Було досліджено вплив показників метрологічної надійності на визначені у другому розділі ключові фактори (17, 11, 10,5) моделі метрологічної системи (рис.6). Запропоновано наукові підходи щодо визначення метрологічної надійності засобів вимірювальної техніки в реальних умовах виробництва на основі так званої "дискретно-безперервної" моделі, яка описує шість станів ЗВТ, що є вихідною моделлю при проведенні аналізу їх метрологічної надійності. В її основі лежить фізичне явище прихованої відмови та зв'язані з нею шести можливих станів ЗВТ. Метрологічна надійність - це властивість ЗВТ зберігати значення похибки у межах допустимих значень протягом деякого часу .

На підставі проведених досліджень було визначено залежність часу напрацювання на ремонт , коефіцієнта готовності та коефіцієнта вірогідності від величин: напрацювання на явну відмову , напрацювання на приховану відмову та МПІ при заданих значеннях таких показників як:

- ймовірність наявності прихованих відмов у ЗВТ після ремонту;

- ймовірність правильної діагностики при повірці.

При цьому було зроблено такі припущення: справедливість експоненціального розподілу ймовірностей усіх видів відмов, а також відсутність планово попереджувальних ремонтів.

Введено безрозмірні співвідношення:

(6)

На підставі цього усі тимчасові параметри виражено по відношенню до Т_я, що зручно для подальшого аналізу, оскільки

За відсутності планово-попереджувальних ремонтів може бути визначений як ймовірність відсутності неприхованих відмов за час напрацювання на ремонт тільки з причини появи прихованих відмов.

Було отримано розрахункові формули для визначення (7) та (8).

Коефіцієнт визначається за формулою:

, (7)

де - розподілення ймовірностей явних відмов, - співвідношення очікування часу напрацювання на ремонт до очікування часу появи хоч би однієї явної відмови.

Коефіцієнт - за співвідношенням:

, (8)

де - ймовірність наявності прихованих відмов у ЗВТ після ремонту, - ймовірність того, що за міжперевірочний інтервал в ЗВТ виникнуть приховані відмови, - ймовірність того, що ЗВТ знаходиться в роботі з прихованою та неприхованою відмовами відповідно зразу ж після повернення із чергової -ї повірки.

Згідно з виразами (7), (8) розроблено алгоритм обчислення і .

Для спрощення використання моделі і проведення розрахунків розроблено і впроваджено відповідне програмне забезпечення на ПЕОМ.

На рис.11 зображено діалогове вікно модуля оптимізації параметрів надійності ЗВТ, функціонуючого в рамках АСУ МО ЗВТ. Модуль синтезований за допомогою сучасних мов СУБД. Алгоритм розрахунку написаний на мові PHP 5.3 - скриптовій мові програмування, створеній для генерації HTML-сторінок на веб-сервері і роботи з базами даних.

На основі налагодженого механізму аналізу статистичних даних про надійність ЗВТ, ведення відповідних баз даних в рамках АСУ на ЗВТ вирішується задача коригування показників надійності ЗВТ у часі. Зокрема, здійснюється вибір (зміна) значення періоду проведення повірочних робіт для ЗВТ певного типу, що перебувають в однакових умовах експлуатації.

Вибір може здійснюватися, виходячи з обмежень, накладених на показники надійності ЗВТ К_г, К_в, К_тв, або за критерієм мінімуму приведених витрат випуску одиниці продукції, а також за іншими техніко-економічними критеріями. В даному випадку визначення величини МПІ Т_мпі проводиться шляхом оптимізіції цільової функції, якою є сума витрат на метрологічне обслуговування і втрат від застосування непрацездатного ЗВТ за призначенням:

, (9)

де С_{зв -} вартість 1 години експлуатації ЗВТ у користувача без обліку витрат на МО ЗВТ, грн/г;

С_п - вартість 1 години повірочних робіт, грн/г;

С_р - вартість 1 години ремонтних робіт, грн/г;

С_ш - середньостатистичний збиток від використання за призначенням ЗВТ з прихованою відмовою, грн/г;

t_{34 -} середній час перебування ЗВТ на перевірці за час циклу;

t₂ () - середній час за час циклу використання ЗВТ з прихованою відмовою.

Рис. 11. Діалогове вікно програмного модуля оптимізації параметрів надійності ЗВТ

В якості характеристик відмов використовуються: Т_я - середнє напрацювання на явну відмову; Т_м - середнє напрацювання на приховану відмову. Вказані величини виступають як параметри розподілу ймовірностей виникнення відмов. На основі використання розроблених алгоритмів для моделей експлуатації ЗВТ були проведені розрахунки для випадку С_зв=0,025, С_п=1,400, С_р=3,000, С_ш=1,000,=0,050, =0,050, =0,250, =8 год, =40 год, Т_пн=10 год - початкове значення Т_п, =2 год, Т_я=10000 год, для 40 значень Т_п і 20 значень Т_м (початкове значення Т_с=100 год). На рис.12, 13 представлені побудовані поверхні цільової функції за допомогою засобів тривимірної графіки.

Запропоновані вище підходи, а також алгоритм розв'язання задачі раціонального вибору кількості ремонтних та повірочних установок на підприємстві, апробовані в Дорожньому центрі стандартизації та метрології ДП "Придніпровська залізниця".

Рис. 12. Поверхня цільової функції 1 - марківська модель експлуатації; 2 - дискретно-безперервна модель (розв'язок отримано для експоненціальної моделі відмов).

Рис. 13. Контурний графік поверхні цільової функції вартості для випадку дифузійної моделі відмов.

Модель раціонального вибору кількості повір очних і ремонтних установок, яка пов'язує економічні та метрологічні показники, схематично зображено на рис. 14.

У цій моделі визначені параметри і обмеження чотирьох видів:

1) N - загальна кількість ЗВТ, яка обслуговується протягом року; - річний баланс часу; Ц^* - засоби, які виділяються на МО;

2) внутрішні характеристики: Т_пов - час повірки (випадкова величина); Т_рем - час ремонту (випадкова величина);

3) регульовані параметри: і₁ - кількість ЗВТ в партії, яка поступає на МО; - ймовірність відмови ЗВТ до часу повірки; n_п - кількість повірочних установок; n_р - кількість ремонтних установок;

4) вихідні параметри (критерії): Т_обс - час обслуговування; - цільова функція витрат; П - показник простою ЗВТ; І - комплексний показник метрологічної надійності; Е - показник простою ремонтних установок; n_п / n_р - ритмічність. Цільова функція процесу обслуговування є сумою невиробничих затрат:

, (10)

де - втрати виробництва від простою ЗВТ, які підлягають МО; - змінна частина витрат на МО.

, (11)

де С_звт - вартість ЗВТ; Т_екс - термін експлуатації ЗВТ; Т_обс - тривалість МО;

, (12)

де - вартість одного ремонтного і повірочного робочого місця; - річна заробітна платня одного ремонтника і фахівця з повірки.

Як результат, цільова функція набула виду:

(13)

Кількість повірочних і ремонтних установок повинна задовольняти таким умовам:

(14)

, (15)

де ф_ср - річний фонд часу роботи установки, N - сумарна кількість ЗВТ, що обслуговуються протягом року.

Розв'язання даної задачі реалізовано через наступний алгоритм:

1) виконується аналіз існуючого стану МО;

2) будується область допустимих варіантів D;

3) обирається критерій з урахуванням особливостей вимірювань фізичної величини, схеми повірки, методики передавання точності;

4) знаходиться оптимальна комбінація n_п і n_р. Розрахунки виконуються за розробленими алгоритмами в рамках діючої АСУ МО ЗВТ.

На рис.15. зображено результати моделювання на ПЕОМ, які дозволяють обирати оптимальну (за запропонованими критеріями) кількість повірочних і ремонтних установок метрологічної служби.

Розглянуті вище моделі метрологічної надійності, коригування МПІ та вибору раціональної кількості ремонтних та повірочних установок були програмно реалізовані. Це дозволило в інтерактивному режимі вводити економічні показники, коефіцієнти готовності, вірогідності, технічного використання та визначати значення: оптимальних МПІ, міжремонтних інтервалів, часу безвідмовної роботи ЗВТ, числа повірок у міжремонтному інтервалі, кількості ремонтних та повір очних установок та інші параметри ЗВТ та системи метрологічного обслуговування ЗВТ.

Ще однією задачею проведених експериментальних досліджень механізмів та інструментів метрологічної складової СТР стало розроблення процедури раціонального вибору контрольованих параметрів якості продукції шляхом виключення неінформативних параметрів з використанням ймовірнісних методів та методів функціонального аналізу.

Для раціонального вибору номенклатури контрольованих параметрів, виключення неінформативних параметрів при розробленні й експертизі нормативних документів необхідно, по-перше, визначити ймовірність того, що вимірюване в процесі контролю виробу відхилення параметра знаходиться у межах заданих допусків.

По-друге, значення параметра також знаходиться в межах заданих для нього допусків.

Події, відповідні найменшому значенню цієї ймовірності визначено у формулах (16, 17)

, (16)

, (17)

що означає: відхилення параметра (або ) знаходиться в межах заданих допусків (або ), ₍або ), коли (за умови, що) виміряне відхилення іншого параметра (або ) лежить на нижній (13) або верхній (14) межах допусків.

Було запропоновано визначити ймовірність у вигляді, передставленому формулами (18), (19)

, (18) або

. (19)

Було зроблено таке припущення: спільний розподіл значень та підкоряється нормальному закону розподілу. Далі було визначено густину розподілу значень та та оцінено умови ймовірності за позитивної та негативної кореляції. Якщо отримані значення ймовірності і більше (або рівні) допустимого значення , то доцільно здійснювати контроль лише параметра , не контролюючи параметр , тобто параметр із раціоналізованої номенклатури виключається. Якщо і більше або рівне , то виключається .

Таким чином, проведені експериментальні дослідження підтвердили важливість визначених факторів впливу на метрологічну систему і надали практичні інструменти для удосконалення системи метрологічного обслуговування ЗВТ в умовах реального виробництва.

У п'ятому розділі наведено приклади практичної реалізації моделей, механізмів та інструментів СТР та її структурних складових.

За участю автора, як члена відповідних робочих груп, з урахуванням розроблених моделей (розділ 2) розроблено рамкове законодавство у сфері ТР, яке відповідає вимогам СОТ та практиці ЄС, зокрема таких законів України та змін до них, як: "Про стандартизацію", "Про підтвердження відповідності", "Про акредитацію органів оцінки відповідності", "Про стандарти, технічні регламенти та процедури оцінки відповідності", "Про державний ринковий нагляд та контроль нехарчової продукції", "Про загальну безпечність нехарчової продукції", низки указів Президента та постанов і розпоряджень Уряду у сфері ТР, в тому числі 31 технічного регламенту з оцінки відповідності, Білої та Зеленої книг "Про політику адаптації вітчизняного законодавства в галузі норм і стандартів відповідно до європейських вимог" та "Політики подолання технічних бар'єрів в торгівлі між Україною та ЄС", Стратегічного плану трансформації СТР на 2007 - 2010 роки.

Результати розрахунку за моделлю оцінки ризиків (розділ 2) бралися до уваги при підготовці наказів Держспоживстандарту щодо скорочення переліку продукції, що підлягає обов'язковій сертифікації, та постанови КМУ щодо критеріїв ризику продукції, що підпадає під держнагляд і контроль.

Результати проведених досліджень, розглянутих у розділі 3, були впроваджені в діяльність Держспоживстандарту та інших центральних органів виконавчої влади, переговорному процесі щодо вступу до СОТ, укладання угоди про зону вільної торгівлі з ЄС, при розроблені стратегії реформування СТР на 2011-2014 роки, а також в окремих регіональних центрах стандартизації, метрології, сертифікації.

Результати проведених експериментальних досліджень механізмів та інструментів метрологічної складової СТР, описаних у розділі 4, були апробовані на ряді підприємств та організацій України, зокрема, в ННЦ "Інститут метрології", ДП "Укрметртестстандарт", ДП "Одесастандартметрологія", ДП "Кримстандартметрологія", ДП "Севастопольстандартметрологія", ДП "Придніпровський механічний завод" та ДП "Придніпровська залізниця", що підтверджено відповідними актами впровадження.

Автор брав участь у підготовці постанови Кабінету Міністрів України від 11 травня 2006 р. № 614 "Про затвердження Програми запровадження СУЯ в органах виконавчої влади", а також методичних рекомендацій щодо розроблення та впровадження СУЯ відповідно до стандарту ДСТУ ISO 9001 в органах виконавчої влади.

Протягом 2006-2008 рр., за участю автора, у Держспоживстандарті було розроблено, впроваджено та сертифіковано СУЯ французьким органом AFNOR. За формулою (3) результативності органу влади, отриманою у розділі 2, було проведено оцінку результативності Держспоживстандарту у 2010 році за 10 основними напрямками і відповідними цілями. Результати розрахунку результативності (R=0,52) виявилися співставимими з результатом SWOT - аналізу, проведеним у розділі 1 роботи, що підтверджує можливість використання цих підходів на практиці.

У розвиток сучасних методів управління якістю на підприємстві "Дніпрофмаш" в процесі виробництва трубної продукції спеціального призначення було апробовано механізм контролю статистично керованого процесу з використанням функцій розподілу ймовірностей як видно з рис.16, згідно з яким продукція з виходу досліджуваного процесу потрапляє на детектор дефектів, який визначає дефекти і формує відповідний імпульсний сигнал.

При цьому ширина імпульсів відповідає характеру дефекту, а міжімпульсний інтервал формується в залежності від фону дефектності та наявності додаткових дефектів. Цей сигнал потрапляє до блоку функцій розподілу ймовірностей, який формує функцію розподілу ймовірностей на основі вимірювання інтервалів між імпульсами. Сигнал з блоку функцій розподілу ймовірностей слугує основою для дій з виявлення системних проблем процесу, які викликають появу на його виході дефектної продукції, а в подальшому розроблення та реалізації коригувальних дій, спрямованих на усунення причини, що призвела до появи дефекту.

Результати дослідження показали, що методи аналізу та виявлення дефекту, засновані на вимірюваннях функцій розподілу ймовірностей, дозволяють виявляти дефекти з малим рівнем дефектності; забезпечують високу достовірність результатів вимірювань; дозволяють істотно зменшити час спостереження і виявлення дефекту, а також полегшують встановлення причини, яка викликала системний дефект процесу; забезпечують статистичну керованість досліджуваного процесу в часі.

Економічний ефект від впровадження результатів методу контролю статистично керованого процесу з використанням функцій розподілу ймовірностей склав близько 80 тис. грн.

Кожна з описаних, за допомогою побудованих моделей у розділі 2 систем спрямована на досягнення оптимальних результатів. Автором було запропоновано здійснювати кількісне оцінювання результативності систем управління (СУ), які забезпечують функціонування тієї чи іншої системи.

Цей метод було впроваджено на шести трубних підприємствах України, що входять до об'єднання "Укртрубпром".

Сутність методу полягає у тому, що СУ розглядається як основний інструмент трансформації можливостей організації у досягнуті результати.

Для визначення реальної оцінки результативності СУ організації було введено коефіцієнт досконалості СУ організації (), як співвідношення прямого і опосередкованого приведених значень результативності СУ, зокрема СУЯ. Тобто:

(20)

За результатами впровадження методу підприємствами "Укртрубпром" дозволило отримати сумарний економічний ефект від впровадження кількісного методу оцінки результативності СУ в обсязі 600 тис. грн.

Сучасна модель СТР вимагає застосування новітніх інформаційних технологій. У розвиток впровадженої та сертифікованої СУЯ Держспоживстандарту, було запропоновано та апробовано інформаційну модель віртуального Держспоживстандарту, як організаційної структури, що складається з п'яти основних підсистем (рис. 17).

Рис. 17. Інформаційна модель віртуального Держспоживстандарту

Була також апробована модель надання послуг у сфері ТР споріднених видів на основі індивідуального портрету споживача. Досвід створення віртуального представництва органу державного управління (створення СУЯ, інформаційної моделі, моделі персоналізації надання послуг і схеми технічного рішення) може бути використано іншими центральними органами виконавчої влади, як приклад для реалізації аналогічних проектів в сфері електронного урядування.

Таким чином, результати практичного застосування розроблених концепцій, моделей, механізмів, інструментів довели свою дієздатність та ефективність використання для створення, сталого функціонування та розвитку сучасної СТР.

Висновки

1. Розроблено методологію поетапного реформування існуючої централізованої СТР.

2. Побудовано багатофакторні моделі СТР та її структурних складових, що дозволить створити СТР, яка відповідає вимогам СОТ та ЄС. Здійснено кількісне оцінювання існуючих альтернатив та обрано прийнятні для побудови національних систем стандартизації, метрології, ринкового нагляду, оцінки ризику продукції, що дозволило зменшити витрати виробників на сертифікацію та нагляд.

3. Розроблено формалізовану модель оцінювання результативності СТР та отримано формулу результативності, яка дозволяє кількісно оцінити діяльність СТР, її структурних складових та виявити проблемні області і напрями, запропонувати шляхи подальшого розвитку та поліпшення. Побудовано модель кількісного оцінювання діючих СУ для СТР та її структурних складових, що дозволяє суттєво підвищити ефективність цих систем.

4. Досліджено вплив рівня гармонізації національних стандартів на зростання ВВП та теоретично доведено доцільність підвищення рівня гармонізації щонайменше до 50 % і визначено закономірності, на основі яких побудовано багатофакторну модель подолання технічних бар'єрів на шляху просування вітчизняної продукції на світові ринки та доведено необхідність укладання угоди про оцінку відповідності та прийнятність промислової продукції між Україною та ЄС;

5. Отримані теоретичні та експериментальні дані дозволили узагальнити та запропонувати для практичного використання розроблені механізми та інструменти метрологічної складової СТР. У рамках проведених досліджень удосконалено методи визначення надійності ЗВТ та МПІ ЗВТ, за якого досягається екстремум цільової функції ЗВТ за критерієм мінімуму витрат на випуск одиниці продукції при встановлених обмеженнях на показники надійності в рамках діючої АСУ МО. Також запропоновано методи визначення раціональної кількості ремонтних та повірочних установок та контрольованих параметрів якості шляхом виключення неінформативних параметрів з використанням імовірнісних методів. Такий підхід дозволяє значно зменшити кількість відмов ЗВТ і зекономити відповідні ресурси підприємств.

6. Удосконалено комплекс концепцій, законодавчих, нормативних та методичних документів у сфері ТР, в тому числі, у сфері якості інструментарій аналізу складних виробничих процесів з низьким пороговим рівнем дефектності. Зроблено розрахунок необхідного часу для виявлення окремих дефектів, що дозволило зменшити час на аналіз та виявлення джерел системних дефектів, а також забезпечити високу достовірність вимірювань і стабільність результатів процесів у часі.

7. Запропоновано методи прийняття рішень у сфері ТР на прикладі підбору кадрів, що дозволить підвищити якість виконання робіт за рахунок залучення компетентних кадрів.

8. Розроблено методологію створення віртуального органу влади у сфері технічного регулювання та надання відповідних послуг у сфері ТР на основі індивідуального портрету споживача цих послуг, що дозволить перейти на систему електронного урядування у зазначеній сфері.

9. Результати проведених досліджень апробовано на ряді підприємств, організацій та установ Держспоживстандарту, Мінпромполітики, Мінтрансзв'язку, Міносвіти і науки, молоді та спорту України та знайшли відображення у цілій низці законодавчих та нормативно-правових актів, друкованих виданнях, державних стандартах, а також державних програмах і планах діяльності у сфері ТР.

Основні публікації за темою дисертації