из множества возможных вариантов по технико-экономическому критерию;
- Оценки возможных рисков при отклонении метрологических показателей в процессах ЭАТ;
- Разработка системы организации поверки СТД автомобилей в регионе.
Цель и задачи работы. В работе преследуется цель повышения качества контроля технического состояния автомобилей на основе создания научно - методической базы по организации и проведению поверочных и калибровочных работ в сфере ЭАТ, а также практическую их апробацию на региональном уровне путем решения следующих задач:
-Систематизации требований к процессам МО безопасной эксплуатации автомобилей;
-Разработки программы метрологического обеспечения поверки СТД автомобилей;
-Разработки методики выбора рабочих эталонов для поверки и калибровки СТД по технико-экономическому критерию;
- Разработки методики расчета достоверности поверки СТД;
- Разработки алгоритма управления рабочими эталонами;
- Разработки практических рекомендаций по организации процессов поверки СТД на региональном уровне.
Объектом исследования является система организации поверки СТД автомобилей на региональном уровне.
Метод исследования. Для достижения поставленных целей применялись теория вероятностей, математическая статистика, теория планирования эксперимента, теория надежности, современные технологии управления качеством продукции и процессов, системный анализ.
Научная новизна работы. Научную новизну работы характеризуют:
1. Разработанная программа метрологического обеспечения поверки СТД автомобилей по параметрам безопасности, включающая процедуры выбора рабочих эталонов, обеспечения работоспособного состояния рабочих эталонов и их эффективного применения на региональном уровне.
2.Предложенный метод оценки достоверности поверки однопредельных и многопредельных СТД автомобилей с учетом процесса изменения погрешности во времени.
Практическая ценность:
1. Проведена систематизация требований к МО поверки СТД, необходимых для контроля технического состояния АТС по параметрам безопасности.
2. Усовершенствованы методики выбора комплекта рабочих эталонов в условиях региональных метрологических служб.
3. Даны рекомендации по применению результатов исследований с целью улучшения деятельности региональных метрологических служб, занимающихся поверками СТД автомобилей.
4. Разработана система организации поверки СТД автомобилей в регионе.
Реализация результатов работы. По теме диссертации проводились научно-исследовательские работы на базе кафедры «Управление качеством и техническое регулирование» ВлГУ по теме №361/01 «Метрологическое обеспечение и управление качеством технических систем» в 2001 - 2004 гг.
Результаты работы внедрены в ФГУ «Владимирский ЦСМ» и ФГУ «Ивановский ЦСМ» при организации поверки СТД, ОАО «Эталон» при организации ремонта СТД и планировании производства рабочих эталонов, в ООО «Владимир-тест» при сертификации услуг по техническому обслуживанию и ремонту АТС.
Методики, разработанные в третьей главе, применяются в учебном процессе ВлГУ на кафедре «Управление качеством и техническое регулирование» при подготовке инженеров по специальностям 200501 «Метрология и метрологическое обеспечение» и 200503 «Стандартизация и сертификация».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих семинарах и конференциях:
- Международном практическом семинаре «Опыт разработки и внедрения систем качества на предприятиях стран СНГ» (Бишкек, 1998);
Третьей международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2004);
- Научно-технической конференции «Управление качеством проектов и процессов» (Ульяновск, 2004);
- Международном научном симпозиуме, посвященном 140-летию МГТУ «МАМИ» (Москва, 2005);
10-й международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей» (Владимир, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 140 страниц.
На защиту представляются разработанные:
1. Программа метрологического обеспечения поверки СТД автомобилей по параметрам безопасности, включающая процедуры выбора рабочих эталонов, обеспечения работоспособного состояния рабочих эталонов и их эффективного применения на региональном уровне.
2. Метод оценки достоверности поверки однопредельных и многопредельных СТД автомобилей с учетом процесса изменения погрешности во времени.
3. Система организации поверки СТД автомобилей в регионе.
Анализ методов оценки безопасности автотранспортных средств
Методы оценки безопасности автотранспортных средств должны разрабатываться с учетом требований нормативной документации, законов РФ, правил и т.д., и охватывать весь жизненный цикл автотранспортного средства; быть пригодными для использования на всех этапах жизненного цикла. В многоуровневой иерархической структуре оценки безопасности автотранспортных средств можно выделить следующие уровни: нулевой уровень, под которым понимают интегральный показатель безопасности автотранспортных средств, и базирующийся на двух показателях I уровня: параметрах технического состояния автотранспортных средств и параметрах качества процесса измерений.
Для оценки технического состояния автотранспортных средств с учетом важности безопасности для потребителя необходимо опираться на требования нормативно-правовых актов, правил, стандартов, технических норм и других нормативных документов в области обеспечения безопасности. Поэтому для определения значения интегрального показателя безопасности автотранспортных средств выбирается номенклатура параметров безопасности автотранспортных средств подлежащих измерению с помощью средств технического диагностирования. Так, параметры технического состояния автомобиля подразделяются на три группы (II уровень) по принадлежности к различным физическим процессам. В свою очередь параметры безопасности автомобиля можно классифицировать по различным элементам конструкции - шесть параметров III уровня и конкретные параметры IV уровня (табл. 1.1). Это не исчерпывающая номенклатура параметров безопасности автотранспортных средств. Она может быть дополнена или сокращена, исходя из марки автомобиля, наличия или отсутствия составных частей, условий эксплуатации автомобиля, а также добавлением в табл. 1.1 параметров окружающей среды, нормируемых в нормативной документации.
Для оценки безопасности автотранспортного средства, по аналогии с оценкой их конкурентоспособности приведенной в [100], может быть определен безразмерный интегральный показатель - коэффициент безопасности автотранспортного средства. Он равен относительной площади звезды безопасности, построенной в декартовой системе координат внутри оценочного круга с центром в начале координат по параметрам технического состояния автомобиля.
Радиус круга выбирается произвольно. В общем виде, для п параметров коэффициент безопасности автомобиля может быть рассчитан по соотношению
Звезда безопасности строится по параметрам, приведенным в таблице 1.1 с соблюдением следующих принципов: все оценочные параметры регламентированы нормативной документацией и имеют равный «вес», поэтому круг делится радиальными оценочными шкалами на равные секторы, количество которых равно числу оценочных параметров; по мере удаления от центра круга значение параметра приближается к номинальному значению. Если какой-либо параметр превышает номинальное значение, то значение этого параметра откладывается внутрь круга, двигаясь в обратном направлении, т.е. от номинального значения, расположенного на ободе круга, к центру (рис. 1.2). Для повышения содержательности параметры рекомендуется группировать по схожим признакам (параметры внешних световых приборов, параметры тормозного управления и т.д.).
При большом числе параметров безопасности построение и расчет площади звезды - процесс трудоемкий, поэтому можно использовать другой метод определения коэффициента безопасности автотранспортных средств: метод построения профилей [101]. Профилем называется графическое изображение выбранных параметров безопасности АТС по определенным правилам (рис. 1.3).
Оценка коэффициента безопасности производится путем сравнения площадей профилей проверяемого автотранспортного средства с идеальным его состоянием по параметрам безопасности, построенных на том же оценочном поле. Оценочное поле делится на равные (и-1) части, где п - число выбранных параметров безопасности. Веса всех параметров безопасности автотранспортных средств принимаются равными между собой. Каждый параметр безопасности автотранспортного средства откладывается на делительной шкале по правилу: чем значение показателя лучше, тем правее он располагается на шкале. Градуировка шкал параметров безопасности должна быть такая, чтобы все параметры попали в выбранные пределы. При построении профиля рекомендуется параметры безопасности сгруппировать по характерным категориям, например, параметры рулевого управления, что позволит рассчитать коэффициент безопасности по данной категории автотранспортного средства. Он определяется как отношение площадей профиля и оценочного (идеального) прямоугольного поля по формуле
Анализ методов синтеза метрологического обеспечения контроля сложных технических объектов
Синтез метрологического обеспечения контроля параметров технического состояния сложных объектов основан на использовании системного подхода, заключающегося в рассмотрении его как совокупности взаимосвязанных операций, объединенных единой целью - достижением единства и необходимой точности измерений в интересах получения наивысшей эффективности эксплуатации технической системы. Для определения круга задач, которые должны решаться при метрологическом обеспечении технической системы, проводится анализ процесса эксплуатации с выделением выполняемых при этом метрологических операций и оценкой их влияния на эффективность работы технической системы. В процессе анализа устанавливается совокупность основных факторов, влияющих на эффективность измерений, определяется связь между показателями эффективности метрологического обеспечения и показателями качества проводимых измерений, а также характеристиками работ по поддержанию единства и требуемой точности измерений.
Работы по метрологическому обеспечению технических систем, в том числе поверки СТД, объединяются в две группы [51, 70, 77, 95]: связанные непосредственно с измерением параметров и характеристик; - направленные на поддержание в процессе эксплуатации требуемой точности средств измерений и готовности их к применению.
В качестве основных критериев при разработке метрологического обеспечения наиболее часто принимаются [77,95]: 1. Метрологические характеристики систем контроля, которые обеспечиваются выбором средств измерения по коэффициенту уточнения или выбором средств измерения по принципу безошибочности контроля; 2. Показатели эффективности метрологического обеспечения; 3. Экономические критерии.
Рассмотрим основные критерии синтеза систем МО. Выбор средств измерения по коэффициенту уточнения основан на сравнении погрешности измерения и допуска на контролируемый параметр. В данном способе, например по ГОСТ 8.051-81, предусматривается введение коэффициента точности показывающего величину отношения между полем допуска на контролируемый параметр и погрешностью средства измерения. Коэффициент уточнения назначается эмпирически и зависит от вида проводимых измерений. Этот метод выбора средств измерения используется в основном при измерении линейных размеров деталей АТС.
Выбор средств измерения по принципу безошибочности контроля [88, 86J предполагает определение коэффициента уточнения на основе обеспечения заданных вероятностей ошибок первого и второго рода P.Z Р,дОП илиР2Е Р2доп, (2.1) где P\z, PTL - суммарные ошибки первого и второго рода при многопараметрическом контроле ТО; Р\ДОа, Рілоп допустимые значения ошибок первого и второго рода.
Использование данного способа предполагает наличие информации о законах распределения контролируемых параметров и погрешностей их измерения.
Критерий Неймана-Пирсона накладывает ограничение по вероятности ошибки второго рода при поверке СТД, а вероятность ошибки первого рода должна быть минимизирована где уц - приведенная погрешность при поверке СТД на у -м диапазоне /-го контролируемого параметра, т,- - число диапазонов по /-му контролируемому параметру, п - количество контролируемых параметров; Р„ Р2 - величины средних ошибок первого и второго рода, вызванные поверкой СТД на у -м диапазоне /-го контролируемого параметра с приведенной погрешностью yi}; Р2Д - вероятность допустимой ошибки второго рода при поверке, определяется по экспертным оценкам, или на основе экономических критериев.
Известны два основных вида комплексных показателей эффективности [95, 109, 104, 86-91], на основе которых осуществляется синтез метрологического обеспечения сложных технических систем: коэффициенты эффективности и технико-экономические показатели. Первый является показателем для сравнительной оценки с использованием весовых коэффициентов. Так, показатель метрологического обеспечения сложного объекта, например, предприятия, определяется как взвешенная сумма частных показателей уровня метрологического обеспечения группы видов измерений Кмог, Уровня организации метрологической службы Кы, уровня проведения метрологической экспертизы Кз и уровня квалификации работников і отк [95] Фмо = 0,5КМОГ + 0,05К.и + 0,ЗКэ + 0,\5КОТК, (2.3) п где Кмог 2 K-MQjPf; КМОІ - обобщенный показатель /-го вида измерений; і=і Р\ - коэффициент весомости /-го вида измерений. Как показано в работе [95], дополнительно к Фмо определяют показатель уровня состояния измерений по предприятию Кс, учитывающий брак производства вследствие неверных измерений характеризующий эффект от метрологического обеспечения производства в целом
Исследование методики расчета достоверности поверки средств технического диагностирования
Расчет вероятностей ошибок первого и второго рода представляет собой многомерную задачу. Аналитическое решение может быть найдено только для некоторых законов распределения вероятностей реализаций случайного процесса и погрешности рабочих эталонов при поверке однопредельных СТД. В общем случае для решения задачи оценки характеристик достоверности необходимо использовать численные методы. Поскольку риски первого и второго рода характеризуются значениями их вероятностей, то для решения вероятностной задачи целесообразно использовать метод статистических испытаний.
Как показано в работах [90-92, 95, 104] имитационная модель системы контроля статистического объекта состоит из 3-х основных частей: 1. вероятностной модели распределения значений контролируемых параметров; 2. вероятностной модели распределения значений погрешности измерения контролируемых параметров; 3. расчет результатов измерений; 4. имитационной модели процедуры обработки результатов измерений и принятия решений о работоспособности контролируемого объекта.
В отличии от расчета вероятностей ошибок первого и второго рода при контроле статического объекта контроль динамического объекта отличается тем, что на первом этапе вместо генерации распределения значений контролируемого параметра генерируется распределение реализаций случайного процесса в заданный момент времени. Т.е., модель распределения значений контролируемого параметра должна быть заменена моделированием случайного процесса.
Исходя из вышесказанного для случайных процессов, чьи распределения основаны на элементарных случайных функциях, генерация одномерных законов в заданный момент времени будет основана на генерации случайных величин - коэффициентов модели с последующим расчетом контролируемого параметра в заданный момент времени.
Генерация реализаций случайного процесса Астд = f\t,Qcm), где QCTM - вектор параметров элементарной случайной функции, выполняется следующим образом: 1. Выбор модели случайного процесса f\t,Qc )\ 2. Генерация матрицы параметров {?стд// i=l-n, j=\..m, по заданным законам и параметрам распределения случайных величин, п - число значений моделирующих одномерный закон; m - количество случайных параметров элементарной случайной функции.
3. Расчет вектора реализаций случайного процесса АСТДі в заданный момент времени t. Для веерной модели Acm=vt + AQ, (3.44) где v - скорость изменения погрешности СТД является случайной величиной распределенной по нормальному закону с параметрами ту, т„, генерация одномерного закона распределения реализация случайного процесса выполняется следующим образом:
1. Генерация вектора скорости изменения погрешности СТД v,, /=1..п, по заданному закону: v=normmd(mv,sigmav,nJ), normrnd - функция генерации псевдослучайных чисел по нормальному закону с математическим ожиданием mv и средним квадратическим отклонением sigmav; п -количество генерируемых псевдослучайных чисел;
2. Расчет вектора реализаций случайного процесса в момент времени t с начальным смещением д0: delta=v. t+deltaO.
Для равномерной модели, у которой начальная погрешность СТД распределена по нормальному закону с параметрами т&0, стд0, генерация одномерного закона распределения реализация случайного процесса выполняется в 2 этапа: 1. Генерация вектора начальной погрешности СТД Д0,, /=1..п, по заданному закону: deltaO=normmd(m deltaO,sigma deltaO,n, 1); 2. Расчет вектора реализаций случайного процесса в момент времени t с начальным смещением д0: delta=v. t+deltaO.
Если в комбинированной модели в (3.44) скорость изменения погрешности v и начальная погрешность СТД д0, распределены по нормальному закону с параметрами mv, av, тд0, аА0, то генерация одномерного закона распределения реализаций случайного процесса выполняется следующим образом: 1. Генерация вектора скорости изменения погрешности СТД v,, /=1..п, по заданному закону: v=normrnd(mv,sigmav,n,l)\ 2. Генерация вектора значений начальной погрешности д0/, /=1..п, по заданному закону: deltaO=normrnd(mdeltaO,sigma deltaO,n,l)\
Разработка алгоритма организации поверки средств технического диагностирования автомобилей
Целью данного алгоритма является реализация третьего этапа программы метрологического обеспечения поверки СТД автомобилей.
Алгоритм разработан для установления систематической деятельности по проведению поверки средств измерений и обеспечения функциональной пригодности и требуемой точности поверенных средств измерений в соответствии с требованиями нормативных документов (НД).
Общий порядок выполнения операций по процессу осуществляется в соответствии со схемой, приведенной на рис. 4.2. 1. Поступление заявки на поверку средств измерений 2. Организация рабочего места поверителя Поверка СИ осуществляется на рабочем месте в соответствии с требованиями нормативных документов на эталонном оборудовании. 3. Требования к персоналу Поверка проводится поверителями, аттестованными в установленном порядке в соответствии с требованиями ПР50.2.012-94. 4. Условия проведения поверки Помещения для проведения поверочных работ должны обеспечивать необходимые условия проведения поверки СИ и исключать отрицательные воздействия на результаты измерений, обеспечивать необходимые правила и меры безопасности. 5. Протоколы поверки В процессе поверки поверитель ведет «Протокол поверки». 6. Оформление результатов поверки
В соответствии с Правилами ПР 50.2.006-2001 на все СИ, прошедшие поверку и признанными к применению: - наносится оттиск поверительного клейма; - и/или выдается «Свидетельство о поверке». Если СИ не прошло поверку, то оформляется «Извещение о непригодности».
Региональные программы метрологического обеспечения разрабатываются с учетом перспектив социально-экономического развития территорий на основе дальнейшего развития самостоятельной метрологической деятельности объединений, предприятий, организаций и учреждений, находящихся в регионе; технического перевооружения территориальных органов государственной метрологической службы, исходя из потребностей региона в метрологическом обслуживании, организации межотраслевых региональных предприятий (в том числе сертификационных испытательных центров и центров коллективного пользования средствами измерений, контроля, испытаний, поверки для удовлетворения потребностей пользователей в выполнении особо точных измерений, проведении метрологических работ и сертификационных испытаний).
Поддержание требуемого уровня МО СТД достигается оптимизацией организации их обслуживания, т.е. выбором определенной программы профилактических и восстановительных работ по метрологическому обслуживанию СТД.
Метрологическое обслуживание СТД включает в основном операции поверки и ремонта, выполняемые либо поверочными и ремонтными службами раздельно, либо совмещенным поверочно-ремонтным органом (ПРО). Как правило, 66% стоимости содержания ПРО составляют расходы на поверку и ремонт СТД. В том числе стоимость основных фондов ПРО находится на уровне 43%, а содержание специалистов - 32%.
Поверка и ремонт СТД могут осуществляться как на самом предприятии, эксплуатирующем их, так и на специализированных ведомственных или государственных ПРО. В любом случае, предпочтение того или иного вида ПРО должно быть экономически обосновано.
В принципе возможно проведение поверочно-ремонтных работ силами предприятия. Оно, как правило, менее продолжительно и не связано с транспортировкой их в органы Ростехрегулирования. Однако на практике создание и аккредитация собственных МС на автотранспортном предприятии или СТОА задача тяжело выполнимая и экономически не выгодная.
В табл. 4.1 приведены данные наличия различных видов работ по техобслуживанию и ремонту автомобильного транспорта в городах и районах Владимирской области. Количество лабораторий и видов проводимых ими поверок не всегда совпадает с объемом и типами применяемых СТД. В связи с этим необходимо, создать и оптимизировать систему метрологического обеспечения СТД. Схема имитационного моделирования процесса создания и оптимизации системы управления МО СТД автомобилей в регионе представлена на рис.4.3.
