eng
Выпуск #4/2018
С. Гарбук
Применение интеллектуальных систем контроля ручных операций при изготовлении и эксплуатациивыскотехнологичной продукции
Применение интеллектуальных систем контроля ручных операций при изготовлении и эксплуатациивыскотехнологичной продукции
Просмотры: 1605
DOI: 10.22184/24999407.2018.13.04.82.84
Теги: автоматизированные системы контроля высокотехнологичная продукция интеллектуальные системы контроля ручные технологические операции
Рассмотрены основные причины брака при изготовлении и эксплуатации высокотехнологичной продукции. Предлагается создание автоматизированных систем, позволяющих контролировать правильность выполняемых ручных операций. Приведены предпосылки создания и необходимые характеристики подобных систем и потенциальный эффект их применения.
Качество изготовления и эксплуатации высокотехнологичной продукции (ВТП) существенным образом зависит от количества ошибок, совершаемых при выполнении ручных сборочных и иных технологических операций. Так, статистика отказов в гражданской авиации показывает, что за последние 20 лет от 25 до 35% летных происшествий и инцидентов происходят по вине инженерно-авиационной службы в основном из-за низкого качества технического обслуживания [1], причем из 30 видов ошибок обслуживающего персонала около 60% приходится на семь основных видов нарушений:
1. невыполнение ряда пунктов регламента технического обслуживания в процессе выполнения работ (24,5%);
2. допущенный брак в работе (6,5%);
3. незакрытие лючков, створок, замков капотов, дверей, люков при подготовке воздушного судна (ВС) к полету (6,4%);
4. повреждение ВС на земле в процессе технического обслуживания, буксировки, заправки горюче-смазочными материалами (6,2%);
5. невыполнение полного объема работ по техническому обслуживанию (5,5%);
6. некачественная дефектация систем ВС в процессе технического обслуживания (4,7%);
7. нарушение технологии выполнения работ в процессе обслуживания (4,5%).
В аэрокосмической отрасли до 80% происшествий, по данным портала «Управление производством», происходит по вине человека, причем эта доля постоянно растет [2]. Анализ инцидентов с ошибками персонала в электроэнергетике показывает, что наибольшее количество ошибочных действий совершается во время аварийных ситуаций, при пусках, остановах, при производстве плановых переключений и других воздействий на органы управления оборудованием [3]. В газовой промышленности до 50% наиболее опасных происшествий, приводящих к возникновению пожаров и взрывов, связано с ошибками человека при выполнении ручных операций (нарушение мер безопасности и технологического режима, ошибки при ремонте оборудования и других) [4]. На железнодорожном транспорте доля происшествий, связанных с некорректным выполнением персоналом ручных операций, достигает 90%, а в атомной промышленности этот показатель оценивается в диапазоне от 20 до 80% [5].
Сокращение числа подобных ошибок достигается за счет реализации следующих мероприятий:
1. автоматизации производственно-технологических операций и максимального исключения ручного труда;
2. проектирования ВТП в расчете на конструктивное предотвращение некорректных операций при сборке изделий и выполнении иных ручных операций на стадии изготовления;
3. создания автоматизированных систем контроля правильности выполняемых ручных операций;
4. дублирующего контроля выполняемых операций с привлечением высококвалифицированного персонала;
5. повышения квалификации и мотивации персонала, занятого при изготовлении ВТП.
Автоматизация производственно-технологических операций не всегда возможна и экономически целесообразна, внесение изменений в технологический процесс с высоким уровнем автоматизации зачастую является более сложным, чем переобучение персонала. Конструктивная защита от некорректных действий в большинстве случаев приводит к повышению стоимости и функциональным ограничениям изделий.
Широкому внедрению автоматизированных систем контроля ручных операций препятствует необходимость использования дорогостоящих сенсоров и оснастки, необходимых для измерения значимых характеристик изготавливаемой продукции (объемные сканеры, аппаратура неразрушающего контроля, контрольно-измерительные машины и т.д.). Кроме того, подобные системы контролируют, как правило, не ход выполнения ручной операции, а лишь ее результаты, являются узкоспециализированными и значительно увеличивают себестоимость изготавливаемой продукции.
Наиболее универсальным способом повышения качества изготовления продукции является непрерывный контроль ручного технологического процесса непосредственно оператором или сторонним квалифицированным специалистом. Человек-контролер, благодаря наличию у него естественного интеллекта и необходимых профессиональных знаний, способен оценивать соответствие выполняемых ручных операций требованиям производственно-технологической документации в условиях неопределенности ракурса элементов сложных изделий, вариативности их формы и других особенностей, изменчивости освещения и действия других факторов, усложняющих задачу контроля. Однако такой подход также не лишен недостатков: существенно возрастают расходы на персонал и сказывается действие так называемого человеческого фактора (усталость, невнимательность, возможный конфликт интересов и др.).
Естественным выходом из сложившейся ситуации является создание автоматизированных систем, позволяющих контролировать правильность выполняемых ручных операций с качеством, не уступающим квалифицированному человеку-контролеру, и использующих при этом недорогие сенсоры (видеокамеры, микрофоны), информационные способности которых также сопоставимы со способностями органов чувств человека. Учитывая, что подобным системам необходимо будет решать целый ряд задач, традиционно классифицируемых как задачи искусственного интеллекта (машинное зрение и распознавание образов, интерьерная навигация, определение положения и ориентации полиморфных объектов, обработка технической документации, содержащей неполные описания объектов и записи на естественном языке и др.), эти системы контроля могут быть отнесены к разряду интеллектуальных информационных систем.
Интеллектуальные системы контроля ручных операций (ИС КРО) должны обеспечивать решение следующих задач:
Ф распознавание действий операторов сборочного производства (например, в соответствии с классификацией операций по [6] и другим нормативно-техническим документам), а также распознавание, контроль местоположения и определение ориентации элементов изделия, инструментов и материалов;
Ф измерение технологически значимых параметров изделий, процессов и работ, создаваемых и выполняемых с применением ручных операций;
Ф сопоставление измеренных параметров изделий, процессов и работ с параметрами, предусмотренными производственно-технологической и иной нормативно-технической документацией, и выявление недопустимых отклонений;
Ф фиксация выявленных отклонений в производственном деле в составе электронного дела изделия (в соответствии с [7]);
Ф оперативное доведение информации о выявленных отклонениях заинтересованным лицам с целью предотвращения и реагирования на них; при этом могут использоваться технологии дополненной реальности, позволяющие выводить необходимую информацию с пространственной привязкой к реальным объектам.
Технологическими предпосылками создания ИС КРО являются:
Ф развитие методов искусственного интеллекта, обеспечивающих решение перечисленных выше интеллектуальных задач обработки данных с приемлемым качеством;
Ф сокращение стоимости и повышение производительности средств вычислительной техники, необходимых для реализации алгоритмов интеллектуальной обработки данных;
Ф развитие технологий цифрового моделирования и управления жизненным циклом ВТП, предполагающих создание «цифровых двойников» и «цифровых теней» изделий, а также другой электронной технической документации, в которой содержатся полные формализованные требования к реализуемым производственно-технологическим процессам.
Внедрение ИС КРО на производстве позволит повысить качество изготовления ВТП за счет выявления и предотвращения следующих отклонений от установленных требований к выполнению производственно-технологических процессов:
Ф неправильный монтаж элементов изделия;
Ф нарушение последовательности выполнения сборочных и иных технологических операций;
Ф несоблюдение временных интервалов выполнения операций;
Ф использование нештатного инструмента, оснастки, приспособлений и расходных материалов;
Ф использование в ВТП контрафактных (неаутентичных) материалов и комплектующих.
ИС КРО могут быть также использованы для аутентификации персонала, задействованного в выполнении ручных производственно-технологических операций, исключая, тем самым, несанкционированное участие в работах постороннего персонала и обеспечивая персональную ответственность за выполненные работы.
Дополнительным применением интеллектуальных систем контроля ручных операций является измерение фактических трудозатрат при создании ВТП. Функциональные возможности систем будут обеспечивать точное определение времени, затраченного на реализацию той или иной производственно-технологической операции, выявление фактов саботажа и искусственного увеличения продолжительности производственного процесса, автоматизированное определение квалификации операторов сборочного производства и решение других задач в области нормировки рабочего времени.
Наибольший эффект от применения ИС КРО будет обеспечен в том случае, если использование этих систем позволит в той или иной мере отказаться от других, менее эффективных, методов и процедур контроля качества ручных операций. Для этого создаваемые системы контроля должны обладать определенными, объективно подтверждаемыми функциональными возможностями по выявлению различных отклонений при выполнении ручных производственных операций. Учитывая интеллектуальный характер создаваемых систем, эти возможности должны соответствовать (по крайней мере, не уступать) возможностям квалифицированного человека-контролера. Гарантия такого соответствия может быть получена путем сертификации конкретной ИС КРО на соответствие требованиям специальных нормативных документов в области интеллектуальных систем обработки данных. Работы по созданию соответствующей нормативной базы в настоящее время осуществляются в рамках технического комитета по стандартизации ТК 22 «Информационные технологии». Проведение сертификационных испытаний должно осуществляться отраслевыми органами по сертификации в рамках работ по обеспечению качества выпускаемой высокотехнологичной продукции.
Необходимо учитывать также, что применение технологий автоматизированного интеллектуального контроля ручных операций обеспечивает кардинальное повышение качества выполняемых производственно-технологических операций без широкомасштабного применения средств промышленной роботизации. Подобный подход не приводит к массовому сокращению рабочих мест, что в некоторых случаях является важным и позволяет избежать негативных социальных последствий, вызванных автоматизацией производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Виноградов Л., Шестаков В., Бужински Л. Человеческий фактор в вопросах технического обслуживания воздушных судов. Scientific Proceedings XX International Scientific-technical Conference «trans & MOTAUTO’12», 2012. P. 122–123.
2. http://www.up-pro.ru/
3. Магид С. И., Архипова Е. Н. «Человеческий фактор» и обеспечение надежности и безопасности в электроэнергетике // Научни известия на НТСМ. NDT Days 2012. № 3. С. 288–292.
4. Гринин А. С., Новиков В. Н. Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях. Учебное пособие. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. 336 с.
5. Острейковский В. А. Теория надежности. – М.: Высшая школа, 2003. 463 с.
6. ГОСТ 3.1703-79. ЕСКД. Правила записи операций и переходов. Слесарные, слесарно-сборочные работы.
7. ГОСТ Р 54089-2018 Интегрированная логистическая поддержка. Электронное дело изделия. Основные положения и общие требования.
ГАРБУК Сергей Владимирович –
кандидат технических наук, заместитель генерального директора Фонда перспективных исследований
Качество изготовления и эксплуатации высокотехнологичной продукции (ВТП) существенным образом зависит от количества ошибок, совершаемых при выполнении ручных сборочных и иных технологических операций. Так, статистика отказов в гражданской авиации показывает, что за последние 20 лет от 25 до 35% летных происшествий и инцидентов происходят по вине инженерно-авиационной службы в основном из-за низкого качества технического обслуживания [1], причем из 30 видов ошибок обслуживающего персонала около 60% приходится на семь основных видов нарушений:
1. невыполнение ряда пунктов регламента технического обслуживания в процессе выполнения работ (24,5%);
2. допущенный брак в работе (6,5%);
3. незакрытие лючков, створок, замков капотов, дверей, люков при подготовке воздушного судна (ВС) к полету (6,4%);
4. повреждение ВС на земле в процессе технического обслуживания, буксировки, заправки горюче-смазочными материалами (6,2%);
5. невыполнение полного объема работ по техническому обслуживанию (5,5%);
6. некачественная дефектация систем ВС в процессе технического обслуживания (4,7%);
7. нарушение технологии выполнения работ в процессе обслуживания (4,5%).
В аэрокосмической отрасли до 80% происшествий, по данным портала «Управление производством», происходит по вине человека, причем эта доля постоянно растет [2]. Анализ инцидентов с ошибками персонала в электроэнергетике показывает, что наибольшее количество ошибочных действий совершается во время аварийных ситуаций, при пусках, остановах, при производстве плановых переключений и других воздействий на органы управления оборудованием [3]. В газовой промышленности до 50% наиболее опасных происшествий, приводящих к возникновению пожаров и взрывов, связано с ошибками человека при выполнении ручных операций (нарушение мер безопасности и технологического режима, ошибки при ремонте оборудования и других) [4]. На железнодорожном транспорте доля происшествий, связанных с некорректным выполнением персоналом ручных операций, достигает 90%, а в атомной промышленности этот показатель оценивается в диапазоне от 20 до 80% [5].
Сокращение числа подобных ошибок достигается за счет реализации следующих мероприятий:
1. автоматизации производственно-технологических операций и максимального исключения ручного труда;
2. проектирования ВТП в расчете на конструктивное предотвращение некорректных операций при сборке изделий и выполнении иных ручных операций на стадии изготовления;
3. создания автоматизированных систем контроля правильности выполняемых ручных операций;
4. дублирующего контроля выполняемых операций с привлечением высококвалифицированного персонала;
5. повышения квалификации и мотивации персонала, занятого при изготовлении ВТП.
Автоматизация производственно-технологических операций не всегда возможна и экономически целесообразна, внесение изменений в технологический процесс с высоким уровнем автоматизации зачастую является более сложным, чем переобучение персонала. Конструктивная защита от некорректных действий в большинстве случаев приводит к повышению стоимости и функциональным ограничениям изделий.
Широкому внедрению автоматизированных систем контроля ручных операций препятствует необходимость использования дорогостоящих сенсоров и оснастки, необходимых для измерения значимых характеристик изготавливаемой продукции (объемные сканеры, аппаратура неразрушающего контроля, контрольно-измерительные машины и т.д.). Кроме того, подобные системы контролируют, как правило, не ход выполнения ручной операции, а лишь ее результаты, являются узкоспециализированными и значительно увеличивают себестоимость изготавливаемой продукции.
Наиболее универсальным способом повышения качества изготовления продукции является непрерывный контроль ручного технологического процесса непосредственно оператором или сторонним квалифицированным специалистом. Человек-контролер, благодаря наличию у него естественного интеллекта и необходимых профессиональных знаний, способен оценивать соответствие выполняемых ручных операций требованиям производственно-технологической документации в условиях неопределенности ракурса элементов сложных изделий, вариативности их формы и других особенностей, изменчивости освещения и действия других факторов, усложняющих задачу контроля. Однако такой подход также не лишен недостатков: существенно возрастают расходы на персонал и сказывается действие так называемого человеческого фактора (усталость, невнимательность, возможный конфликт интересов и др.).
Естественным выходом из сложившейся ситуации является создание автоматизированных систем, позволяющих контролировать правильность выполняемых ручных операций с качеством, не уступающим квалифицированному человеку-контролеру, и использующих при этом недорогие сенсоры (видеокамеры, микрофоны), информационные способности которых также сопоставимы со способностями органов чувств человека. Учитывая, что подобным системам необходимо будет решать целый ряд задач, традиционно классифицируемых как задачи искусственного интеллекта (машинное зрение и распознавание образов, интерьерная навигация, определение положения и ориентации полиморфных объектов, обработка технической документации, содержащей неполные описания объектов и записи на естественном языке и др.), эти системы контроля могут быть отнесены к разряду интеллектуальных информационных систем.
Интеллектуальные системы контроля ручных операций (ИС КРО) должны обеспечивать решение следующих задач:
Ф распознавание действий операторов сборочного производства (например, в соответствии с классификацией операций по [6] и другим нормативно-техническим документам), а также распознавание, контроль местоположения и определение ориентации элементов изделия, инструментов и материалов;
Ф измерение технологически значимых параметров изделий, процессов и работ, создаваемых и выполняемых с применением ручных операций;
Ф сопоставление измеренных параметров изделий, процессов и работ с параметрами, предусмотренными производственно-технологической и иной нормативно-технической документацией, и выявление недопустимых отклонений;
Ф фиксация выявленных отклонений в производственном деле в составе электронного дела изделия (в соответствии с [7]);
Ф оперативное доведение информации о выявленных отклонениях заинтересованным лицам с целью предотвращения и реагирования на них; при этом могут использоваться технологии дополненной реальности, позволяющие выводить необходимую информацию с пространственной привязкой к реальным объектам.
Технологическими предпосылками создания ИС КРО являются:
Ф развитие методов искусственного интеллекта, обеспечивающих решение перечисленных выше интеллектуальных задач обработки данных с приемлемым качеством;
Ф сокращение стоимости и повышение производительности средств вычислительной техники, необходимых для реализации алгоритмов интеллектуальной обработки данных;
Ф развитие технологий цифрового моделирования и управления жизненным циклом ВТП, предполагающих создание «цифровых двойников» и «цифровых теней» изделий, а также другой электронной технической документации, в которой содержатся полные формализованные требования к реализуемым производственно-технологическим процессам.
Внедрение ИС КРО на производстве позволит повысить качество изготовления ВТП за счет выявления и предотвращения следующих отклонений от установленных требований к выполнению производственно-технологических процессов:
Ф неправильный монтаж элементов изделия;
Ф нарушение последовательности выполнения сборочных и иных технологических операций;
Ф несоблюдение временных интервалов выполнения операций;
Ф использование нештатного инструмента, оснастки, приспособлений и расходных материалов;
Ф использование в ВТП контрафактных (неаутентичных) материалов и комплектующих.
ИС КРО могут быть также использованы для аутентификации персонала, задействованного в выполнении ручных производственно-технологических операций, исключая, тем самым, несанкционированное участие в работах постороннего персонала и обеспечивая персональную ответственность за выполненные работы.
Дополнительным применением интеллектуальных систем контроля ручных операций является измерение фактических трудозатрат при создании ВТП. Функциональные возможности систем будут обеспечивать точное определение времени, затраченного на реализацию той или иной производственно-технологической операции, выявление фактов саботажа и искусственного увеличения продолжительности производственного процесса, автоматизированное определение квалификации операторов сборочного производства и решение других задач в области нормировки рабочего времени.
Наибольший эффект от применения ИС КРО будет обеспечен в том случае, если использование этих систем позволит в той или иной мере отказаться от других, менее эффективных, методов и процедур контроля качества ручных операций. Для этого создаваемые системы контроля должны обладать определенными, объективно подтверждаемыми функциональными возможностями по выявлению различных отклонений при выполнении ручных производственных операций. Учитывая интеллектуальный характер создаваемых систем, эти возможности должны соответствовать (по крайней мере, не уступать) возможностям квалифицированного человека-контролера. Гарантия такого соответствия может быть получена путем сертификации конкретной ИС КРО на соответствие требованиям специальных нормативных документов в области интеллектуальных систем обработки данных. Работы по созданию соответствующей нормативной базы в настоящее время осуществляются в рамках технического комитета по стандартизации ТК 22 «Информационные технологии». Проведение сертификационных испытаний должно осуществляться отраслевыми органами по сертификации в рамках работ по обеспечению качества выпускаемой высокотехнологичной продукции.
Необходимо учитывать также, что применение технологий автоматизированного интеллектуального контроля ручных операций обеспечивает кардинальное повышение качества выполняемых производственно-технологических операций без широкомасштабного применения средств промышленной роботизации. Подобный подход не приводит к массовому сокращению рабочих мест, что в некоторых случаях является важным и позволяет избежать негативных социальных последствий, вызванных автоматизацией производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Виноградов Л., Шестаков В., Бужински Л. Человеческий фактор в вопросах технического обслуживания воздушных судов. Scientific Proceedings XX International Scientific-technical Conference «trans & MOTAUTO’12», 2012. P. 122–123.
2. http://www.up-pro.ru/
3. Магид С. И., Архипова Е. Н. «Человеческий фактор» и обеспечение надежности и безопасности в электроэнергетике // Научни известия на НТСМ. NDT Days 2012. № 3. С. 288–292.
4. Гринин А. С., Новиков В. Н. Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях. Учебное пособие. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. 336 с.
5. Острейковский В. А. Теория надежности. – М.: Высшая школа, 2003. 463 с.
6. ГОСТ 3.1703-79. ЕСКД. Правила записи операций и переходов. Слесарные, слесарно-сборочные работы.
7. ГОСТ Р 54089-2018 Интегрированная логистическая поддержка. Электронное дело изделия. Основные положения и общие требования.
ГАРБУК Сергей Владимирович –
кандидат технических наук, заместитель генерального директора Фонда перспективных исследований
Отзывы читателей
