Квалиметрия в управлении качеством

Улучшение качества продукции - важнейшее направление интенсивного развития экономики, источник экономического роста, эффективности общественного производства. Качество продукции имеет большое значение для всего общества. При покупке товара потребитель подразумевает то, что он качественный; никто не захочет покупать товар, зная, что он не качественный. Каждый изготовленный продукт должен соответствовать требованиям покупателей, в противном случае, предприятие обречено. В условиях рыночной экономики качественная продукция - залог долгого и успешного функционирования предприятия.

Отсутствие экономической эффективности повышения качества продукции практически не бывает. Даже те предприятия, которые продают продукцию, которая не является высококачественной, могут быть заинтересованными в повышении качества, поскольку это всегда означает завоевание новых рынков сбыта, расширение производства, увеличение прибыли. В наше время всегда существует возможность модернизации производства и улучшение качества продукции по всем показателям. Существуют предприятия, для которых повышение качества продукции является второстепенной задачей, для которых повышение качества рассматривается как невыгодное вложение средств, однако условия конкуренции на рынке обуславливают то, что такие предприятия рано или поздно будут вынуждены модернизировать свое производство, чтобы их продукция продавалась и дальше. Следует помнить, что потребности и требования людей к качеству продукции меняются и увеличиваются.

В этом всегда можно убедиться на практике: 3 года назад хорошим мобильным телефоном считался телефон небольших размеров, с будильником и калькулятором, сейчас хорошим телефоном считаются только телефоны с огромным количеством других функций: фотокамера, радио, МР-3-плеером и др., оригинальным дизайном и большим экраном. В итоге, можно с уверенностью сказать: повышение качества продукции всегда будет положительным и экономически эффективным фактором.

3. Анализ конструкции мобильного телефона Samsung i8910 HD с использованием методик FMEA и FTA

3.1 Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов (FMEA). Теоретические сведения

Американские исследователи определили, что 80 % дефектов, выявленных в процессе производства изделия, обусловлены недостаточным качеством процессов разработки концепции изделия, конструирования и подготовки его производства. Около 60 % всех сбоев, возникающих во время гарантийного срока, имеют причину в ошибочной, поспешной или несовершенной разработке.

Чтобы снизить затраты, учесть пожелания потребителя и сократить сроки разработки продукции и выхода на рынок, применяют специальные технологии разработки и анализа изделий и процесса.

FMEA - Potential Failure Mode and Effects Analysis - анализ видов и последствий потенциальных отказов. Этот метод, изложен в ГОСТ Р 51814.2-2001 “Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов” [5].

По сравнению с более чем полувековой историей развития методики FMEA в зарубежных странах, российская практика даже формально исчисляется лишь двумя десятилетиями. Первые ссылки на применение этой методики (анализ видов и последствий отказов впервые появились в отечественной нормативной документации только в первой половине 80-х годов прошлого столетия. В качестве первопроходца выступила оборонная промышленность [7].

FMEA - анализ в настоящее время является одной из стандартных технологий анализа качества изделий и процессов, поэтому в процессе его развития выработаны типовые формы представления результатов анализа и типовые правила его проведения.

Этот вид функционального анализа используется как в комбинации с ФСА или ФФА - анализом, так и самостоятельно. Он позволяет снизить затраты и уменьшить риск возникновения дефектов. FMEA - анализ, в отличии от ФСА, не анализирует прямо экономические показатели, в том числе затраты на недостаточное качество, но он позволяет выявить именно те дефекты, которые обуславливают наибольший риск потребителя, определить их потенциальные причины и выработать корректировочные мероприятия по их исправлению еще до того, как эти дефекты проявятся и, таким образом, предупредить затраты на их исправление.

Введение и проведение метода FMEA возможно лишь при активном участии руководства.

Различают [9]:

- FMEA конструкции;

- FMEA процессов.

Рисунок 13 - Структура FMEA-систем

FMEA-анализ процесса производства обычно производится у изготовителя ответственными службами планирования производства, обеспечения качества или производства с участием соответствующих специализированных отделов изготовителя и, при необходимости, потребителя. Проведение FMEA процесса производства начинается на стадии технической подготовки производства и заканчивается своевременно до монтажа производственного оборудования. Целью FMEA-анализа процесса производства является обеспечение выполнения всех требований по качеству запланированного процесса производства и сборки путем внесения изменений в план процесса для технологических действий с повышенным риском.

FMEA-анализ конструкции может проводиться как для разрабатываемой конструкции, так и для существующей. В рабочую группу по проведению анализа обычно входят представители отделов разработки, планирования производства, сбыта, обеспечения качества, представители опытного производства. Целью анализа является выявление потенциальных дефектов изделия, вызывающих наибольший риск потребителя и внесение изменений в конструкцию изделия, которые бы позволили снизить такой риск. FMEA - анализ процесса эксплуатации обычно проводится в том же составе, как и FMEA - анализ конструкции. Целью проведения такого анализа служит формирование требований к конструкции изделия, обеспечивающих безопасность и удовлетворенность потребителя, т.е. подготовка исходных данных, как для процесса разработки конструкции, так и для последующего FMEA-анализа конструкции [14].

Цель FMEA-анализа процесса производства -- обеспечение выполнения всех требований по качеству процесса производства и сборки путем внесения изменений в план процесса для технологических действий с повышенным риском [3].

В проекте упомянутого ГОСТа предлагается алгоритм работы FMEA-команды, показанный на рисунке 14 [9].



Рисунок 14 - Алгоритм работы FMEA-команды

Таким образом, FMEA-анализ включает 2 основных этапа:

построение компонентной, структурной, функциональной и потоковой моделей объекта анализа;

исследование моделей, в ходе которого определяются:

· потенциальные дефекты для каждого из элементов компонентной модели объекта. Такие дефекты обычно связаны или с отказом функционального элемента (его разрушением, поломкой и т. д.), с неправильным выполнением элементом его полезных функций (отказом по точности, производительности и т. д.) или с вредными функциями элемента. В качестве первого шага рекомендуется перепроверка предыдущего FMEA-анализа или анализ проблем, возникших за время гарантийного срока. Необходимо также рассматривать потенциальные дефекты, которые могут возникнуть при транспортировке, хранении, а также при изменении внешних условий (влажность, давление, температура);

· потенциальные причины дефекта;

· потенциальные последствия дефектов для потребителя; поскольку каждый из рассматриваемых дефектов может вызвать цепочку отказов в объекте, при анализе последствий используются структурная и потоковая модели объекта;

· возможности контроля появления дефектов. Определяется, может ли дефект быть выявленным до наступления последствий в результате предусмотренных в объекте мер по контролю, диагностике и др.

Для оценки каждого из выявленных дефектов используется следующий расчетный алгоритм:

1) на основе экспертных оценок определяются следующие параметры, характеризующие дефект:

а) параметр тяжести последствий для потребителя (В). Проставляется обычно по 10-балльной шкале; наивысший балл проставляется для случаев, когда последствия дефекта влекут за собой юридическую ответственность;

б) параметр частоты возникновения дефекта (А). Проставляется по 10-балльной шкале; наивысший балл проставляется, когда оценка частоты возникновения составляет 1/4 и выше;

в) параметр вероятности необнаружения дефекта (Е). Проставляется по 10-балльной экспертной шкале; наивысший балл проставляется для «скрытых» дефектов, которые не могут быть выявлены до наступления последствий;

2) рассчитывается параметр приоритета риска для потребителя (RPZ) как произведение параметров А, В, Е. Параметр RPZ теоретически может быть в диапазоне от 1 до 1000; соответственно чем он выше, тем более серьезен отказ. Этот параметр показывает, в каких отношениях друг к другу находятся причины возникновения дефектов; дефекты с наибольшим коэффициентом риска (RPZ ? 100 … 120) подлежат устранению в первую очередь. (Приложение Б).

Результаты анализа заносятся в «Таблицу FMEA-анализа объекта», которая в виде схемы представлена на рисунке 15.

Для компонентов объекта с параметром RPZ больше 100 ... 120 разрабатывается план корректировочных мероприятий включающий:

· последовательность, сроки и экономическую эффективность внедрения этих мероприятий;

Рисунок 15 - Схема FMEA-анализа

· ответственных за проведение каждого из мероприятий и его конкретных исполнителей;

· место проведения мероприятий (структурное подразделение);

· источник финансирования проведения мероприятия.

Корректировочные мероприятия проводятся в определенной последовательности; необходимо:

1) исключить причину возникновения дефекта, т. е. при помощи изменения конструкции или процесса уменьшить возможность возникновения дефекта (уменьшается параметр А);

2) предупредить возникновение дефекта, т. е. при помощи статистического регулирования помешать возникновению дефекта (при этом уменьшается параметр А);

3) снизить влияние дефекта на заказчика или последующий процесс с учетом изменения сроков и затрат (при этом уменьшается параметр В);

4) повысить достоверность выявления дефекта, облегчить выявление дефекта и последующего ремонта (уменьшается параметр Е).

Для повышения качества процесса или изделия в рамках корректировочных мероприятий могут предусматриваться: изменение структуры объекта (конструкции, схемы и т.д.); изменение процесса функционирования объекта (последовательности операций и исходов, их содержания и др.); улучшение системы менеджмента качества предприятия.

После проведения корректировочных мероприятий заново пересчитывается параметр RPZ. Если не удалось его снизить до приемлемых пределов (малого риска (RPZ < 40) или среднего риска (RPZ < 100)), разрабатываются дополнительные корректировочные мероприятия и повторяются предыдущие шаги [3].

К особенностям метода можно отнести:

1. Прогнозирование несоответствий (ошибок) и превентивность при обеспечении качества.

2. Систематические действия, которые выполняются по формализованной и апробированной многими предприятиями методике с применением типовых формуляров. Все это позволяет, с одной стороны, выявить и изобразить в логической последовательности и взаимосвязи потенциальные ошибки, и с помощью количественного показателя оценить в связи с этим риск предприятия, а, с другой стороны, накопить соответствующий опыт для последующих разработок и совершенствований.

3. Коллективный подход. FMEA обычно проводит рабочая группа, составленная из специалистов разных служб и отделов с целью:

* использования большего объема знаний и опыта;

*повышения эффективности решения проблемы за счет применения синергического эффекта, а также одновременного, а не последовательного принятия решения;

* расширения круга лиц, признающих результаты;

* мотивации качественного труда.

4. Функциональное рассмотрение, т.е. метод имеет целенаправленное значение для анализа функций систем, конструкций и процессов, контролирующий выполнение поставленных задач ( в соответствии с техзаданием, чертежом или рабочим планом).

5. Критический анализ для выявления по возможности всех потенциальных отказов, слабых мест или рисков. Анализ позволяет наметить способы снижения риска и оценки.

6. Творческий подход при реализации метода на всех стадиях анализа.

7. Детализация. Метод рассматривает риск применения отдельных элементов объектов в соответствии с заданными функциями. Анализ дает картину отказа системы в целом на основе изучения отказов отдельных компонентов.

8. Метод FMEA является формализованным аналитическим методом для систематизированного и полного определения и устранения потенциальных ошибок при планировании, конструировании, на производстве.

9. Преимущество метода состоит в том, что его можно применять на ранних, наиболее важных стадиях планирования и создания продукции и процессов [5].

Появление методологии FMEA обязано космическим проектам NASA (1963 г.), авиационно-космической и ядерной техники (60-е, начало 70-х гг.). С 1977 г. (конгресс SAE на фирме FORD) она получила широкое распрост-ранение в автомобильной промышленности США, Японии и Европы [5].

3.2 Анализ дерева отказов (FТA). Теоретические сведения

В 1940 - 50-х годах теория надежности, как самостоятельная область знаний, получает распространение в основном в авиации, военной и ядерной индустрии. Фактически "родиной" теории надежности становятся в 1950 году США, что, прежде всего, связано с развитием электроники. Именно тогда министр обороны США выявил, что поддержание в работоспособном состоянии электронного оборудования стоимостью в 1 доллар обходится за год в 2 доллара. Стало очевидным, что следовало разрабатывать элементы системы изначально надежными. При этом системы были настолько сложными, а элементы системы влияли на такое большое число различных функций, что только самые четкие и неукоснительные действия обученного обслуживающего инженерного персонала могли обеспечивать минимально необходимый уровень надежности. В итоге, министр обороны при объявлении тендера на поставку электронного оборудования потребовал, чтобы производители оборудования по итогам длительных испытаний доказали надежность своего оборудования. Результаты этих испытаний и составили первую известную базу данных по надежности "Military Standard 217. Reliability prediction of electronic equipment".

Тогда же в 1962 году впервые был использован метод анализа дерева отказов (fault tree analysis, FTA) компанией Bell Labs для Военно-воздушных сил США, который на сегодняшний день получил широкое распространение для анализа причин отказов статичных систем.

Данный метод является частью национальных стандартов таких, например, как стандарт США «MIL-HDBK-217 Reliability prediction of electronic equipment» или российских «Методических указаний по проведению анализа риска опасных производственных объектов №РД 03-418-01».

Предназначение и область применения

Дерево отказов (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий и пр.) лежит в основе логико-вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями). При анализе возникновения отказа, дерево отказов состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения (рисунок 4).

Рисунок 4 - Условная схема построения дерева отказов

Преимущества и ограничения применения

В этом способе реализован дедуктивный метод (причины - следствия), что наделяет метод самыми серьезными возможностями по поиску корневых причин событий для статичных систем, так как дает наглядную и подробную схему взаимосвязей элементов инфраструктуры и событий, влияющих на их надежность.

Ценность дерева отказов заключается в следующем:

· анализ ориентируется на нахождение отказов;

· позволяет показать в явном виде ненадежные места;

· обеспечивается графикой и представляет наглядный материал для той части ИТ специалистов, которые принимают участие в обслуживании системы;

· дает возможность выполнять качественный или количественный анализ надежности системы;

· метод позволяет специалистам поочередно сосредотачиваться на отдельных конкретных отказах системы;

· обеспечивает глубокое представление о поведении системы и проникновение в процесс ее работы;

· являются средством общения специалистов, поскольку они представлены в четкой наглядной форме;

· помогает дедуктивно выявлять отказы;

· дает конструкторам, пользователям и руководителям возможность наглядного обоснования конструктивных изменений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям и анализа компромиссных решений;

· облегчает анализ надежности сложных систем.

Главное преимущество дерева отказов (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.

Недостатки дерева отказов состоят в следующем:

· реализация метода требует значительных затрат средств и времени, так как увеличение детальности рассматриваемой инфраструктуры приводит к геометрическому увеличению числа влияющих событий;

· дерево отказов представляет собой схему булевой логики, на которой показывают только два состояния: рабочее и отказавшее;

· трудно учесть состояние частичного отказа элементов, поскольку при использовании метода, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа;

· трудности в общем случае аналитического решения для деревьев, содержащие резервные узлы и восстанавливаемые узлы с приоритетами, не говоря уже о тех значительных усилиях, которые требуются для охвата всех видов множественных отказов;

· требует от специалистов по надежности глубокого понимания системы и конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного отказа;

· дерево отказов описывает систему в определенный момент времени (обычно в установившемся режиме), и последовательности событий могут быть показаны с большим трудом, иногда это оказывается невозможным. Это справедливо для систем, имеющих сложные контуры регулирования, в таких случаях, как правило, обращаются к методам, основанным на стохастических (случайных) процессах.

Принцип использования

Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью дерева отказов, необходимы элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий. Имеется два типа блоков: логические символы (знаки) и символы событий.

Логические символы. Логические символы (знаки) связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями. Обозначения логических знаков приведены в таблице 13. Значение логических символов дерева отказов Логический символ (знак) может иметь один или несколько входов, но только один выход, или выходное событие.

Логический знак "И" (схема совпадения). Выходное событие логического знака И наступает в том случае, если все входные события появляются одновременно.

Правило формулирования событий. События, входные по отношению к операции И, должны формулироваться так, чтобы второе было условным по отношению к первому, третье условным по отношению к первому и второму, а последнее - условным ко всем предыдущим. Кроме того, по крайней мере, одно из событий должно быть связано с появлением выходного события.

Полная характеристика события не требуется. Иногда она даже мешает графической ясности диаграммы. Требуется лишь упорядочить события так, чтобы стоящее справа зависело от появления стоящего слева. Таким образом, появление выходного события будет определяться появлением последнего события в ряду N - событий.

Правило применения логического знака И. Если имеются несколько причин, которые должны появиться одновременно, то обычно используют операцию И. Входы операции должны отвечать на вопрос: "Что необходимо для появления выходного события?".

Таблица 13 - Значение логических символов дерева отказов

№	Символ логического знака	Название логического знака	Причинная взаимосвязь
1		И	Выходное событие происходит, если все входные события случаются одновременно
2		ИЛИ	Выходное событие происходит, если случается любое из входных событий
3		Запрет	Наличие входа вызывает наличие выхода тогда, когда происходит условное событие
4		Приоритетное И	Выходное событие случается, если все входные события происходят в нужном порядке слева направо
5		Исключающее ИЛИ	Выходное событие случается, если случается одно (но только одно) из выходных событий
6		"m из n" (голосования или выборки)	Выходное событие случается, если случается m из n входных событий

Логический знак "ИЛИ" (схема объединения). Выходное событие логического знака ИЛИ наступает в том случае, если имеет место любое из входных событий.

Правило формулирования событий. События, входные по отношению к операции ИЛИ, должны формулироваться так, чтобы они вместе исчерпывали все возможные пути появления выходного события. Кроме того, любое из входных событий должно приводить к появлению выходного события.

Правило не дает способа описания событий, но оно должно выполняться при построении дерева отказа.

Правило применения логического знака ИЛИ. Если любая из причин приводит к появлению выходного события, следует использовать операцию ИЛИ. Входы операции отвечают на вопрос: "Какие события достаточны для появления выходного события?".

Порядок применения логических знаков И и ИЛИ. Для любого события, подлежащего дальнейшему анализу, вначале рассматриваются все возможные события, являющиеся входами операций ИЛИ, затем входы операций И. Это справедливо как для головного события, так и для любого события, анализ которого целесообразно продолжить.

Причинные связи, выраженные логическими знаками И и ИЛИ, являются детерминированными, так как появление выходного события полностью определяется входными событиями.

Логический знак запрета. Шестиугольник, являющийся логическим знаком запрета и расположенный в строке 3 Таблица 13. Значение логических символов дерева отказов, используется для представления вероятностных причинных связей. Событие, помещенное под логическим знаком запрета называется входным событием, в то время, как событие, расположенное сбоку от логического знака, называется условным событием. Условное событие принимает форму события при условии появления входного события. Выходное событие происходит, если и входное и условное событие имеют место. Другими словами, входное событие вызывает выходное событие с вероятностью (обычно постоянной) появления условного события. Логический знак запрета часто появляется в тех случаях, когда событие вызывается по требованию. Он используется главным образом для удобств и может быть заменен логическим знаком И.

Событие на выходе появляется, если события на входе происходят в определенной последовательности (слева направо). Появление событий на входе в другом порядке не вызывает события на выходе.

Логический символ "исключающее ИЛИ" (строка 5 в Таблица 13- Значение логических символов дерева отказов) описывает ситуацию, в которой событие на выходе появляется, если одно из двух (но не оба) событий происходят на входе. В качестве примера рассмотрим систему, питаемую от двух генераторов.

Логический знак голосования m из n (строка 6 в таблице 13) имеет n событий на входе, а событие на выходе появляется, если происходят по меньшей мере m из n событий на входе. Рассмотрим отказ системы, которая сохраняет работоспособность до отключения двух из трех источников питания. Предположим, что выключение системы происходит тогда и только тогда, когда два из трех источников питания вышли из строя. Таким образом, ненужное выключение системы происходит, если два или большее число контрольных приборов подадут ложный сигнал на выключение, в то время как система находится в нормальном состоянии.

Метод анализа дерева отказов (fault tree analysis, FTA) способствует тщательному анализу причин отказов технических систем и выработке мероприятий, наиболее эффективных для их устранения. Такой анализ проводят для каждого периода функционирования, каждой части или системы в целом [15].

3.3 Применение методика FMEA и FTA на примере мобильного телефона Samsung i8910 HD

Необходимо для мобильного телефона Samsung i8910 HD применить методики FTA и FMEA.

Первым шагом будет разукрупнение объекта и построение дерева отказов (рисунок 16). Для этого применим методику FTA, с помощью которой можно получить объективные данные для оценки эффективности и повышения общей надежности системы.

Для этого более подробно рассмотрим устройство мобильного телефона.

Рисунок 16 - Упрощенная структурная схема мобильного телефона

При включении телефона первым делом начинает работать низкочастотная часть (т.е. процессор), внешним проявлением жизнедеятельности которого обычно является засветившийся экран, звуки музыки или в особо отсталых моделях просто писк и зажигание светодиодов. Но это только внешняя сторона дела и пока телефон поёт и пляшет, процессор занят чтением информации из SIM-карты и конфигурированием радио части телефона.

Приёмник включается под управлением процессора и немедленно начинает слушать эфир в диапазоне GSM в поисках информации о присутствующих вокруг сетях. Таковая информация непрерывно транслируется всеми сетями. Если находится родная сеть SIM-карты, то телефон выбирает базовую станцию с наиболее благоприятным сигналом и между телефоном и сетью начинается обмен информацией. Телефон подстраивает свою частоту и временную базу под обслуживающую его базовую станцию и запрашивает разрешение на регистрацию.

После проверки личности SIM-карты телефон регистрируется в сети и если ничего более интересного вокруг не происходит, начинает дремать. Не совсем понятно, почему это состояние называется “deep sleep”, на глубокую спячку это похоже так же как сон человека, который каждые пять минут вскакивает и бежит к двери с воплем “Кто там?”, но, поняв что там никого нет, снова засыпает. В случае телефона, он просыпается на мгновение, чтобы узнать, нет ли входящего звонка. Глубокий сон очень важен для долголетия батареи.

Телефон является только частью мобильной станции, второй его частью является SIM-карта.

В самом телефоне обычно различают высокочастотную (RadioFrequency, RF) и низкочастотную или обрабатывающую (BaseBand, BB) части. Условная граница проходит по IQ-сигналам (In-phase, Quadrature) (Рисунок 17).

Рисунок 17 - Структурная схема мобильного телефона стандарта GSM

Любой телефон GSM будет построен по структурной схеме( рисунок 17), но выбор конкретных деталей и их размещение на плате зависит от инженера-проектировщика.

Внутри мобильного телефона можно увидеть одну печатную плату, а также динамик, микрофон, зуммер, моторчик вибровызова и т.д. На ПП помещается дисплей, клавиатура, контактные площадки для динамика и микрофона плюс контактные площадки для подключения контактора SIM-карты, разъема питания, звонка, зарядки и т.д. Рассмотрим подробнее основную плату.

На одной стороне ПП располагается дисплей и клавиатура, а на другой все остальные компоненты. Все части ПП отделяются друг от друга широкими полосами нулевого потенциала (земля), или металлическими экранами. ПП можно разделить условно на 3 части. Части 1 и 2 отвечают за связь телефона c сетью GSM, а часть 3 - это достаточно мощный микрокомпьютер. Теперь рассмотрим подробнее каждую из частей, закрытых металлическими экранами. Начнем с части № 3 как наиболее важной в работе телефона. Микрокомпьютер управляет всеми функциональными частями устройства, т.е. поддерживает протокол обмена с сетью, опрашивает клавиатуру, выводит данные на дисплей, измеряет параметры аккумулятора, управляет процессом зарядки аккумулятора и т.д. Любой компьютер состоит из центрального процессора (ЦП), постоянной памяти (ROM), оперативной памяти (RAM), устройств ЦАП и АЦП, устройств ввода-вывода (клавиатура, дисплей) и т.д. Сотовый телефон не является исключением.

Теперь более внимательно рассмотрим часть платы под номером 3 (рисунок 19).



Рисунок 19 - Микропроцессорная часть телефона

Самая большая микросхема (3) - центральный процессор. ЦП управляет всей работой телефона по программе, находящейся в микросхеме постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ЦП опрашивает клавиатуру и выводит информацию на дисплей. Таким образом, сигнальные линии клавиатуры заводятся прямо на процессор. Управление дисплеем осуществляется по последовательной шине I2C, аналогично осуществляется обмен данными и с SIM-картой. Управление подсветкой клавиатуры и дисплея, вибровызовом и звонком (зуммером) осуществляется через силовую микросхему (8). Микросхема (2) это контроллер питания. Отличить ее от других можно по наличию около нее нескольких керамических конденсаторов вторичного питания (6). Контроллер отвечает также за зарядку аккумуляторной батареи, измеряет напряжение и температуру аккумулятора. В некоторых моделях телефонов через него осуществляется обмен данными с SIM-картой. Длинная металлическая трубочка (7) это кварцевый резонатор с частотой приблизительно 32 кГц (так называемый часовой кварц). Он располагается либор возле контроллера питания (2), либо возле ЦП (3), в зависимости от того, на какой микросхеме собран часовой генератор. Микросхемы 4 и 5 это постоянная и оперативная память. Располагаются возле ЦП (1). Микросхема 1 отвечает за протокол GSM. Части 1 и 2 относятся к ВЧ.



Рисунок 20 - Время-задающая часть

Так если рассмотреть часть платы 2 (рисунок 20), то здесь, как правило, располагается микросхема RF-контроллер (1), отвечающая за частоты в телефоне, а также задающий кварцевый резонатор 2 (13 или 26 МГц) и генератор управляемый напряжением 3. В части 1 (рисунок 21) можно выделить операционный усилитель (ОУ) 1, который усиливает сигнал телефона и через антенный коммутатор 2 передает его на излучатель (антенну). Керамические фильтры 3 и 4 - это фильтры 900 и 1800 МГц.

Рисунок 21 - Приемо-передатчик

Отдельно рассмотрим антенну и вибратор.

Антенна.

В мобильном телефоне применяется четвертьволновая «штыревая» антенна. Антенна такого типа обладает хорошей эффективностью, а ее длина подобрана таким образом, чтобы свести к минимуму уровень облучения головы пользователя.. Иными словами, антенна представляет собой четвертьволновый провод в форме пружины (выполняя при этом роль дросселя), заформованный в пластик или каучук.

Сверхминиатюрные антенны припаиваются непосредственно к печатной плате.

Большая часть антенн базовых станций оснащена излучающими элементами именно такого типа, имеющими поперечную поляризацию (кросс-поляризацию). Продуманное сочетание множества вибраторов позволяет изменять направленность действия антенн в соответствии с необходимыми условиями.

Вибратор.

Виброзвонок производится вибромотором (микроэлектродвигатель с эксцентриком на валу) по сигналу поступающего вызова. Управляется PWM сигналом. Вибратор, которым оснащено большинство мобильных телефонов, заменяет звонок в тех случаях, когда требуется известная конфиденциальность. Поскольку он практически бесшумен, необходимо, чтобы пользователь носил телефон при себе.

Рисунок 22 - Вид эксцентрика вибратора в разрезе

Хотя это и кажется несколько анахроничным в среде высоких технологий мобильных телефонов, но многие вибраторы работают полностью на электромеханическом принципе. Микродвигатель постоянного тока заставляет вращаться с довольно высокой скоростью элемент типа эксцентрика, в большинстве случаев имеющий форму, приведенную на рисунке 22. Вибраторы включаются по реакции мобильного телефона в ответ на запрос, поступивший от сети на имеющийся вызов. Необходимо учитывать, что такие вибраторы потребляют значительно больше электрической энергии, чем звуковые устройства. При этом потребление тока обычно составляет более 100 мА, поэтому следует иметь в виду, что излишне частое использование вибратора может существенно снизить автономность работы аккумуляторной батареи.

Клавиатура всех мобильных телефонов матричная и подключается непосредственно к UPP - процессору (рисунок 23). Нажатие клавиши обнаруживается программной процедурой сканирования.

Рисунок 23 - Принцип работы клавиатуры

Когда какой-либо из контактов замыкается, процессор вырабатывает сигнал прерывания и начинает процедуру просмотра состояния клавиатуры. Таким образом и определяется пара замкнутых контактов, а значит, нажатая клавиша.

SIM-карта сотового телефона.

SIM-карта - настоящий ключ идентификации и аутентификации владельца мобильного телефона. Она устанавливается в специальное соединительное устройство, связанное с блоком логики при помощи соответствующих схем сопряжения.

SIM-карта (рисунок 24) - это асинхронная чип-карта, соответствующая одновременно спецификациям и стандарта ISO 7816, и стандарта GSM.

Если SIM-карту вынуть из мобильного телефона, то ее можно вставить в любое устройство для считывания чип-карт, использующих данный протокол.

SIM-карта содержит мощный микропроцессор, способный при помощи соответствующих команд вести диалог с микропроцессором телефона.

Помимо объема памяти не менее важна и мощность операционной системы карты (иначе говоря, содержащейся в ней логики).

Процессор SIM-карты практически начинает конкурировать с процессором телефона, уже не ограничиваясь только управлением доступа к данным, содержащимся на карте, и выполнением криптографических алгоритмов.

Далее на основе изученного строения мобильного телефона составим дерево отказов.

На основании дерева отказов можно выявить дефекты и определить для каждого из них приоритетное число риска. Для подсчета параметра приоритета риска для потребителя (RPZ) будем использовать формулу:

,

где - параметр тяжести последствий для потребителя;

- параметр частоты возникновения дефекта;

- параметр вероятности необнаружения дефекта.

Таблица 14 - Вероятные дефекты, их причины и последствия

Вид потен-циального дефекта	Последствия потенциального дефекта	Потенциальные причины дефектов	Способ устранения	В, балл	А, балл	Е, балл	RPZ,балл
Неисправен дисплей/сен-сорная клавиатура	Не показывает	- Поврежден ЖК-дисплей; - неисправность микросхемы; - несправны светодиоды; - сбой программного обеспечения; - коррозионное повреждение; - выход из строя процессора.	- Замена дисплея; - замена программного обеспечения; - замена электронных компонентов; - замена неисправных элементов; - замена контроллера; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	8	2	1	16
	Нет подсветки экрана			7	3	2	42
	Экран одного цвета			8	2	1	16
	Полосы на изображении			8	2	1	16
	Затемненное изображение			5	4	2	40
	Медленная реакция на прикосновение			5	6	2	60
	Невозможно зайти в меню, набрать номер, позвонить или ответить на звонок, управлять функциями др. телефона			8	1	1	8
Неисправен микрофон/ динамик	Не слышно собеседника/ вас	- Неисправен шлейф между микрофоном/ди-намиком и ПП; - поврежден корпус; - неисправность микросхема; - выход из строя процессора; - неисправность генератора частот; - неисправность приемника и передатчика; - неисправность фильтра; - сбой программного обеспечения.	- Замена неисправных элементов; - замена электронных компонентов; - замена микрофона/динамика; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	8	4	1	32
	Вас и собеседника слышно, но плохо		-	6	4	2	48
	Искажение звука/Посторонние шумы		-	6	5	2	60
	Пропадает/отсутствует звук		-
				7	4	1	28
Неисправен заряд	Не заряжается	- Выгорание проводников ПП - неисправна аккумуляторная батарея (резкое падение емкости); - неисправно зарядное устройство; - резкий перепад напряжения; - поврежден разъем зарядки; - сбой ПО; - плохой контакт между аккумулятором и телефоном; - выход из строя усилителя мощности; - неисправен стабилизатор напряжения; - разбиты керамические пластины кварцевого резонатора; - вируса типа «Carib» (постоянно включает Bluetooth).	- Замена неисправных электронных компонентов; - замена комплектующих; - замена разъема зарядки; - замена; аккумуляторной батареи; - исключение перепадов напряжения; - стабилизация выходных параметров; - удалить вирус; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	8	8	2	128
	Быстрый разряд			8	8	2	128
	Самоотключение телефона			7	6	3	126
	Не показывает индикатор аккумулятора			5	2	1	10
Нет сети/ телефон не видит sim-карту	Запрет исходящих звонки/ сообщений	- Не исправна sim-карта; - вышел срок действия sim-карты; - нарушены контакты sim-приемника ; - сбой ПО - повреждена антенна; - Выход из строя операционного усилителя; - выход из строя др. электронных компонентов.	- Установить другую sim-карту ; - замена антенны; - замена неисправных элементов; - замена электронных компонентов; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	8	2	2	32
	Запрет входящих звонки/сообщений			8	2	2	32
	Не отображается значок сигнала сотовой сети			5	4	1	20
	Появление надписи «экстренный вызов»			7	4	1	28
Нет возможности взаимодействия с компьютером	Невозможно использовать телефон в качестве модема	- Сбой программного обеспечения; - поврежден USB-провода; - поврежден USB-разъем.	- Замена программного обеспечения; - замена комплектующих; - замена разъема USB-провода; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	4	6	3	72
	Невозможно обменяться данными			5	5	3	75
Неисправность встроенной память	Не возможно сохранить файлы	- Сбой программного обеспечения; - выход из строя процессора; - неисправность микросхемы; - вирус.	- Замена программного обеспечения; - замена процессора; - замена электронных компонентов; - удалить вирус; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	5	4	3	60
Не работает вибровызов	Отсутствие виброзвонка	- Выход из строя вибромотора; - неисправен шлейф между вибромотором и ПП; - неисправность микросхемы.	- Замена вибромотора; - замена шлейфа; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	5	6	1	30
Нет изображения при фото/видеосъемке	Нет возможности фотографировать/записи видео	-Повреждение линз; -неисправность микросхемы. -попадание электролита конденсатора на ПП.	- Замена линз; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	5	3	2	30
Не работает blueooth	Не находит другое устройство/ не могут найти ваше устройство;	- Сбой программного обеспечения; - неисправность микросхемы; - вируса типа «Carib».	- Замена программного обеспечения; - замена электронных компонентов; - удалить вирус; - обратиться в сервисный центр для диагностики и ремонта.	5	6	2	60
	Невозможно передать/получать файлы	-	-	5	5	3	75
	Не включается/не выключается	-	-	5	3	2	30
Мобильный перезагружается/ «зависает»	Не удобство пользования	- Сбой программного обеспечения; - выход из строя усилителя мощности( потребляет слишком много тока); - не исправна аккумуляторная батарея.	- Замена программного обеспечения; - замена электронных компонентов; - замена аккумуляторной батареи.	6	5	3	90

3.4 Анализ конструкции на примере мобильного телефона Samsung i8910 HD

С помощью методик FTA и FMEA был произведен анализ конструкции мобильного телефона: определены возможные отказы, их причины, последствия и способы устранения. Как оказалось из проведенных методик- «неисправен заряд» является самым существенным, т.к. параметра приоритета риска для этого дефекта является наиболее велико (дефекты с наибольшим коэффициентом риска (RPZ ? 100 … 120) подлежат устранению в первую очередь). Параметр приоритета риска показывает, в каких отношениях друг к другу находятся причины возникновения дефектов[8, 13].

Видно, что наиболее высокие значения параметра приоритета риска имеют такие последствия данного дефекта как :

не заряжается - 128;

быстрый разряд - 128;

самоотключение - 126.

Они подлежат устранению в первую очередь. Большинство рассмотренных последствий дефектов зависит от производителя, ведь 75 % всех дефектов возникает именно на стадии проектирования и разработки.

Аккумуляторная батарея, в отличие от простого аккумулятора, имеет в составе несколько аккумуляторов, которые могут быть соединены последовательно или параллельно.

Соединение аккумуляторов в мобильных телефонах чаще всего производится последовательно. Такое объединение нескольких аккумуляторов в одном корпусе позволяет добиться повышения выходного напряжения изделия в целом, по отношению к отдельному аккумулятору, для которого существует ограничение максимально возможного напряжения для данного типа химического состава. Реже применяется параллельное объединение нескольких аккумуляторов в одном корпусе для увеличения общей емкости изделия и меньшего внутреннего сопротивления. Но этот вариант требует усложнения внутренней электронной схемы управления, связанное с необходимостью раздельной зарядки каждого отдельного аккумулятора и их коммутацией, в этой связи пока не нашел широкого распространения. Но все-таки этот вид соединения является более надежным. Поэтому одним решением проблемы является пересмотрение схемы управления.

Так же существенной причиной являются перебои и перенапряжения в электросети.

Они обусловлены, прежде всего, низким качеством электросетей и невысокой культурой энергопотребления. Перенапряжения в электросети выводят из строя стандартные простые схемы защиты от импульсных помех (варисторы и т. д.), в следствие этого выходят из строя из строя процессор, генератор частот, приемник и передатчик, фильтры и др. электронные компоненты.

Значения остальных видов дефектов < 100. Это говорит о высокой надежности и качестве мобильного телефона Samsung i8910, а значит он может стать хорошим и незаменимым «другом» в повседневной эксплуатации.

В заключении хотелось бы отметить основные правила эксплуатации аккумуляторов, что бы продлить их долговечность, а следовательно и жизнь мобильного телефона:

- Зарядку батареи производите только фирменным зарядным устройством.

- Не следует заряжать холодный или тёплый аккумулятор, дождитесь пока он нагреется до комнатной температуры.

- Не рекомендуется оставлять батарею во включенном зарядном устройстве более чем на одни сутки.

- Для набора полной емкости аккумулятора следует полностью зарядить и далее полностью разрядить, рекомендуется провести три цикла зарядки-разрядки.

- Если аккумулятор не используется, уберите его в сухое прохладное место для хранения.

- Следует избегать контакта аккумулятора с какими-либо изделиями из металла.

- Емкость батареи может значительно снизиться при воздействии на неё высоких и низких температур. Помните об этом!

Время работы полностью заряженной аккумуляторной батареи для мобильного телефона, зависит в первую очередь от его емкости, а так же от частоты разговоров по телефону и окружающей температуры.

4. Набор тестов по теме : «Управление качеством продукции при проектировании»

4.1 Вопросы

Часть А

А1 Главной целью проектирования является:

1) Проект;

2) Материальное воплощение заданных показателей качества ;

3) Воплощение в изделии заданного набора показателей качества и их количественных значений ;

4) Генерация возможных вариантов решений конструкции.

А2 Сколько процентов качества закладывается в конкретный вид продукции на стадии проектирования:

1) 75;

2) 20;

3) 5;

4) 10.

А3 Результатом проектирования является:

1) Продукция;

2) Материальное воплощение проекта;

3) Проект продукции;

4) Прибыль от продукции.

А4 Какой из перечисленных методов не является методом проектирования:

1) Метод прецедентов (метод аналогов);

2) Метод подобия;

3) Расчетный метод;

4) Экспертный метод.

А5 Успех проектирования зависит от:

1) Разработки структурной и принципиальной схем ПиСИ;

2) Измерительной системы;

3) Конструирования печатных плат;

4) Системы управления качеством на всех стадиях ЖЦП.

Часть В

В1 Соотнесите стадии проектирования и порядок их проведения

1) 2

2) 4

3) 3

4) 1

А) Разработка структурной и принципиальной схем приборов и средств измерений

В) Разработка технологии изготовления

С) Конструирование приборов и средств измерений

D) Внедрение в производство

В2 Вставьте пропущенное слово:

…- это уникальный процесс, состоящий из набора взаимоувязанных и контролируемых работ с датами начала и конца, предпринятый, чтобы достичь цели соответствия конкретным требованиям, включая ограничения по времени, затратам и ресурсам

В3 Что позволяет выявить объединение процессов проектирования и производства в единое целое?

Часть С

С1 Имея возможность оценивать надежность при проектировании, разработчик, конструктор, технолог могут принимать меры к обеспечению надежности на стадии проектирования изделия. Назовите основные меры по повышению надежности на стадии разработки.

С2 При проектировании приборов вначале создается ее структурная схема, в которой предусматриваются соответствующие соединения отдельных элементов. Рассчитайте вероятность безотказной работы прибора со структурной схемой, изображенной на рисунке, и с вероятностью работы каждого ее элемента, равной 0,9. (Схема представлена четырьмя первыми параллельно соединенными (зарезервированными) элементами (1-4). Далее последовательно соединены два элемента (5и 6), а потом включены два зарезервированных элемента (7 и 8). Последний (9) последовательно включенный элемент соответствует системе питания.)

4.2 Ответы

А1 - 3; А2 - 1; А3 - 3; А4 - 4; А5 - 4.

В1 1-С; 2- D; 3-В; 4-А.

В2 Проект.

В3 Общие закономерности формирования качества продукции на данных стадиях.

С1 - Применение высоконадежных комплектующих изделий и материалов серийного производства, разрешенных в данном виде продукции;

- обеспечение высокой стабильности электрических схем. Эффективным методом являются граничные испытания, позволяющие экспериментально определить границы области работоспособности схемы при изменении параметров элементов, входных питающих напряжений и воздействий окружающей среды;

- использование комплектующих изделий, блоков, узлов в облегченных условиях по электрической нагрузке, воздействию, вибрационных и ударных нагрузок, прочих воздействий внешней среды;

- резервирование. Этот метод является очень эффективным, но его применение ограничено из-за сложности подключения резервных элементов для многих видов технических устройств, ограничений по весу, габариту, стоимости;

- обеспечение легкодоступности, легкосъемности узлов и блоков. Этот метод обеспечивает повышение надежности по показателю ремонтопригодности, что важно что очень важно.

- обеспечение достоверности диагностики состояния. Этот метод обеспечивает своевременное принятие мер по проведению профилактических работ, оказывая влияние на величину коэффициента технического использования;

- обеспечение мер по сохраняемости при хранении и транспортировании.

С2 Вероятность безотказной работы изделия как системы, элементы которой соединены (в надежностном смысле) последовательно, имеет вид:

. Т.к. все элементы равнонадежны, то вероятность безотказной работы изделия с полным резервированием находится по формуле: . Исходя из этого общее уравнение и его решение имеет вид:

Заключение

квалиметрический шкала интервал качество

Одним из важнейших факторов роста эффективности производства является улучшение качества выпускаемой продукции или предоставляемой услуги.

Повышение качества выпускаемой продукции расценивается в настоящее время, как решающее условие её конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках.

Конкурентоспособность продукции во многом определяет престиж страны и является решающим фактором увеличения её национального богатства.

Качество продукции относится к числу важнейших критериев функционирования предприятия в условиях относительно насыщенного рынка и преобладающей неценовой конкуренции. Повышение технического уровня и качества продукции определяет темпы научно - технического прогресса и рост эффективности производства в целом, оказывает существенное влияние на интенсификацию экономики, конкурентоспособность отечественных товаров и жизненный уровень населения страны.

Рост технического уровня и качества выпускаемой продукции является в настоящее время наиболее характерной чертой работы предприятий в промышленно развитых странах. В условиях преобладающей неценовой конкуренции и насыщенного рынка именно высокое качество продукции служит главным фактором успеха.

Качество выпускаемой продукции по праву можно отнести к важнейшим критериям деятельности любого предприятия. Именно повышение качества продукции определяет степень выживаемости фирмы в условиях рынка, темпы научно - технического прогресса, рост эффективности производства, экономию всех видов ресурсов, используемых на предприятии.

В данной работе был рассмотрен мобильный телефон Samsung i8910 HD. Были определены показатели качества, выбраны аналоги и проведено сравнение данного мобильного телефона с ними по выбранным показателям качества.

Мобильный телефон Samsung i8910 HD по показателям близок к показателям базового образца. Это указывает на то, что исследуемый образец по своим характеристикам приближается к мировому уровню.

Таким образом, можно считать, что мобильный телефон Samsung i8910 соответствует предъявляемым требованиям, поэтому проведение повторной оценки и дополнительных исследований для получения новой информации не требуется.

Так же на примере данной модели мобильного телефона были проведены методики FMEA и FTA анализа. В результате чего выяснилось, что главным дефектом, который представляет наибольшее неудобство для потребителя является неисправность заряда.

Поэтому современным предприятиям необходимо научиться, более эффективно использовать экономические, организационные и правовые рычаги воздействия на процесс формирования, обеспечения и поддержания необходимого уровня качества на всех стадиях жизненного цикла товара.

В конце хотелось бы привести диаграмму, подтверждающую то, что производитель исследуемого мобильного телефона Samsung является конкурентоспособным и имеет большой спрос, подтверждая свое весьма неплохое качество выпускаемой продукции.



Рисунок 26 - Доли ведущих производителей на российском рынке мобильных телефонов в 2009 году, % штук

Список литературы

1) Аристов О.В. Управление качеством: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2008. -240с.: ил.-(Высшее образование).

2) Гёлль П. Мобильные телефоны и ПК; Пер. с фр. Брод Т.Е. - 2-е изд., испр. И доп. -М.: ДМК Пресс, 2006.- 232с.: ил. - (В помощь радиолюбителю).

3) Горбашко Е.А. Управление качеством: Учебное пособие. - Спб.: Питер, 2008 г.,384 с.

4) ГОСТ 4.464-86

5) ГОСТ Р 51814.2-2001 “Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов”

6) Кане М.М., Иванов Б.В. Системы, методы и инструменты менеджмента качества. - Спб.: Питер. -2008 г., 560с.

7) Методы Менеджмента Качества, 2010 №9

8) Ремонт и сервис, 2010, №5, №7, №8.

9) Стандартизация в управлении качеством продукции: Учеб. Пособие для вузов/ В.И. Дыкин, А.Я.Клочков; РГРТА, РЯЗАНЬ, 2003.-72с.

10) Тяжелое машиностроение, 2010, сентябрь.

11) Федюкин В.К. Квалиметрия. Измерение качества промышленной продукции: учебное пособие - М.: КНОРУС, 2010. 320с.

12) Шишкин И. Ф., Станякин В. М. Квалиметрия и управление качеством: Учебник для вузов. М.:Изд-во ВЗПИ, 1992. 207с.

13) CHIP, 2010 №7, №8, №9.

14) http://www.cfin.ru/management/iso9000/iso9000_tech.shtml

15) http://www.itexpert.ru/rus/ITEMS/77-30/

16) http://www.nokia-lifestyle.ru/forum/lofiversion/index.php/t2766.html

17) http://www.metrologie.ru/qualitymanagement-stat31.htm