Proizvodna metrologija i kvalitet se kao stručna i naučna disciplina na Katedri za proizvodno mašinstvo razvijaju više od 40 godina. Prvi univerzitetski udžbenik iz ove oblasti je bio: prof. dr Pavle Stanković, Merenje i kontrola, Beograd, 1952. god.
Laboratorija za proizvodnu metrologiju i menadžment totalnim kvalitetom je otvorena 4.4.1988. godine, povodom proslave 125 godina Univerziteta u Beogradu. Istovremeno je u okviru nje uspostavljen i zajednički Demo centar: MF-KOMEG-Mašinokomerc.
Kao jedna od sedam laboratorija Instituta za proizvodno mašinstvo i CIM, u navedenom periodu, ona raspolaže ili je raspolagala sledećom opremom: (i) metrološkim sistemima prethodnih generacija (univerzalni alatni mikroskop, uređaj za merenje hrapavosti i drugi), (ii) NUMM UMC-850 sa odgovarajućom softverskom podrškom, i (iii) više PC stanica za off-line programiranje NUMM i geometrijsko modeliranje i razvoj softvera za sistem menadžmenta kvalitetom.
Softver sa kojim Laboratorija raspolaže obuhvata: UMESS (inspekcija tolerancija dužina, uglova i položaja, KUM (inspekcija krivih linija i površina), GON (inspekcija cilindričnih zupčanika sa pravim i kosim zubima), RAM (inspekcija zupčanika sa zavojnim zubima), NOM (inspekcija bregastih osovina), SAM (statističke analize i sinteze), MFT (off-line programiranje MM). U okviru istraživanja koristi se i licencirani Pro/Engineer softver, a posebno njegov CMM modul. Takođe se koristi softver SQC (Statistical Quality Control), VP-Expert (shell za ekspertne sisteme), kao i sopstveno razvijeni softver za: SPC, Taguči metod, geometrijsko modeliranje krivih linija i površina i softver za bazu znanja za ekspertni sistem za inspekciju, zatim softver za samoocenjivanje po TQM-VM modelu za poslovnu izvrsnost, softver za ocenjivanje organizacija prema evropskom TQM modelu za mala i srednja preduzeća, softver za ocenjivanje sposobnosti procesa, ekspertni sistem za inteligentno planiranje inspekcije i slično.
U periodu 1990-2004. godine, istraživački tim Laboratorije, uz pomoć industrije i fondova za nauku (republički i savezni), radi na sledećim projektima: (i) elementi konkurentnog inženjerstva za tehnološke sisteme, (ii) istraživanje parametara obradljivosti za obradu velikim brzinama, (iii) ultraprecizna obrada, (iv) sistem totalnog upravljanja kvalitetom, (v) razvoj metoda za on-line identifikaciju obradnih procesa, (vi) razvoj inženjerskih komponenti softvera za sistem kvaliteta u CIM okruženju, (vii) razvoj nacionalnog TQM modela, (viii) razvoj softvera za samoocenjivanje preduzeća prema TQM-VM modelu, (ix) QMS u M/S preduzećima, (x) razvoj inteligentnog modela menadžmenta kvalitetom, (xi) integrisani menadžment sistem i (xii) digitalna fabrika. Ukupan broj projekata, uključujući i one za industriju u navedenom periodu prelazi broj 100.
Takođe se za potrebe korisnika iz privrede drže seminari za obrazovanje menadžmenta i stručnjaka za uvođenje sistema menadžmenta kvalitetom. U okviru Demo-centra bio je uspostavljen i Klub korisnika KOMEG-ove opreme u Jugoslaviji.
Od otvaranja Laboratorije, održano je nekoliko međunarodnih skupova: Fleksibilna automatizacija u proizvodnoj metrologiji (1988. god.) i Computer Integrated Quality Systems (1989. god.), dve međunarodne radne konferencije TQM – Advanced and Intelligent Approaches (2001. i 2003. god.), kao i 11. međunarodni CIRP seminar „Life Cycle Engineering – Product Life Cycle – Quality Management Issues” (2004. god.). Naredne godine (2005.), planira se održavanje Treće međunarodne konferencije TQM – Advanced and Intelligent Approaches.
U periodu od otvaranja laboratorije, njeni istraživači su publikovali: preko 260 radova na domaćim skupovima, preko 130 radova u inostranstvu, 33 knjige, monografije i priručnika.
Dosadašnji istraživački rad Laboratorije može se podeliti u nekoliko etapa:
· 1990-1995. Sistem kvaliteta vođen podacima,
· 1996-2000. Razvoj nacionalnog modela za menadžment totalnim kvalitetom,
· 2001-2004. Razvoj integrisanih menadžment sistema, razvoj ekspertnog sistema za inteligentni menadžment kvalitetom ...
· 2005- ... Digitalna fabrika, razvoj softvera za IMS
Period 1990-1995. – Sistem kvaliteta vođen podacima
Istraživački program Laboratorije je, za period 1990-1995. godine, bio je zasnovan na sledećoj paradigmi: SISTEM KVALITETA VOĐEN PODACIMA.
Na osnovu nje, ukupni istraživački program obuhvatao je tri celine: (i) TQM modeliranje – projektovanje, razvoj i uvođenje modela i softvera za sistem kvaliteta, kao osnove za TQM, (ii) CAI model – integracija geometrijskog modeliranja i inspekcije, i (iii) ekspertni sistem za kvalitet – razvoj inteligentnog softvera za projektovanje za kvalitet.
Prva istraživačka celina odnosila se pre svega na razvoj inženjerskih softver-proizvoda za podršku modelu sistema kvaliteta definisanog standardom JUS ISO 9000:1994.
Model razvoj CAQ modula, u okviru koncepta CIM, prikazan je na slici 1.
Slika 1: CIM - CAQ model sistema kvaliteta.
U Laboratoriji je razvijen i praktično primenjen veliki broj softver proizvoda za: tehnike inženjerstva kvaliteta, SPC, CAI, CAIP, kao podrška sistemu kvaliteta – ISO 9000.
Druga istraživačka celina se odnosila na primenu koncepta konkurentnog inženjerstva u TQM modelu, na bazi geometrijskog modeliranja za kvalitet, kroz prilaze: projektovanje za kvalitet, model tolerancija i planiranje za kvalitet. Primeri istraživanja iz ove oblasti su dati na slikama 2a, 2b i 2c.
Na slici 2a je prikazan geometrijski model aksijalnog kola dobijen pomoću softvera AutoCAD, kao i sopstvenim razvojem.
Slika 2a: CAD model aksijalnog kola.
Iz ovako dobijenog CAD modela, generisane su lopatice kao složene prostorne površine, generisane kao spline linije i površine, slika 2b.
Najzad, koristeći NDF/DXF datoteke, izvršena je inspekcija svake lopatice aksijalnog kola u pet preseka. Rezultati inspekcije na NUMM UMC-850 su prikazani na slici 2c.
Na ovaj način realizovan je pilot „model” CIM-a za inspekciju na NUMM UMC-850.
Treća istraživačka celina se odnosila se na razvoj nove generacije softvera za kvalitet – ekspertnih sistema. Kao primer, ovde se navodi sadržaj baze znanja ekspertnog sistema za koncepcijsko projektovanje plana inspekcije za NUMM, slika 3.
Ovaj primer se odnosi na tolerancije dužina, oblika i položaja.
Rezultat ovog istraživanja je inteligentni interfejs između CAD sistema i NUMM, definisanog CAI modelom.
1996-2000. – Razvoj nacionalnog modela za menadžment totalnim kvalitetom
Unapređenje kvaliteta je imperativ vremena u celom svetu. Standardi sistema kvaliteta ISO 9000 i menadžment totalnim kvalitetom (TQM) su dva osnovna modela za unapređenje kvaliteta, koja se danas široko primenjuju u svetu. U našoj zemlji je prvi prilaz dominantno zastupljen, dok je primena TQM-a sasvim na početku.
Jugoslovenski TQM model, je proistekao iz istraživanja na projektu: „Razvoj jugoslovenskog modela TQM”, koji se izvodi u periodu 1998-2000. godina, a koji je podržalo Ministarstvo za nauku i tehnologiju Republike Srbije. Baza za ova istraživanja je bila stanje razvoja TQM modela u svetu kao i dostignuti nivo unapređenja kvaliteta u našoj zemlji. Na osnovu ovih činjenica, projektovan je TQM-VM model, čije su osnovne karakteristike sledeće:
· po svojim ključnim osobenostima je najbliži novom EFQM modelu za poslovnu izvrsnost, što našim organizacijama, koje ga primenjuju, daje šansu za učestvovanje u nadmetanju za ovu evropsku nagradu,
· on je tako projektovan i razvijen da se može koristiti i kao slog za samoocenjivanje, što organizacijama daje priliku za kontinualna unapređenja kvaliteta proizvoda, što je osnovna intencija modela, i
· on je okrenut postizanju izvrsnih performansi poslovanja, ali na bazi kvaliteta proizvoda, što omogućava i podizanje nivoa konkurentnosti naše zemlje.
Slika 4: Struktura TQM-VM modela.
Na ovaj način je i u našoj zemlji stvoren konzistentan model poslovne izvršnosti na bazi TQM modela, koji se može praktično primenjivati, a koji respektuje sve relevantne činjenice našeg privrednog ambijenta.
Kao podrška ovom modelu, u okviru istog projekta, projektovan je i softver za samoocenjivanje po modelu TQM-VM. Mogućnost samoocenjivanja organizacija je najvažnija karakteristika nove generacije TQM modela. Postupak samoocenjivanja može biti dug i zamoran, zbog velikog broja pitanja i mnoštva činjenica koje treba istovremeno držati u glavi. Ideja projektovanja ovog softvera je da se čitav taj posao kompjuterizuje, kako bi se korisniku pomoglo da, tokom ocenjivanja, sve potrebne podatke ima na jednom mestu.
Projektovani softver ima sledeće karakteristike:
· pruža korisniku sve potrebne informacije o strukturi i zahtevima TQM VM modela,
· ukazuje korisniku na to koje preventivne mere treba da preduzme da bi njegova organizacija postigla poslovnu izvrsnost,
· omogućava korisniku samoocenjivanje prema pitanjima definisanim u TQM VM modelu i da na osnovu odgovora na pitanja generiše odgovarajući izveštaj o ostvarenom nivou upravljanja kvalitetom u organizaciji, u numeričkom i grafičkom obliku i
· na osnovu postignutog nivoa kvaliteta, određenog samoocenjivanjem, generiše adekvatne korektivne mere, koje će pomoći organizaciji da unapredi odgovarajuće aspekte svog poslovanja
Slika 5a: Osnovni prozor (prvi nivo) softvera – nivo kriterijuma.
Slika 5b: Drugi nivo softvera.
Slika 5c: Forma sa pitanjima za samoocenjivanje.
Slika 5d: Preventivne mere.
Slika 5e: Korektivne mere.
Slika 5f: Neki od izveštaja nakon izvršenog ocenjivanja.
2001-2004. – Razvoj integrisanih menadžment sistema, razvoj ekspertnog sistema za inteligentni menadžment kvalitetom ...
Sistem za inteligentno planiranje inspekcije predstavlja modul RTS koji je hardversko-softverska podrška za NUMM. Njegova osnovna funkcija, slika 6, u RTS-u je: (i) virtuelno projektovanje i planiranje inspekcije delova, (ii) generisanje inteligentnih metroloških baza podataka, i (iii) obezbeđenje QMS zapisa o metrološkoj identifikaciji delova.
Slika 6: Konfiguracija jedne NUMM kao metrološke ćelije za RTS.
NUMM ostaje osnovna jedinica fleksibilne automatizacije metroloških procesa, ali se njena uloga menja u skladu sa povećanim zahtevima koji se postavljaju pred CAI sistem, koji sada postaje sistem za inteligentno planiranje inspekcije. Ti zahtevi se odnose na sledeće: (i) obezbediti prepoznavanje geometrijskih i metroloških primitiva na osnovu CAD dokumentacije, i (ii) automatsko definisanje koordinatnih sistema, NUMM, senzora i dela, kao i plana inspekcije na osnovu prepoznatih geometrijskih primitiva. Kao jedan od najvažnijih podsistema, za uspešno izvođenje ovog složenog zadatka, potrebno je projektovati efikasan ekspertni sistem za inspekciju.
Struktura sistema za inteligentno planiranje inspekcije data je slikom. Ovaj sistem, čine sledeći osnovni moduli: (i) procesor neutralnog formata za inteligentni ES za inspekciju, čiji ulaz predstavlja CAD dokument mernog predmeta, projektovan u CATIA ili ProE programu i koji ima zadatak da generiše STEP fajl na osnovu unetog CAD fajla (ovaj modul je deo standardnih CAD/CAM paketa), (ii) baza znanja koja sadrži podatke o različitim mernim predmetima i načinima njihovog dekomponovanja na metrološke primitive, (iii) mehanizam za zaključivanje, koji ima ulogu da u strukturi STEP fajla prepozna metrološke primitive koji se mogu upariti sa odgovarajućim metrološkim primitivima iz baze znanja, da izvrši njihovu dekompoziciju na geometrijske primitive, da prepozna poziciju i orijentaciju dela i da definiše logičan koncepcijski plan inspekcije analiziranog mernog predmeta na odgovarajućoj NUMM, (iv) modul za učenje, koji korišćenjem različitih tehnika veštačke inteligencije treba da vrši akviziciju novog znanja i formiranje novih pravila na osnovu prethodnih eksperimentalnih rezultata, (v) modul za objašnjenje linije zaključivanja, koji na zahtev korisnika opisuje proces zaključivanja i (vi) procesor neutralnog formata za on-line programiranje NUMM, koji treba da generiše program inspekcije na NUMM u neutralnom formatu (DMIS, NDF, VDA), kao ulaz u upravljačku jedinicu NUMM. Moduli (ii), (iii) i (iv) čine inteligentni ekspertni sistem za inspekciju (IESI).
Slika 7: Struktura sistema za IPI sa inteligentnim ES za inspekciju.
Ranija istraživanja na ovom polju dala su razvijene module (ii) i (iii), kao deo ekspertnog sistema za inspekciju EXINS, što je verifikovano brojnim referencama (videti referenc-listu prof. dr Vidosava Majstorovića. Razvoj ostalih modula je u toku i sprovodi se u okviru projekta tehnološkog razvoja Ministarstva za nauku, tehnologije i razvoj Republike Srbije, pod nazivom „Razvoj modela inteligentnog menadžmenta kvalitetom”.
Najvažniji deo sistema za inteligentno planiranje inspekcije čini inteligentni ekspertni sistem za inspekciju. Okruženje za razvoj ovog sistema predstavlja MS Windows ProENGINEER/Catia i Prolog/Rex.
IESI čine baza znanja, mehanizam za zaključivanje i modul za učenje.
Slika 8: Graf baze znanja.
Slika 9: Deo grafa znanja za generisanje nominalnih podataka za NUMM.
Slika 10: Model integrisanog učenja za IESI.
Slika 11: Ogledni deo.
#050 = SHAPE_ASPECT (‘otvor2’, ‘ ‘, $, .F.);
#100 = SI_UNIT (, .MILLI., .METRE.);
#150 = DATUM (‘otvor1‘, ‘primary’, $, , ‘ D ‘);
#200 = DATUM_REFERENCE (#150, 1);
#250 = MEASURE_WITH_UNIT (LENGTH_MEASURE (0.06), #100);
#300 = MEASURE_WITH_UNIT (LENGTH_MEASURE (0.1), #100);
#350 = SIMPLE_TOLERANCE_ZONE (‘Tolerancijsko polje je ograničeno sa dva koncentrična kruga koji formiraju prsten debljine t’);
#400 = SIMPLE_TOLERANCE_ZONE (‘Tolerancijsko polje je ograničeno krugom prečnika t’);
#450 = TOLERANCE_ZONE (#350);
#500 = TOLERANCE_ZONE (#400);
#550 = TOLERANCE_ELEMENT (#250, #050, #450);
#600 = TOLERANCE_ELEMENT (#300, #050, #500);
#650 = GEOMETRIC_TOLERANCE_WITH_DATUM_REFERENCE (‘position_tolerance’, #600, (#200));
#700 = GEOMETRIC_TOLERANCE (‘circularity_tolerance’, #550);
#750 = SHAPE_ASPECT (‘datumA’, ‘’, $, .F.);
#800 = SHAPE_ASPECT (‘datumB’, ‘’, $, .F.);
#850 = SHAPE_ASPECT (‘datumC’, ‘’, $, .F.);
#900 = DATUM_REFERENCE_FRAME (‘A_DRF1’, $, (#750, #800, #850));
Slika 12: Primer tekstualnog koda u neutralnom formatu.
Oblast CAD/CAI integracije i ekspertnih sistema za inspekciju još uvek ostavlja širok prostor za nove istraživačke napore, jer je kompleksnost samog problema inspekcije i činjenica da njeni rezultati znatno zavise od prethodnih faza u proizvodnji nekog dela uticala da veze metroloških i drugih podsistema u računarski integrisanim tehnološkim sistemima još uvek ne omogućavaju potpunu automatizaciju tehnološkog procesa. Ipak, razvoj standarda za razmenu informacija na nivou čitavog proizvodno-poslovnog sistema, omogućiće, u bliskoj budućnosti, potpuno rešenje ovog složenog zadatka.
Uvođenjem kibernetskih sistema za prepoznavanje dela, njegove pozicije i orijentacije u radnom prostoru NUMM uz potpunu robotizaciju manipulacije radnim delovima zaokružuje se u potpunosti definisanje podsistema za inteligentno planiranje inspekcije u RTS.
Laboratorija za proizvodnu metrologiju i TQM ima višegodišnje iskustvo u istraživanjima ekspertnih sistema za kvalitet, a projekat inteligentnog sistema za menadžment kvalitetom predstavlja nadgradnju dosad dobijenih rezultata.
