Разработка и применение автоматизированногомногокритериального метода оценки качества продукции (на примере станочного оборудования) тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Разработка и применение автоматизированногомногокритериального метода оценки качества продукции (на примере станочного оборудования)"

№ 0 3 9 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ (ГОССТАНДАРТ РФ)

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРТИЗЫ СТАНДАРТОВ ( ВНИИЭС )

На правах рукописи УДК 001.4:025.4.036:621

ИОФФИН АРТУР ИСААКОВИЧ

Разработка и применение автоматизированного многокритериального метода оценки качества продукции

( на примере станочного оборудования )

08.00.20 Стандартизация и управление качеством продукции

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательской институте экспертизы стандартов Государственного комитета РФ по стандартизации и метрологии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Комаров Д.И. Научный консультант - доктор технических наук

Шалаев П.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Хомяков B.C.

доктор технических наук, профессор Евстропов H.fi.

Ведуцая организация - Московский станкостроительный завод

"Красный пролетарий"

Запита состоится " "___________ 1992 г. в 10 часов на заседании

специализированного совета К 041.05.01 во

Всесоюзном научно-исследовательском институте экспертизы

стандартов ВНИИЭС по адресу:

12300?, г. Москва, ул.Веногина, 4.

С диссертацией иовно «знакомится в библиотеке ВНИИЗС

Автореферат разослан " "____________ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, к.т.н. Г7~ О.В.Букатин

- * -

ОШЯ ХйРйКТЕРИСТИКЯ РЙБОТ«.

Актуальность темы. Современный этап развития

страны характеризуется качественными изменениями во всех сферах *изни:социальной, политической и экономической. Сегодня насущной необходимостью становится демонополизация экономики, проведение программа приватизации, широкое развитие сети малых и средних предприятий, совершенствование рыночных стриктур и в конечном итоге интеграция в пировав экономическую систему.

В условиях складывающихся рыночных отношений, при которых двишушей силой развития становится конкуренция, огромное значение приобретает задачи обеспечения высокого качества выпускаемой продукции. Для обеспечения качества продукции в навей стране н за ■ рубеми разрабатывается системы управления качеством, обеспечивавшие высокие потребительские свойства продукции на всех этапах «изненного цикла.

Особое значение имеет решение этих задач в станкостроении, поскольку развитие этой сферы определяет уровень всего машиностроения, оказывает сильнейшее влияние на экономику в целом,

В настоящей работе рассматривается теоретические аспекты ч практические подходы к создания автоматизированной системы многокритериального сравнительного анализа качества пропущенной продукции на примере станочного обардяовакм. помогавшей решать упомянутые проблема.

Цель работа. Основной цела работа хвюась- разработка подхода, позволявшего не только максимально достввврво оценивать качество продукции, но и анализировать ее отдехьяхг взжаяе свойства или блоки. Кроне того," цежьв данной работа бжха создание реального программного продукта для практвческсго использования метода.

Объект исследований. Качество. в тежвяческвй вровень прокимленной продукция, в частности станочного сбор^дсваиьа. определяемый совокупность!! потребительская в констрдктсрсжг -технологических параметров. В качестве -ткзшвого Е^ехстамтеха для сравнительного анализа многокритериальных сбъевтсв вкЕраня сверлильно - фрезерная. алвфовальвая н товарвзя оборудования.

«Научная новизна. - В процессе тецрелпеосгв обоснования методологического подхода ■ свздгвига программного продукта решался ряд заеду, сехе&ажхх определеннее элемента коекзяя. К элемента* сзлезеи откзсатся:

- разработка кодели сравшггехьвого авалжза ез ескгаа иерархической стрдктдря критервез с вдслгкеааташши размиванкем - результатов во дравши игрлгдои;'

- применение различав* методе« №Эфгпвиго многокритериального анализа ада палдчеваи рззмпа® иищявмд объектов ■ поапеты достоверности ^еззяьтаяшв:

- применение аригкнальксго ахгержпи гялуг^^ии чясез

. парни сравнений при опрекелеяи ЕЗИвяяЕггка ва Дбатшиш

массиве показателей:

- автоматическое выделение наиболее значимых показателей после задания приоритетов (весов) критериев, и наловение результатов доминанатного анализа отдельно по всем и по ваянейшим показателям на результаты сравнительного анализа;

- введение . понятия типа синтаксиса показателя, что позволило сделать систему максимально гибкой и анализировать как количественные, так и качественные характеристики объектов;

- применение принципа общего словаря показателей, что позволяет рационально и эффективно работать в раыках одной автоматизированной системы с объектам различных видов;

- программная реализация разработанных методов в виде готового программного продукта на персональной ЗВИ и использование его для сравнительного анализа и оценки технического' уровня проиыалениой продукции. Практическая ценность. Предловена схема

автоматизированной снстены поддерхки принятия ревений, вклвчавцая базу данных, ориентированнув на работа со слоаныыи мнрогокритериальными объектами, и аналитический блок, позволявчий проводить покомпонентный сравнительный анализ объектов. Данная схема была лрограамно реализована на .стандартных вычислительных средствах (ПЭВН типа IBH PC) в виде готового программного продукта - информационно-аналитической системы (НАСf PILOT, которая момет использоваться автономно для

создания баз данных по видам продукции и реиении задач сравнительного анализа, или встраиваться в САПР в качестве подсистемы.

С помощью НАС PILOT проводился анализ технического уровня оптического профилеилифовального стлнка модели 3951ВФ1 производства ЛПО ПС им. Ильича, а так!е анализ станочного оборудования токарной группы.

Экономическая_эффективность от внедрения

результатов работы в виде автоматизированной системы анализа технического уровня составляет 35 тыс. рублей в год на одну систему. Экономический эффект достигается за счет автоматизации хранения, поиска и обработки информации. При анализе конкурентоспособности и обосновании оптимальной рыночной цени может быть получен дополнительный экономический эффект.

йппробация результатов исследования. Материалы

исследования использованы в .экспериментальном научно исследовательском институте металлорежущих станков ПО ЭНИМС для •сравнительного анализа потребительских и конструкторско технологических свойств оптических профилеиглифовальных, круглошлифовалышх и внутриилифовальных станков.. В ИАС PILOT вв'едеяа обширная база данных по станочному оборудованию, разработаны модели сравнительного анализа данных. Материалы исследования аппробировани так»% во ВНИИ технологии машиностроения при анализе технического уровня токарных станков.

На основе проведенного исследования намечено выпустить методические рекомендации.

Основные поло*ения работ долояены, обсуядены и одобрен« на Всесоюзных научно-технических симпозиумах, * конференциях, семинарах 1990-119! гг. (Москва, Саратов), научных конференциях и научно-техническом совете ВНИИЗС, на техническом комитете "Станки" в ПО ЭШС.

Основное содеряание работы отраяено в 4 публикациях (2,1 печатных листа)

Структура и объем работы. Диссертация состоит ' из введения, четырех глав, выводов и предлонениЛ, списка использованной литературы (74 наименования) и 5 приловений. Основная часть иэлояена на 108 страницах.

- б -

СОЛЕР0ЙНИ£ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ литераторы, показывавший актуальность поставленной задачи. Подробно рассматривается сб'ект исследования - иеталлоревуаие станки. Приводится классификация .станков, рассматриваются основные тенденции развития станкостроения, структура нормативно-технической документации и система показателей качества станков.

В. этой главе всесторонне рассматриваются проблемы сравнительного анализа, выбора и принятия решений при многих критериях, дается общая классификация задач принятия решений. Н* тсисве анализа литературы излагается подходы к создания автоматизированных систеы поддервки • принятия ревений (СППР), рассматриваются различные характеристики СППР в оэвгсимости от типа реваеиих задач.

Лапа классификация методов принятия ревений в зависимости от вида задачи и типа исходной информации, 'Определено. что решаемая задача - многокритериальный сравнительный анализ продукции - относится к проолемаи дискретного многокритериального принятия ревений в условиях определенности на основе качественной оценки предпочтительности критериев.

Выявлены основные компоненты автоматизированной СППР :

- база данных;

- база моделей;

- диалоговый монитор.

Установлено. что классическая схема построения СППР, рклвчавия эти три элемента, является оптимальной для реиения

поставленной задачи.•

В существующих СППР плохо учитывается характер реальной инфорыгции об объектах - наличие инояественних числовых значений, вообще наличие различных типов данних. Зги недостатки препятствуит иирокому практическому внедрении СППР.

Во всех рассмотренных системах отсутствует во'змоаность покомпонентного сравнительного анализа словник объектов.

Во второй главе на основе анализа литературы и исследования поставленной проблемы дается теоретическое обоснование методологического подхода.

Оценка технического уровня С сравнительный анализ) как задача дискретного многокритериального принятия реиений вкличает в себя следупвне компоненты:

- набор альтернатив (массив сравниваешь объектов)

- систему критериев (показателей технического уровня)

- оценки альтернатив по критериям (значения показателей)

Наиболее удобныи и зрфеитивнии представляется применена иерархической систеиы критериев когда при оценке объектов выбирается ряд интегральных показателей, караитеризусщих

1

¡наиболее обцие значимые свойства, наприиер надеаность, | экономичность, экологичность н т.д. каадое из .этих свойств тонет характеризоваться рядои .единичных показателей. Один и тот ае единичный показатель в иерархической систеае критериев попет влиять иа различные интегральные показатели.

Предлагается описание задачи виогокритериального сравнительного анализа как четырехуровневой иерархической структуры:

1 уровень - цель анализа;

2 уровень - интегральные показатели;

3 уровень - единичные показатели;

4 уровень' - объекты анализа.

Принципиальный цементом является выбор методов сравнительного анализа для оценки альтернатив. Поскольку, исходя из теоремы Эрроу. не существует единственного метода, который •давал бц "идеальное" линейное упорядочение альтернатив, представляется разумным взять для реализации в СППР методы, давцие относительно средние результаты.

Рассмотрены три известных метода, исполь^уемие в задачах многокритериального принятия решений; "простое взвешивание" , ранаирование по расстояния до идеальной точки и метод ЭЛЕКТРА.

Для этих трех методов била проведена серия расчетов на различных примерах. Корреляция мевду получаемым раняировками определялась го формуле:

П(П-1)

где с1 - функция расстояния ; п - число элементов .

Исследования показали, что средние ранмировки Дают методы простого взвевивания и идеальной точки. Параллельное применение этих двух методов позволяет получить размытув ранмировку альтернатив, что повиает объективность результата.

Общим недостатке« данных методов является их компенсаторный характер. Для преодоления этого фактора и получения дополнительней аналитической информации предложено применить доминантный анализ, причем отдельно проводитсчя доминантный анализ по важнейшим, наиболее значимым показателям качества.

Для корректного определения значеннй весовых коэффициентов показателей используется аппарат теории аналитических иерархических процессов. Весовые коэффициенты определяется как собственный вектор матрицы парных сравнений. Для сокращения количества парныз сравнений при большом числе показателей предлояены следующие подходы:

1. Все показатели разбиты на группи. Сначала проводятся парные сравнения групп, определятся их весовые коэффициенты, а затем сравнения показателей внутри групп. При этсм количество парных сравнеий:

Н = к/г * ( к - 1 > .

где п - обдее количество показателей

к - среднее количество показателей в группе.

2. Предлояен алгоритм -восстановления значений матрицы парных сравнений, пролученной на основе сравнения всех показателей только с экстремальными - вамнейаим и наименее значимым. При таком подходе количество парных сравнений

N = 2n-l

где n - количество полказателей.

Общая схема реиения задачи сравнительного анализа в разработанной СППР включает пять этапов.

1. Формирование структуры оценочных показателей: задание интегральных показателей и определение влияввих на них единичных показателей . '

2. Определение весов показателей.

2.1. Определение весов влияния единичных показателей на соответствущие интегральные (через веса групп показателей). Используется метод Ш1. Такае возмо«но непосредственное задание весовых коэффициентов.

2.2. Указание вавнейинх показателей, влиявших на соответствуациа интегральный показатель.. Эксперт иовет принять вазнейвие показатели, предловенные автоматической процедурой.

2.3. Определение весов интегральных показателей - через парные сравнения или непосредственно.

3. Отбор объектов для сравнительного анализа.

Очевидно, что в сравнительной анализе могут участвовать только однорйдные, сравиииае объекты. Эти объекты могут быть заданы либо непосредственно экспертов, либо отобраны из базы * данных автоматически как аналоги к указаному .объекту в G соответствии с заданыки классификационными показателями и границами отбора.

- и -

4. йналиэ по ка«доау интегральному показателю.

4.1. Формирование матрицы объекты-критерии для данного интегрального показателя ■ .

4.2. Анализ матрицы нетодои простого взвеаивання и сохранение полученных рангов и мест объектов в ранжировке по данному интегральному показателя.

4.3. Анализ мэтриш методом идеальной точки и сохранение полученных рангов и мест объектов в раняировке по данному интегральному показатели.

Полученные- разными иетодаии упорядочения определаит размытув ран!ировку для каядого интегрального показателя.

4.4. Доминантный а1ализ по всем показателям, влияпцим на данный интегральный показатель. Определение доиинируечых объектов и объектов, недоиинируеных по всем показателям.

4.5.Доминантный анализ по раянейвиа показателям. Определение объектов, недоминируема к по вазнейзим показателям.

5. Финальный анализ.

5.1. Нормирования иатрииы объекты-критерии для Финального анализа иегодом простого взвешвания. Критериями в зтой патрице являзтся интегральные показатели. Значения их - ранги альтернатив, полученнае на этапе 4.2.

5.2. йнализ иатрицы методом простого взвешивания. Определение мест объектов в финальной ранаировке.

5.3. Формирования матрицы объекты-критерии для финального анализа методом идеальной течки. Критериями в этой матрице является интегральные показатели. Значения их - ранги альтернатив, полуденные на этапе 4.3.

5.4. Анализ матрицы методом расстояния до идеальной точки. Определение мест объектов в финальной рашшравке.

5.5. Формирование -финальных результатов доминантного анализа по результата« для каждого интегрального показателя.

Третья глава посвяиека программной реализации полученной модели.

Для реализация СППР 'на основе разработанной в .главе 2 математической модели анализа необходимо выбрать оптимальные технические и программные средства. Наиболее удобными с точки зрения разработки и эксплуатации системы признаны персональные 3BÜ типа IBM PC и.система управления Сазами данных Clipper.

Приводится общая структурная схема СППР. вклвчающая два основных блока: аналитический блок и блок работы с данными. Рассмотрены и описаны реляционные структуры данных, а такке их взаимосвязи в процессе ввода и корректировки информации.

Вписаны используемые в системе типа синтаксиса информации: число, габарит, классификатор, логический, дата. ' символьная строка.

Введено понятие методики сравнительного анализа как совокупности четырех компонентов:

- классификационные показатели и границы отбора:

- интегральные показатели и их приоритеты;

- критерии, вдияюцие на интегральные показатели, м приоритеты влияния;

- классификаторы с приоритета«! значений.

Показана процедура отбора аналога в базе данных, формирование матриц ОБЪЕКТЫ х КРИТЕРИИ два аимяэа по каадома

интегральному показателе, и матрицы ОБЪЕКТЫ х РИНГИ для финального анализа.

В четвертой главе рассматривается конкретный пример сравнительного анализа технического уровня станочного оборудования, приводится расчет экономической эффективности внедрения автоматизированного метода и направления внедрения.

выводи И ПРЕДЛОЖЕНИЯ '

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных по теме настоя*ей диссертации, позволили сделать следущие основные выводы.

1. Изменение ситуации в экономике, переход к рынку, приватизация, конкуренция выдвигают особенные требования к качеству продукции.

2. Задачи сравнительного анлиэа качества возникают при разработке технического задания на новую продукции, при постановке на производство, при обосновании целесообразности замены или снятия с производства, при планировании технического перевоору!ения ' и развития предприятий, при формировании лредломений по экспорту м импорту.

3. В результате проведенного анализа литературы по системам многокритериальной оценки и поддервки принятия решений установлено; что :

- в сувествувцих системах недостаточно учитывается реал.ьный характер информации об объектах, наличие различных ■ типов исходных данных;

- при решении задач используется, как правило, только один метод дискретного многокритериального анализа, что приводит к получение необоснованной строгой линейной ранжировки объектов;

- в са*ествую*их СППР часто отсутстввует система поддермки при определении приоритетов критериев оценки, либо вообще отвергается идея установления каких-либо приоритетов;'

- ' суцествувщие системы не позволяет проводить

- as -

пжяЕяжетаив СИПЩЕЯШВ ЯГО зшени* янпящгатлныи ашяйшннм)) срянягеевыниШ ЙВИНЕЗ ®ÏÏ®KTOB„ ^

4L В «asS jafТпггв ¡щтктпззю не»№швв ггюткего скита вам анзжз-фивлннвгш аящвштаяшгогш вшпишв яЯНгеютЕ, юшшакааа ¡га и&щркикияат гстгщжтнрв япдаш ¡и тщшяголш'Ггоя гямвягазиг гагявшшх мепзщпв шнвтт даш гтлщнвшга гржиигсых гететистЕ®« яЖижпш ¡кик го'щмти,, так ж ютлиино тп игагдазд шиш ¡вжаьашвд ¡ютжзнхЕга..

5. ЩрЕггаггл гкппвдппм ояндаздаоип чискга ггедншх " сгетзияза тщя шпртгввлгиии щрищияитяв ни йотиггж «шгвиве к^апязаяЕа.

IfcaHHittiiB дадшктшшттп гадалка айгамтге ira шшй ЕзжгаютЕЕй» я сихдгшт ггго тдагдашшм шяэадЛй!« ндоггчрмш« шкзжмавпг ami'urj даять йотвга аИлтютзцтъ ангапаы <в шшгахгте ж ггжшчятадя яртшт® айЗаиша*.

ftesrafeaÜHSB- жпгя!бгги!шс!шв иаярсть лдал1иотз«э re rmnrs цаяндомаж яегоетизкрвбнняШ спкетада пвлпщгани щршппия RfsaamW "ffäüait" sa «ase ИМ fflE ояшшптишто шшшда ш сщрзяе Œ'/БЗ

ffi. - ¡Щи вцрщпшпии бШи дапшх шютшш гщйдааузи аиидцяндда ИЖЕпв шйтога кшпвдкг ггвжшяютэй ша ЙЙВЖШ»дав оШйжяав, т® ткштт двддать шйетг af&smmi ддамимтх пилот сншщиявз>„ aasisa шида таянкнв- m ¡их crsiiuuww-isiitre fewrmi) ce иянниея&шй яагйгшитготвв ««еряжишт. - ^

3, ашанаяшно таитке тита давит, что тктктадо гаютдат. m «щй&яюЕ» uwpjpirawm fpasjwnwnto ^года: ттпртгтщрз. стктзйшвди. жтдошмда. 'fôro«e пат, ттагшъ тнфптть

обработки множественных числовых значений.

10. Введено понятие методики сравнительного аннализа как совокупности четырех компонентов:

- классификационные показатели и границы отбора аналогов;

- интегральные показатели и их приоритеты;

- критерии, влиявшие на интегральные показатели, их направленна и приоритеты влияния;

- классификаторы с приоритетами значений.

11, Результаты исследования составляют ■ научно-метадическцв основу для разработки методических документов по анализу качества и технического уровня продукции.

12, Оаидаемая экономическая эффективность внедрения автоматизированной системы оставляет 35 тыс. рублей в год.

13. Ё настоящем исследовании показаны место и роль полученных результатов в ремании задач . дискретного многокритериального анализа. Разработанная на основе проведенного исследования автоматизированная система "Pilot" помет быть мспользоваиа в области маркетинга и проектирования продукции, работать как кошшент САПР, повышая качество и ускоряя процесс создания новой техники.

Основные полоиения диссертации опубликованы в следующих работах автора.

1. Иоффин А.И. и др. Языковые средства доступа к автоматизированному банку данных о техническом уровне машиностроительной продукции. - Стандарты и качество, N8, 1986г,

2.Иоффин А.И. Разработка и использование банка данных для оценки технического уровня выпускаемой продукции и создания новых видов техники. // Материалы всесоюзной конференции "Системные исследования и автоматизация в метрологическом обеспечении и управлении качеством".. Львов, 1986.

3.Иоффин А.И. и др. Автоматизированная оценка технического уровня металлореаущих станков. -в сб. Стандартизация и качество продукции в СССР, вип.11, М.1989.

4.Иоффин А.И. Автоматизированная система многокритериального сравнительного анализа ПИЛОТ. // Материалы всесоюзной конференции "Статистический и дискретный анализ данных и экспертные оценки" , Одесса, 1991,