DETERMINATION OF THE COMPLEX INDEX FOR REFLECTOR QUALITY LEVEL ASSESSMENT


Cite item

Full Text

Abstract

The paper proposes an antenna reflector’s quality assurance method for space communication systems. It requires meeting a specified condition for the method’s application, which includes matching the tolerance by the standard deviation of reflector surface geometry and reflection coefficient values. After meeting the condition control of other reflector parameters from listed quality indices nomenclature can be permitted. The nomenclature is based on requirements of standard and technical product documentation and including device working ability’s base characteristics. The method consists of complex quality index calculation. Complex quality index can be calculated by using differential method, comprising in a comparison between real and standard (ideal) values of reflector parameters from the listed nomenclature. The actual data for the calculation are collected during quality control and testing. The summary formula of the complex quality index is introduced for the purposes of determining the product quality level value for impersonal technological process evaluation. For comparative assessment of complex quality index within a single production lot, this paper proposes rating scale categories based on ABC analysis and Pareto principles and includes three categories. This index is a quantitative estimate of reflector quality and can be used for further analysis purposes and managing of production manufacture’s technological process. In addition to the method implementation example of the calculation algorithm for space receiver system reflector from polymer composite material of Ku-frequency is demonstrated. The developed method application is a crucial precondition for quality assessment level of reflector, technology improvement and for defective products prevention.

Full Text

Введение. В настоящей работе продолжена серия исследований по моделированию, параметризации и контролю рефлекторов антенн [1-4]. На данном этапе целью является разработка системы показателей и оценка готового изделия на соответствие установленным требованиям. Согласно стандарту ГОСТ 15467 уровень качества продукции - это «относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении значений показателей качества оцениваемой продукции с базовыми значениями соответствующих показателей». Его оценка позволяет относительным методом установить степень совершенства достигнутого результата по отношению к эталонному образцу изделия. Определение уровня качества осуществляется на основе собранной в результате контроля информации по утвержденной номенклатуре показателей, целью данного процесса является получение максимально объективной оценки качества изделия. В рамках данной работы проведено составление номенклатуры показателей рефлекторов антенн и предоставление методики определения уровня качества изделия посредством расчета комплексного показателя качества (КПК) [5], не зависящей от типа материала, геометрических параметров, исполнения рефлектора и т. д. Определяющий показатель качества. Определяющий показатель качества согласно ГОСТ 15467 - это «показатель качества продукции, по которому принимают решение оценивать ее качество». В отношении рефлекторов определяющими показателями [6-11] являются среднеквадратическое отклонение геометрии рабочей поверхности и коэффициент радиоотражения, поскольку это основные функциональные показатели изделия. Оценив данные параметры и установив их соответствие нормативным, можно приступать к определению КПК. Методика оценки уровня качества. Для оценки технического уровня качества рефлектора [12-16] требуется установить номенклатуру единичных показателей качества изделия на основании требований, собранных из нормативной и технической документации на изделие. Полученный перечень показателей структурирован в соответствии с классификацией показателей и приведен в форме дерева показателей качества продукции в табл. 1. Таблица 1 Дерево показателей качества рефлектора 0 уровень 1 уровень 2 уровень 3 уровень Комплексный показатель качества 1. Функциональные 1.1. Масса 1.2. Шероховатость поверхности 1.3. Плотность 1.4. Пористость 1.5. Эффективная площадь рассеяния 1.6. Собственная частота колебаний 2. Надежности 2.1. Устойчивость к внешним климатическим воздействиям (ВКВ) 2.1.1. Повышенной температуры 2.1.2. Пониженной температуры 2.1.3. Повышенного избыточного давления 2.1.4. Пониженного давления 2.1.5. Динамическое воздействие пыли/песка 2.1.6. Воздействие инея 2.1.7. Относительной влажности 2.1.8. Солнечной радиации 2.1.9. Ветровой нагрузки 2.1.10. Атмосферных осадков 2.2. Устойчивость к механическим воздействиям (МВ) 2.2.1. Предел прочности при сдвиге 2.2.2. Предел прочности при сжатии 2.2.3. Предел прочности при поперечном изгибе 2.2.4. Модуль упругости при поперечном изгибе 2.2.5. Модуль упругости при растяжении Еu 2.2.6. Предел прочности при растяжении σE 2.3. Коэффициент линейного теплового расширения (КЛТР) На нулевом уровне дерева находится КПК, т. е. обобщенная количественная оценка уровня качества изделия. Он формируется исходя из показателей первого уровня, которые, в свою очередь, включают в себя группы второго уровня и третьего соответственно. Метод расчета комплексных показателей. Для последующих расчетов значений показателей, в соответствии с их определением, в большинстве случаев применим дифференциальный метод [17], основывающийся на сопоставлении фактического уровня и базового (эталонного), установленного в технической документации: 1. В случае, если задан диапазон допустимых значений Pmin ≤ Pi ≤ Pmax, то значение показателя определяем по формуле Ki = 1 - где Pср - середина диапазона допустимых значений; ITP - допуск на размер (Pmax - Pmin); ∆ - погрешность измерения параметра. При соответствии Pi = Pср значению показателя присваивается 1. 2. В случае, если задано максимальное допустимое значение Pi ≤ Pmax, но не указано минимальное, то расчет показателя осуществляется по формуле Ki = 1 - где Pmin - минимально допустимое значение параметра, полученное в данном технологическом процессе. 3. В случае, если задано минимально допустимое значение Pi ≥ Pmin, но не указано максимальное, то расчет показателя проведем по формуле Ki = 1 - где Pmax - максимально достижимое значение параметра, полученное в данном технологическом процессе. Для расчета комплексного сводного (Ксв) показателя качества применим коэффициент качества В. А. Трапезникова [18]: Kсв = где n - количество показателей качества в группе; i - порядковый номер показателя качества. Данная формула обладает свойством «вето», сводя в ноль КПК при несоответствии хотя бы одного из показателей требованиям. Однако данная формула при большом количестве переменных снижает итоговое значение коэффициента, в связи с чем необходимо дополнить ее: Kсв = Данная формула применяется для расчета комплексных показателей второго и третьего уровня, а также итогового комплексного показателя: КПК = Полученная формула отражает общий ход расчета уровня качества рефлектора, исходя из заданных показателей. Таким образом, имея количественные значения показателей качества рефлектора, собранные в процессе контроля, возможно получение комплексной оценки уровня качества изделия и сопоставление его с эталонным. Эталонный КПК равен единице. Управление качеством производства рефлекторов. Для сравнительной оценки итогового КПК предлагается принять диапазоны значений допускаемого уровня качества. За основу деления оценок на категории взят принцип ABC-анализа, который в приложении к данной ситуации интерпретируется следующим образом: наиболее качественные изделия из партии составляют 20 % (категория 1), промежуточная категория 2 содержит следующие 30 %, а категория 3 - остальные 50 % изделий. Данный подход является разновидностью широко известного правила Парето 80/20 [19], повсеместно применяемого в статистическом анализе. Рассматривая в совокупности эти два подхода, основанных на теории о степенном распределении вероятностей, можно распределить категории оценок, как представлено в табл. 2. Первая категория в данном ранжировании является целевой для системы управления качеством. Пример расчета КПК рефлектора Ku-диапазона из полимерных композиционных материалов. Данные для расчетов приведены в табл. 3. Номинальные значения приняты из технического задания на изделие и нормативной документации. Относительный показатель рассчитан согласно приведенным выше формулам. Диаграмма комплексных показателей качества групп показателей приведена на рисунке. Таблица 2 Ранжирование оценок уровня качества Категория Значение КПК Оценка уровня качества 1 ≥ 0,8 Отлично 2 0,5 < КПК < 0,8 Удовлетворительно 3 ≤ 0,5 Неудовлетворительно Таблица 3 Данные по результатам контроля для расчетов комплексного показателя качества Показатель Номинальное значение Фактическое значение Относительный показатель 1.1. Масса, кг 0,140 ± 5 % 0,146 0,43 1.2. Шероховатость поверхности, Ra ≤ 0,05 0,02 0,98 1.3. Плотность, г/см3 1,86 ± 0,05 1,88 0,84 1.4. Пористость, % ≤ 3,5 2,1 0,82 1.5. Эффективная площадь рассеяния, м2 0,035-0,49 0,08 0,35 1.6. Собственная частота колебаний, Гц ≥ 60 62 0,69 2.1.1. Повышенной температуры, °С ≥ +140 +160 0,91 2.1.2. Пониженной температуры, °С Равно ниже -160 -173 0,87 2.1.3. Повышенного избыточного давления ≤ 0,20 СКО 0,12 0,96 2.1.4. Пониженного давления ≤ 0,14 СКО 0,07 0,95 2.1.5. Динамическое воздействие пыли/песка ≤ 0,14 СКО 0,05 0,98 2.1.6. Воздействие инея ≤ 0,14 СКО 0,09 0,89 2.1.7. Относительной влажности, % 98 ± 2 % 98 1 2.1.8. Солнечной радиации, Вт/м2 ≥ 1120 1140 0,43 2.1.9. Ветровой нагрузки ≤ 0,04 СКО 0,04 0,75 2.1.10. Атмосферных осадков ≤ 0,04 СКО 0,02 0,97 2.2.1. Предел прочности при сдвиге, МПа 80-120 91,2 0,80 2.2.2. Предел прочности при сжатии, ГПа ≥ 2 4,23 0,85 2.2.3. Предел прочности при поперечном изгибе, ГПа ≥ 0,88 0,92 0,89 2.2.4. Модуль упругости при поперечном изгибе, ГПа 40-43 41,6 0,99 2.2.5. Модуль упругости при растяжении, ГПа 70,5-73 71,8 0,99 2.2.6. Предел прочности при растяжении, ГПа ≥ 4 5,6 0,62 2.3. Коэффициент линейного теплового расширения, 1/К (1,5-1,65)·10-6 (1,5-1,65)·10-6 1 Сравнение групповых комплексных показателей По результатам расчетов получен КПК уровня качества рефлектора, равный 0,82, что соответствует 1 категории и уровню качества «отлично». Сравнительный анализ эталонных КПК. Для сопоставления уровня качества идентичных эталонных изделий, отличающихся технологическим процессом изготовления, достаточно будет завысить требования к допускаемым нормативным значениям наиболее ответственных показателей. Ужесточение допусков к ряду параметров понизит расчетное значение итогового КПК и позволит сравнить эталонные изделия. Заключение. Полученная методика оценки уровня качества рефлектора позволяет рассчитать комплексный показатель качества изделия исходя из предложенной номенклатуры показателей, а также результатов контроля и испытаний, объективно оценить уровень качества изделия и способствует дальнейшему повышению эффективности производства. Значение КПК требуется для сравнительной оценки соответствия изделия эталону и статистического анализа технологического процесса. Предоставленный пример расчета КПК наглядно иллюстрирует методику и интерпретацию результатов. Количественная оценка уровня качества согласно данной методике необходима для целей комплексного управления соответствием продукции и является основным этапом в рамках модели обеспечения качества на предприятии.
×

About the authors

O. A. Kupriyanova

Reshetnev Siberian State Aerospace University

Email: kupriyanova1809@gmail.com
31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

A. Yu. Vlasov

Reshetnev Siberian State Aerospace University

31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

K. A. Pasechnik

Reshetnev Siberian State Aerospace University

31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

A. M. Arzamaskina

Reshetnev Siberian State Aerospace University

31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

References

  1. Власов А. Ю., Пасечник К. А., Мартынов В. А. Определение диапазонов изменения ключевых параметров, обеспечивающих стабильность технологического процесса производства изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов методом RTM // Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56). С. 202-208.
  2. Куприянова О. А., Сержантова М. В., Банщикова М. Н. Параметры контроля качества производства композитных рефлекторов антенн // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015. № 8. C. 324-330.
  3. Лопатин А. В., Пасечник К. А., Власов А. Ю. Разработка прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов: конечно-элементное моделирование конструкции // Вестник СибГАУ. 2013. № 3 (49). C. 73-78.
  4. Власов А. Ю., Филенкова Н. В., Кравчук Д. В. Разработка прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов: система адаптивного управления технологическим процессом // Вестник СибГАУ. 2013. № 3 (49). С. 166-168.
  5. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. М., 1979. 22 с.
  6. Гайдачук В. Е., Кондратьев А. В., Омельченко Е. В. Анализ технологических дефектов, возникающих в серийном производстве интегральных авиаконструкций из полимерных композиционных материалов // Авиационно-космическая техника и технология. 2010. № 3 (70). C. 11-20.
  7. Мурашов В. В., Румянцев А. Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. В 2 ч. Ч. 1. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2007. № 4. 18 c.
  8. Мурашов В. В., Румянцев А. Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. В 2 ч. Ч. 2. Методы выявления дефектов монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2007. № 5. 19 c.
  9. Шершак П. В. Особенности обеспечения контроля специальных технологических процессов производства изделий из полимерных композиционных материалов // Метрологическое обеспечение испытаний и измерений в авиационно-космической промышленности : сб. докладов Всерос. науч.-техн. конф. (22-23 окт. 2013, г. Москва). 6 c.
  10. Hartmann J., Habersack J., Steiner H. J. Analysis and Measurement of Reflector Antennas in the MM-Wave Frequency Range // INICA ’07 2nd International ITG Conference Antennas, 2007. P. 41-44.
  11. Коваленко В. А. Анализ механических дефектов и отклонений в соотношениях и свойствах полимерных композиционных материалов для авиакосмической техники // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. 2012. № 4. 57-64 c.
  12. Гайдачук В. Е., Коваленко В. А. Уровни дефектов структуры в изделиях из полимерных композиционных материалов, возникающих в процессе их производства // Авиационно-космическая техника и технология. 2012. № 6. C. 5-12.
  13. Коваленко В. А. Показатели качества этапов жизненного цикла конструкций ракетно-космической техники из полимерных композиционных материалов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2011. № 50. C. 128-140.
  14. Коваленко В. А. Исследование технологических дефектов, возникающих в производстве агрегатов ракетно-космической техники из полимерных композиционных материалов. Сообщение 1. Допуски на отклонения толщины формируемого изделия от проектного значения // Авиационно-космическая техника и технология. 2012. № 3(90). C. 10-21.
  15. Gorobets N. N., Kiyko, V. I., Gorobets V. N. Dependence of the lateral and cross-polarized radiation reflector antennas on their size and focal length // Antenna Theory and Techniques (ICATT), 2013 : IX Intern. Conf. 2013. P. 434-437.
  16. ГОСТ Р 54072-2010. Изделия космической техники. Материалы композиционные полимерные. Номенклатура показателей. М., 2011. 11 с.
  17. Радкевич Я. М., Радкевич Д. Я. Качество горной техники и технологических процессов ее изготовления. Оценка качества изготовления деталей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 1999. № 8. C. 144-145.
  18. Микроэкономическая статистика / С. Д. Ильенкова [и др.]. М., 2004. 544 с.
  19. Чернавский Д. С., Никитин А. П., Чернавская О. Д. О возникновении распределения Парето в нелинейных динамических системах // Биофизика. 2008. № 2(53). C. 351-358.
  20. Vlasov A. Yu., Pasechnik K. A., Martynov V. A. [Determination of the range of changes in key parameters, ensuring stability production process of complex shapes of polymer composites by method RTM]. Vestnik SibGAU. 2014, No. 4 (56), P. 202-208 (In Russ.).
  21. Kupriyanova O. A., Serzhantova M. V., Banschikova M. N. [Quality Control Parameters of Manufacturing Composite Antenna Reflector]. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015, No. 8 (In Russ.). P. 324-330.
  22. Lopatin A. V., Pasechnik K. A., Vlasov A. Yu., Shatov A. V. [Development of composite precision satellite reflector: Finite element construction modeling]. Vestnik SibGAU. 2013, No. 3(49), P. 73-78 (In Russ.).
  23. Vlasov A. Yu., Filenkova N. V., Kravchuk D. E. [Development of the precision satellite reflectors of polymeric composite materials: Adaptive control system of manufacturing process]. Vestnik SibGAU. 2013, No. 3(49), P. 166-168 (In Russ.).
  24. GOST 15467-79. Upravlenie kachestvom produktsii. Osnovnye ponyatiya. Terminy i opredeleniya [Standard 15467-79. Product-quality control. Basic concepts. Terms and definitions]. Moscow, 1979. 22 p.
  25. Gajdachuk V. E., Kovalenko V. A., Omelchenko E. V. [The analysis of the technological defects arising in a series production of integrated airframes made from polymeric composite materials]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya. 2010, No 3(70), P. 11-20 (In Russ.).
  26. Murashov V. V., Rumyantsev A. F. [Defects in solid parts and multilayered structures made of polymer composite materials and methods for their detection. Part 1. Defects in solid parts and multilayered structures made of polymeric composite materials]. Kontrol’. Diagnostika. 2007, No. 4, 18 p. (In Russ.).
  27. Murashov V. V., Rumyantsev A. F. [Defects in solid parts and multilayered structures made of polymer composite materials and methods for their detection. Part 2. Methods for defects detection in solid parts and multilayered structures made of polymer composite materials]. Kontrol’. Diagnostika. 2007, No. 5, 19 p. (In Russ.).
  28. Shershak P. V. [Features for ensuring control of special technological processes of polymeric composite materials products manufacturing] Sbornik dokladov Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii “Metrologicheskoe obespecheniya ispytaniy i izmereniy v aviatsionno-kosmicheskoy promyshlennosti” [Metrological support of testing and measurements in aerospace industry]. Moscow, 2013, 6 P.
  29. Hartmann J., Habersack J., Steiner H. J. Analysis and Measurement of Reflector Antennas in the MM-Wave Frequency Range. INICA ’07 2nd International ITG Conference Antennas, 2007, P. 41-44. doi: 10.1109/INICA.2007.4353928.
  30. Kovalenko V. A. [Analysis of mechanical defects and variations in the proportions and properties of polymer composites]. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstruktsiy letatel’nykh apparatov. 2012, No, 4, P. 57-64 (In Russ.).
  31. Gaydachuk V. E., Kovalenko V. A. [Levels of structural defects that arise during manufacturing products made of polymeric composite materials]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya. 2012, No. 6,
  32. P. 5-12 (In Russ.).
  33. Kovalenko V. A. [Indicators of quality throughout the lifecycle of structures rocket and space technology polymer composite materials]. Otkrytye informatsionnye i komp’yuternye integrirovannye tekhnologii. 2011, No. 50, P. 128-140 (In Russ.).
  34. Kovalenko V. A. [Researching of defects resulting in production aggregates of rocket and space technology made of polymeric composite materials. Report 1. Tolerance of molded products thickness from project value]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya. 2012, No 3(90), P. 10-21 (In Russ.).
  35. Gorobets N. N., Kiyko, V. I., Gorobets V. N. Dependence of the lateral and cross-polarized radiation reflector antennas on their size and focal length. Antenna Theory and Techniques (ICATT), 2013 IX International Conference, 2013, P. 434-437. doi: 10.1109/ICATT. 2013.6650803.
  36. GOST R 54072-2010. Izdeliya kosmicheskoy tekhniki. Materialy kompozitsionnye polimernye. Nomenklatura pokazateley [State Standard R 54072-2010. Space technology products. Polymer composites. List of indices]. Moscow, Standartinform Publ., 2011, 11 p.
  37. Radkevich Ya. M., Radkevich D. Ya. [Mining equipment and manufacturing processes quality. Quality assessment of manufacturing parts]. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten’. 1999, No. 8, P. 144-145 (In Russ.).
  38. Il’enkova S. D. Mikroekonomicheskaya statistika [The microeconomic statistics]. Moscow, Finance and Statistics Publ., 2004, 544 p.
  39. Chernavskiy D. S., Nikitin A. P., Chernavskaya O. D. [On emergence of Pareto distribution in complex dynamical systems]. Biophysics. 2008, No. 2(53), P. 351-358 (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Kupriyanova O.A., Vlasov A.Y., Pasechnik K.A., Arzamaskina A.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies