ГОСТ Р ИСО 16336-2020

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Статистические методы

ПРИМЕНЕНИЕ К НОВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ И ПРОЦЕССУ РАЗРАБОТКИ ПРОДУКЦИИ

Робастное параметрическое проектирование (RPD)

Statistical methods. Applications to new technology and product development process. Robust parameter design (RPD)

ОКС 03.120.30

Дата введения 2021-06-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Закрытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (ЗАО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 125 "Применение статистических методов"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 августа 2020 г. N 530-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 16336:2014* "Применение статистических методов к новым технологиям и процессу разработки продукции. Робастное параметрическое проектирование (RPD)" [ISO 16336:2014 "Applications of statistical and related methods to new technology and product development process - Robust parameter design (RPD)", IDT].

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Международный стандарт разработан Техническим комитетом ISO/TC 69.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Робастное параметрическое проектирование, так называемое параметрическое проектирование, может применяться на этапе разработки продукции с целью установления оптимальных номинальных значений ее параметров на основании оценки робастности ее функции. Оценивание робастности заключается в рассмотрении общих потерь на протяжении всего жизненного цикла продукции. Общие потери формируются из издержек и потерь на каждой стадии жизненного цикла продукции. Они включают все издержки, возникающие не только на этапе производства продукции, но и после ее реализации.

Неробастная продукция служит источником потерь в экологической и социально-экономической сферах (включая потери изготовителя и потребителей), которые обусловлены низким уровнем качества и функциональной вариабельностью на этапе ее эксплуатации: с момента реализации до утилизации. Изготовители несут ответственность за качество продукции и обязаны поставлять на рынок робастную продукцию для предотвращения потерь и ущерба, вызванного дефектной продукцией.

Применение параметрического проектирования при разработке продукции направлено на предотвращение появления дефектов, отказов и проблем с качеством, которые могут возникнуть в процессе ее эксплуатации. Робастная продукция, разработанная в результате применения параметрического проектирования, обеспечивает минимизацию потерь у пользователя, обусловленных дефектами, отказами и иными проблемами с качеством. Известно, что дефекты, отказы и проблемы с качеством возникают по причине функциональной вариабельности неробастной продукции. При параметрическом проектировании оптимальные номинальные значения параметров продукции можно установить за счет их варьирования как управляемых факторов и оценивания робастности под воздействием факторов шума. Применение параметрического проектирования на этапах разработки и проектирования продукции позволяет выбрать оптимальную конструкцию и значения технических характеристик, которые обеспечат робастность продукции на рынке.

На этапе производства изготавливается продукция с заданными техническими характеристиками. Изготовитель может оптимизировать технологические процессы с целью обеспечения соответствия характеристик продукции требованиям нормативно-технической документации. Однако робастность характеристик продукции в условиях эксплуатации и скорость ее деградации закладываются только на этапе проектирования.

Методология робастного параметрического проектирования заключается в использовании эффективных методов достижения робастности за счет планирования экспериментов при определении номинальных значений технических характеристик, что служит превентивной контрмерой против различного рода потерь на рынке.

На практике многие дефекты и отказы продукции происходят по причине отклонения выходных параметров (откликов) продукции от установленного номинального значения или рассеяния относительно него при изменении условий эксплуатации и износе, то есть в условиях шума. Вариабельность отклика продукции из-за воздействия шума можно использовать в качестве меры робастности, поскольку рыночные потери увеличиваются пропорционально величине вариабельности отклика продукции. Отношение сигнал/шум, соответствующее обратной величине вариабельности, - хороший показатель робастности. Другими словами, чем выше отношение сигнал/шум, тем меньше рыночные потери.

План эксперимента при параметрическом проектировании формируется путем прямого умножения элементов внутренней и внешней таблиц. Управляемые факторы располагаются во внутренней таблице, а факторы сигнала и шума - во внешней. При использовании плана прямого произведения можно оценить все взаимодействия первого уровня между управляемыми факторами шума и использовать их при выборе оптимальных уровней управляемых факторов на основе робастности.

Оценивание робастности через отношение сигнал/шум - это основа параметрического проектирования. Внешняя таблица служит для оценивания отношения сигнал/шум робастности для каждой комбинации уровней управляемых факторов, включенных во внутреннюю таблицу. Внутренняя таблица используется для сравнения отношений сигнал/шум и выбора оптимальной комбинации параметров проекта системы. При построении эффективного плана для внутренней таблицы рекомендуется применять ортогональный план , и, следовательно, только такой вид плана рассматривается в настоящем стандарте. Примеры применения иных конфигураций планов эксперимента можно найти в библиографии (см. [1]-[7]). Более подробное обсуждение внутренних таблиц и ортогональных планов можно найти в справочных ссылках.

Робастное параметрическое проектирование и настоящий стандарт непосредственно направлены на снижение потерь на этапе эксплуатации продукции. Также возможны исследования потерь и на других стадиях жизненного цикла продукции, так что результаты параметрического проектирования можно применять для принятия оптимальных решений на всех стадиях жизненного цикла продукции.

     1 Область применения

Настоящий стандарт является руководством по применению оптимизационного метода робастного параметрического проектирования (параметрического проектирования) - эффективной методологии, основанной на методах Тагути, предназначенной для разработки робастной продукции.

В настоящем стандарте в качестве меры робастности рассмотрено отношение сигнал/шум (далее - отношение SN), а процедуры параметрического проектирования направлены на разработку робастной продукции на основании его значения. Слово "робастный" в настоящем стандарте означает минимальную вариабельность функции продукции при вариации факторов шума, то есть нечувствительность функции продукции к изменениям уровней факторов шума. Для робастной продукции ее выходные параметры (далее - отклики) чувствительны к сигналам и нечувствительны к шуму.

Подход настоящего стандарта применим к любой продукции, которую проектируют и изготавливают, включая станки, химикаты, электронику, пищевые продукты, потребительские товары, компьютерные программы, новые материалы и услуги. Промышленные технологии также рассматривают как продукцию, которая используется в производственных процессах.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 3534-1, Statistics - Vocabulary and symbols - Part 1: General statistical terms and terms used in probability (Статистика. Словарь и условные обозначения. Часть 1. Общие статистические термины и термины, используемые в теории вероятностей)

ISO 3534-3, Statistics - Vocabulary and symbols - Part 3: Design of experiments (Статистика. Словарь и условные обозначения. Часть 3. Планирование эксперимента)

     3 Термины, определения и обозначения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 3534-1 и ИСО 3534-3, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 функция (function): Действия, которые выполняет система для достижения своей цели.

Примечание - Функция может быть представлена в форме математической зависимости входов и выходов.

3.1.2 робастность (robustness): Степень малости вариабельности функции системы при варьировании факторов шума.

Примечание - Эффективность работы системы может быть оценена с помощью робастности. Отношение SN является количественной мерой робастности.

3.1.3 отношение сигнал/шум, отношение SN (signal-to-noise ratio, SN ratio): Отношение полезных эффектов к эффектам вредных факторов в вариациях отклика.

Примечание 1 - Отношение SN обычно выражается в децибелах (дБ). Это обозначение обычно используют вместо dB при измерении робастности.

Примечание 2 - Антилогарифм отношения SN - действительное число, которое обратно мере вариации, такой как дисперсия или коэффициент вариации, и обратно пропорционально денежным потерям.

Примечание 3 - Перемены в отклике, обусловленные существенными переменами значения входного сигнала, - это полезный эффект. В случае, когда идеальная функция проходит через нулевую точку, угол наклона прямой, проходящей через ноль, служит характеристикой полезного эффекта.

Примечание 4 - Перемены в отклике, обусловленные факторами шума, - это вредный эффект. Примеры - эффекты факторов шума и отклонения от идеальной функции.

Примечание 5 - Отношение SN должно содержать вариабельность факторов шума и отклонения от идеальной функции в нормальных условиях эксплуатации.

3.1.4 чувствительность (sensitivity): Значение изменения отклика, вызванное единичным изменением входной величины.

Примечание 1 - Чувствительность обычно выражают в децибелах (дБ).

Примечание 2 - При исследовании динамических характеристик чувствительность оценивают по значению линейного коэффициента, определяемого при изменении входного сигнала, , где - константа пропорциональности.

Примечание 3 - Для отклика вида "номинал - лучше всего" чувствительность показывает значение , где - среднее арифметическое откликов.

3.1.5 шум (noise): Фактор, который нарушает функцию системы.

Примечание 1 - Любой фактор в условиях эксплуатации - это сигнал либо шум.

Примечание 2 - Шум подразделяют на внутренний шум и внешний шум. Их иногда называют шумом изготовления и шумом использования соответственно. Изменения внутреннего состояния системы или ее части во времени, такие как ухудшение работы, старение, износ и производственные вариации, - это примеры внутреннего шума. Условия эксплуатации и окружающая среда продукции - примеры внешнего шума.

3.1.6 сигнал (signal): Входной фактор (входная переменная) системы, который пользователь намеренно изменяет для получения ожидаемого отклика в отношении вход-выход.

Примечание 1 - Для условий пользователя все факторы - это либо сигнал, либо шум.

Примечание 2 - Выделяют два вида сигналов: активные и пассивные. Активные сигналы пользователь изменяет, чтобы достичь желаемого отклика, например изменяет поворот руля, чтобы изменить направление движения автомобиля. Пассивный сигнал используется для информирования пользователя о значении входной величины при наблюдаемом отклике, например температура в тепловых измерениях. В обоих случаях выход изменяется при варьировании сигнала, но при активном сигнале пользователь может получить желаемое значение отклика, а при пассивном сигнале - только узнать его значение.

3.1.7 динамические характеристики (dynamic characteristics): Отклик, который имеет множество идеальных целевых значений, зависящих от значений некоторого сигнала.

Примечание - Отношение между динамическими характеристиками и сигналом можно представить в виде функциональной зависимости между входом и выходом. Во многих случаях выход функции системы - это динамическая характеристика.

3.1.8 статические характеристики, нединамические характеристики (static characteristics, nondynamic characteristics): Отклик, имеющий фиксированное значение.

Примечание - Статические характеристики можно разделить на три группы в зависимости от целевого значения; различают характеристики трех видов: "номинал - лучше всего", "чем меньше, тем лучше" и "чем больше, тем лучше", где целевое значение представляет собой конечное число, ноль и бесконечность соответственно.

3.1.9 внутренняя таблица (план) (inner array): План эксперимента, параметры которого рассматривают как управляемые факторы или как факторы-индикаторы.

Примечание 1 - Каждую комбинацию уровней факторов (опыт) оценивают на робастность с помощью отношения SN и чувствительности.

Примечание 2 - Для внутренней таблицы рекомендуются ортогональные планы, поскольку многие параметры плана в одной серии экспериментов можно рассматривать как управляемые факторы.

Примечание 3 - Факторы, включенные в эксперимент, следует различать по их роли в параметрическом планировании и в соответствии с этим размещать отдельно во внутренней или внешней таблицах. Управляемые факторы и факторы-индикаторы следует размещать во внутренней таблице.

3.1.10 внешняя таблица (план) (outer array): План эксперимента, в котором факторами служат условия эксплуатации, рассматриваемые как факторы шума или факторы сигнала при определении оценок отношения SN и чувствительности.

Примечание 1 - Любые факторы в условиях эксплуатации представляют собой либо сигнал, либо шум.

Примечание 2 - Факторы, включенные в эксперимент, следует различать по их роли в параметрическом планировании и в соответствии с этим размещать отдельно во внутренней или внешней таблицах. Факторы шума и факторы сигнала следует размещать во внешней таблице.

3.2 Обозначения

- число степеней свободы;

- число уровней фактора сигнала;

- линейная форма;

- линейная форма для уровня ;