ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 658.5:629.7
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-4-156-167
Аннотация
С каждым годом такие известные производители авиакосмической техники, как SpaceX, Boeing, Airbus, United Launch Alliance, Rocket Lab и др., в конструкциях своих изделий наращивают количество деталей и узлов, получаемых различными технологиями аддитивного производства. Вместе с тем отечественные производители авиакосмической техники еще на этапе 3D-печати первых опытных образцов деталей и узлов столкнулись с различного рода отклонениями (дефектами, неудовлетворительными геометрическими параметрами) вплоть до разрушения конструкций на этапе испытаний и эксплуатации. Инженерно-практический опыт показал, что источники отклонений напечатанных деталей и узлов авиакосмической техники могут быть как на этапах проектирования и изготовления (предпечатной подготовки и 3D-печати), так и на последующих этапах испытания и эксплуатации. Для решения описанной проблемы возникла необходимость разработать новую структурно-функциональную модель обеспечения качества авиакосмической техники в условиях аддитивного производства, которая обеспечит выполнение сквозного развертывания требований и качества системы проектирования, изготовления, испытания и эксплуатации изделий. Авторами предложена структурно-функциональная модель обеспечения качества авиакосмической техники в условиях аддитивного производства на базе подходов робастного проектирования (QFD, FMEA, MSA, планирование экспериментов по методу Тагути), математических моделей и конструкторско-технологических подходов обеспечения качества, основанных на применении статистических методов и экспериментальных исследований, в соответствии со стандартами авиакосмической отрасли. По предварительным прогнозам, внедрение предложенной модели позволит отечественным производителям авиакосмической техники сократить количество напечатанных дефектных деталей и узлов на 40-45% и сократить сроки разработки на 20-30% за счет сквозного развертывания требований и качества.
Ключевые слова
авиакосмическая техника, аддитивное производство, качество, структурно-функциональная модель, робастное проектирование, конструкторско-технологические подходы, математическая модель
Для цитирования
Антипов Д.В., Загидуллин Р.С. Структурно-функциональная модель обеспечения качества авиакосмической техники в условиях аддитивного производства // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №4. С. 156-167. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-4-156-167
1. ГОСТ Р 59037-2020. Аддитивные технологии. Конструирование металлических изделий. Руководящие принципы. М.: Стандартинформ, 2020. 11 с.
2. Additive manufacturing of structural materials / L. Guo, Z. Xiaofeng, C. Xuliang and others // Materials Science and Engineering: Reports. 2021, vol. 145, 67 p. doI: https://doi.org/10.1016/j.mser.2020.100596/.
3. Malfitano B. Evaluation and implementation of additive manufacturing technologies for structural applications // Proceedings of the International Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF2017) and Structural Integrity 36th Conference & 29th Symposium. 2017. С.1154-1155.
4. Евтодьева М.Г. Аддитивное производство и дополненная реальность как новые производственные технологии в авиационной отрасли // Вестник МГИМО-Университета. 2020. № 13(5). С. 307-330.
5. Кулик В.И., Нилов А.С. Аддитивные технологии в производстве изделий авиационной и ракетно-космической техники: учеб. пособие. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2018. 160 с.
6. Sung W., Sivagaminathan B., Stupples D. Composites Additive Manufacturing for Space Applications: A Review. Materials. 2022, vol. 15(13), 4709. DOI: 10.3390/ma15134709.
7. Optimization of FDM process parameters for tensile properties of polylactic acid specimens using Taguchi design of experiment method / Heidari-Rarani M., Ezati N., Sadeghi P., Badrossamay M. // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2022, vol. 5(12), pp. 2435-2452. DOI:10.1177/0892705720964560.
8. Kam M., Ipekci A., Sengul O. Investigation of the effect of FDM process parameters on mechanical properties of 3D printed PA12 samples using Taguchi method // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2021, vol. 36, issue 1, pp. 307-325. DOI:10.1177/08927057211006459.
9. Vishal W., Darshit J., Akshata J., Experimental investigation of FDM process parameters using Taguchi analysis / C. Rakesh // Materials Today: Proceedings. 2020, vol. 27, part 3, pp. 2117-2120. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.09.078.
10. Buranska E., Meszaros D. Risk analysis of the 3D printer // Proceedings of 10th International Conference, Bratislava. 2020, pp. 35-42
11. Andreasson J., Fredriksson J. The construction of a shredder for discarded PLA: A machine construction // Independent thesis, Malardalen University, School of Innovation, Design and Engineering. 2022. Access at: https://www.divaportal.org/smash/record.jsf?dswid=1977&pid=diva2%3A1636704 (Accessed October 10, 2025).
12. Study of the Technical Feasibility and Design of a Mini Head Screw Extruder Applied to Filament Deposition in Desktop 3-D Printer / Zilda C.S., Matheus S.F., Paulo I.N., Jorge S. // Key Engineering Materials. 2014, vol. 572, pp. 151-154. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.572.151.
13. Efrain Rodriguez E., Alvares A., Jaimes C. Conceptual design and dimensional optimization of the linear delta robot with single legs for additive manufacturing // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 2019, vol. 233, issue 7, pp. 443-450. DOI:10.1177/0015732515680408.
14. Developing an open source, inexpensive, large-scale polar configuration 3D printer / Deshpande S.P., Kulkarni S., Shah S., Irwin J. // International journal of engineering research and innovation. 2019, vol. 11, no. 1, pp. 13-22.
15. Patel P.K. Overview of 3D-printing Technology: History, Types, Applications and Materials // Additive Manufacturing with Medical Applications. 2022, pp. 243-264.
16. ГОСТ Р ИСО 9001-2015. Системы менеджмента качества. Требования. М.: Стандартинформ, 2015. 32 с.
17. Управление процессами системы менеджмента качества на предприятиях машиностроения: учеб. пособие / В.А. Барвинок, Ю.С. Клочков, В.П. Самохвалов и др.; под общ. ред. чл.-кор. РАН, д-ра техн. наук, проф. В.А. Барвинка. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2012. 380 с.
18. ГОСТ 2.103-2013. Единая система конструкторской документации. Стадии разработки. М.: Стандартинформ, 2019. 10 с.
19. Каталог документов NormaCS. URL: https://www.normacs.ru/Doclist (дата обращения: 07.05.2025).
20. Дмитриев А.Я., Вашуков Ю.А., Митрошкина Т.А. Робастное проектирование и технологическая подготовка производства изделий авиационной техники: учеб. пособие. Самара: Изд-во СГАУ, 2016. 76 с.
21. Dmitriev A., Mitroshkina T. Improving the efficiency of aviation products design based on international standards and robust approaches // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019, vol. 476, 012009. DOI: 10.1088/1757-899X/476/1/012009.
22. Dmitriev A., Mitroshkina T., Rogachev G. Structural and parametric analysis of robust design quality of complex technical systems // ITM WEB OF CONFERENCES. 2017, vol. 10, 01001. DOI: 10.1051/itmconf/20171001001.
23. ГОСТ Р ИСО 16336-2020. Статистические методы. Применение к новым технологиям и процессу разработки продукции. Робастное параметрическое проектирование (RPD). М.: Стандартинформ, 2020. 70 с.
24. Загидуллин Р.С., Жуков В.Д., Родионов Н.В. Экспериментальное исследование и способ повышения качества FDM 3D-печати за счет нивелирования вариабельности диаметра прутка филамента // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 5. С. 265-271.
25. Чабаненко А.В. Обеспечение качества аддитивного производства посредством моделирования процессов печати // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 4. С. 33-39.
26. Чабаненко А.В. Модель подачи полимера в процессе послойного синтеза // XXVI Международная научная конференция «Волновая электроника и инфокоммуникационные системы»: сб. ст. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения, 2023. Т. 3. С. 198-202.
27. Чабаненко А.В. Моделирование механического поведения стохастически армированных композиционных материалов аддитивного производства // Всероссийская научная конференция «Моделирование и ситуационное управление качеством сложных систем»: сб. докл. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения, 2024. С. 226-230.
28. ГОСТ Р 57586 – 2017. Изделия, полученные методом аддитивных технологических процессов. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2019. 8 с.
29. Антипов Д.В., Загидуллин Р.С. Разработка классификации полимерных и композиционных материалов для изготовления авиакосмической техники в условиях аддитивного производства // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2025. Т. 27. № 1 (123). С. 12-23.
30. Загидуллин Р.С. Совершенствование модели обеспечения качества проектирования и изготовления деталей и узлов аэрокосмических конструкций из полимерных композиционных материалов в условиях аддитивного производства: дис. … канд. техн. наук. Самара, 2023. 174 с.
31. Zagidullin R.S., Zezin N.I., Rodionov N.V. Improving the quality of FDM 3D printing of UAV and aircraft parts and assemblies by parametric software changes // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021, vol. 1027, 012031. DOI:10.1088/1757-899X/1027/1/012031.
32. Zagidullin R.S., Antipov D.V., Dmitriev A.Ya. and others Development of a methodology for eliminating failures of an FDM 3D printer using a “failure tree” and FMEA analysis // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1925, 012085. DOI: 10.1088/1742-6596/1925/1/012085.
33. Чабаненко А.В. Автоматическое распознавание дефектов с использованием компьютерного зрения // XXVI Международная научная конференция «Волновая электроника и инфокоммуникационные системы»: сб. ст. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения, 2023. Т. 3. С. 314-317.
34. Six-Sigma Quality Management of Additive Manufacturing / H. Yang, R. Prahalad, S. Timothy and others // Proceedings of the IEEE. 2021, vol. 109, no. 4, pp. 347-376. DOI: 10.1109/JPROC.2020.3034519.
35. Advanced Quality Assurance of Additive Manufacturing Through Computed Tomography / M. Jałowiec, E. Walcher, O. Bodur // Industrial Engineering in the Industry 4.0 Era. ISPR 2023. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2024, 176-199. DOI: 10.1007/978-3-031-53991-6_14.
36. Хомяков Н.В. Концепция виртуального контроля качества деталей при аддитивном производстве на основе цифрового двойника // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. № 2. С. 163-169. doi: 10.18503/1995-2732-2024-22-2-163-169.
37. Чабаненко А.В. Модели и методики обеспечения качества корпусных элементов, выполненных по аддитивным технологиям: автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2019. 18 с.