CC BY
40
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esj.today 2018, №6, Том 10 / 2018, No 6, Vol 10 https://esj.today/issue-6-2018.html URL статьи: https://esj.today/PDF/56SAVN618.pdf Статья поступила в редакцию 18.12.2018; опубликована 14.02.2019 Ссылка для цитирования этой статьи:
Ермакова Ю.С., Серебряная И.А., Матросов А.А., Серебряная Д.С. Методы и средства управления качеством при производстве кирпича керамического // Вестник Евразийской науки, 2018 №6, https://esj.today/PDF/56SAVN618.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Ermakova Ju.S., Serebryanaya I.A., Matrosov A.A., Serebryanaya D.S. (2018). Methods and means of quality management in the production of ceramic bricks. The Eurasian Scientific Journal, [online] 6(10). Available at: https ://esj. today/PDF/56SAVN618.pdf (in Russian)
УДК 691 ГРНТИ 67.01. 37
Ермакова Юлия Сергеевна
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», Ростов-на-Дону, Россия
Магистр
E-mail: [email protected]
Серебряная Ирина Анатольевна
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», Ростов-на-Дону, Россия
Кандидат технических наук, доцент E-mail: [email protected]
Матросов Андрей Анатольевич
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», Ростов-на-Дону, Россия
Кандидат физико-математических наук, доцент E-mail: [email protected]
Серебряная Дарья Сергеевна
ФГБОУ ВО «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ»
Южно-Российский институт управления, Ростов-на-Дону, Россия
Студент
E-mail: [email protected]
Методы и средства управления качеством при производстве кирпича керамического
Аннотация. Задачей любой организации является контроль качества и установление единых требований к проведению контроля продукции. Этот контроль необходимо выполнять в процессе всего производства для предотвращения непреднамеренного использования и поставки несоответствующей продукции потребителю.
Требования современных стандартов распространяются на организацию и осуществление контроля продукции во всех цехах предприятия и на всех этапах производства, начиная с входного контроля применяемых материалов и комплектующих и заканчивая отправкой готовой продукции со склада.
Существующие методы используются в основном либо для контроля за технологическим процессом производства, либо при проведении приемочного контроля. В данной статье предложено использовать статистический метод для анализа измерительных и
контрольных процессов, используемых как в технологическом процессе, так и при приемочном контроле. Актуальность применения анализа измерительных систем (Measurement System Analysis) на предприятии обусловлена необходимостью повышения удовлетворенности потребителей за счет повышения качества выпускаемой продукции.
В данной работе авторами дана оценка возможности применения анализа измерительной системы на предприятии строительной промышленности. Анализ измерительной системы был выполнен следующими методами: дисперсии; размахов; средних и размахов. Проведен ряд экспериментов для измерительной системы применительно к контролю качества керамического кирпича. Разработанные авторами электронные формы отчета позволяют автоматически определять приемлемость, сходимость и воспроизводимость измерительной системы. Электронные таблицы дополнены макросами и корректирующими мероприятиями. Для определения стабильности авторами построены контрольные карты средних и размахов. Данная работа носит универсальный характер, поэтому используемая методика может быть применена на любой стадии контроля качества при производстве строительных материалов.
Ключевые слова: измерительная система; измерительный процесс; стабильность; метод средних и размахов; сходимость; воспроизводимость; дисперсионный анализ; метод размахов; смещение; пригодность
Одной из важнейших проблем для российских предприятий, в том числе строительной отрасли, является разработка и внедрение системы качества на соответствие ИСО 9000, позволяющей выпускать конкурентоспособную продукцию. Система менеджмента качества предполагает активное использование статистических методов контроля. В данной работе оценена возможность применения статических методов на производстве по выпуску кирпича керамического. Такие методы используют на производстве либо для контроля за технологическим процессом, либо при проведении приемочного контроля [1]. В работе рассмотрен статистический метод анализа измерительных и контрольных систем, которые используются и при управлении технологическим процессом, и при приемочном контроле. Анализ измерительных систем (MSA) широко используется в СМК автомобилестроительной отрасли и является обязательным при внедрении требований стандартов: ISO 9001-2015 «Системы менеджмента качества. Требования» п. 8.2 «Мониторинг и измерение» [2].
Это весьма трудоемкий в исполнении метод, но он является наиболее предпочтительным, так как позволяет провести более точные расчеты. Основным условием выполнения метода анализа измерительных систем является то, что оператор, наверняка, не знает в какой конкретный момент он работает с определенным образцом1.
Ошибки измерительной системы делятся на две категории: точность и разброс. Точность характеризуется различием между измеренным и реальным значением. Разброс характеризуется изменчивостью, возникающей, когда вы измеряете деталь несколько раз тем же измерительным прибором. В любой измерительной системе присутствует одна или обе эти проблемы. Например, прибор может измерять детали с малым разбросом (небольшая изменчивость в измерениях), но не точно. Или прибор может быть точен (среднее значение измерений очень близко к реальному значению), но давать большой разброс (очень большое значение изменчивости измерений). Или прибор может быть и неточен, и давать большой разброс.
1 ГОСТ Р ИСО/ТУ 16949-2009 «Системы менеджмента качества. Особые требования по применению». Страница 2 из 10
56SAVN618
Под анализом приемлемости измерительного процесса понимают специально проводимые испытания в «идеальных» условиях. MSA позволяет оценить приемлемость измерительной системы (ИС), преобразуя ее характеристики в числовой формат. Измерительная система - совокупность средств измерения, объекта измерений, персонала, окружающей среды, участвующих в процессе измерений [3]. Пригодность измерительной системы - это оценка изменчивости системы измерений, которая занимает долгий период времени [4]. Метод средних и размахов - это метод, с помощью которого можно оценить сходимость и воспроизводимость измерительного процесса. При оценке пригодности измерительной системы изменчивость, возникающая вследствие взаимодействия оператора и образца, в дальнейших расчетах не учитывается [5]. Блок схема оценивания статистических параметров процессов измерения представлена на рисунке 12.
Проведение исследования проходило на предприятии по производству уникального полнотелого, импортозамещающего кирпича ручной формовки.
Одним из показателей назначения керамического кирпича являются линейные размеры3. В соответствии с ТУ 5741-003-55519628-2014 линейные размеры, такие как длина, ширина и толщина составляют соответственно 250, 120 и 65 мм с полем допуска 250±6, 120±5, 65±4 [6].
В качестве средства измерения была принята металлическая линейка - инструмент, используемый для измерений линейных размеров кирпича 4 . Была проведена серия экспериментов с участием операторов, которые на каждом керамическом кирпиче выполняли независимые измерения на каждом аттестуемом средстве измерений [7].
Рисунок 1. Оценивание статистических параметров процессов измерения
2 ГОСТ Р 51814.5-2005 Системы менеджмента качества в автомобилестроении. Анализ измерительных и контрольных процессов.
3 ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамический. Общие технические условия».
4 ГОСТ 427-75 «Линейки измерительные металлические. Технические условия».
Десять образцов кирпича ручной формовки отбирались случайным образом. Измерения проводились три раза. Расчеты для построения контрольной карты были произведены согласно рекомендациям. Результаты измерений обрабатывались в программе MS Excel. Устойчивость измерительной системы анализировалась с помощью контрольных карт на рисунках 2 и 3, разработанными авторами. В исследовании было проведено несколько циклов экспериментов [8].
Рисунок 2. Карта средних значений (разработано авторами)
Рисунок 3. Карта размаха (разработано авторами)
Анализируя контрольную карту средних значений, можно сделать вывод, что результаты измерений не превышают верхнего предела допуска [9]. Карта показывает, что процесс находится в состоянии статистической управляемости. За пределами полей допуска нет точек и нет необычных точечных структур (трендов). Процесс стабильный, нет влияния особых причин.
По контрольной карте размахов видно измерительный процесс стабилен, так как трендов не наблюдается. Она имеет периодический характер. При а = 0,99 были рассчитаны составляющие изменчивости измерительного процесса (1)-(4):
ЕУ = КаБе, (1)
АУ = КаБ0, (2)
РУ = КаБр, (3)
СИИ = VЕУ2+АУ2. (4)
Изменчивость, возникающая из-за взаимодействия операторов и образцов, определяется по формуле (5):
INT = 5.15 * J(Sop2 + Se2)/Q. (5)
Полная изменчивость измерительной системы вычисляется по формуле (6):
TV = ^GRR2 +PV2. (6)
Относительные значения составляющих изменчивости рассчитываются по следующим формулам:
%EVTV = EV/TV * 100, (7)
%AVTV = AV/TV * 100, (8)
%PVTV = PV/TV * 100, (9)
%INTTV = INT/TV * 100, (10)
%GRRTV = GRR/TV * 100. (ll)
В таблице 1, созданной авторами, отражены результаты измерений. Процесс измерения приемлем, так как относительная сходимость и воспроизводимость %GRRsl = 26.9 %
Таблица 1
Расчеты по методу средних и размахов
Составляющая изменчивости Оценка СКО Оценка составляющей изменчивости 5.15*СКО Изменчивость относительно поля допуск Доля полной изменчивости
Сходимость (повторяемость, изменчивость ИС) 0,37 1,93 16,1 28,5
Воспроизводимость (изменчивость от оператора) 0,5 2,58 21,5 38,2
Сходимость и воспроизводимость 0,63 3,22 26,9 47,7
Изменчивость параметра образца 1,15 5,94 49,5 87,9
Составлено авторами
Приемлемость измерительной системы оценивалась дисперсионный методом. Дисперсионный метод является статистическим анализом, который используется для оценки погрешностей измерений и остальных причин изменчивости [10]. Неоспоримым достоинством дисперсионного метода в отличие от метода средних и размахов являются: высокоточная оценка изменчивости; больше информации извлекается из экспериментальных данных. Недостатками метода являются: пользователи должны обладать необходимыми знаниями в статистике для объяснения результатов; высокая сложность расчетов без использования компьютерных технологий.
Измерения образцов проводились с помощью металлической линейки, в контрольном листке были зафиксированы результаты измерений. Таблица 2 отражает результаты вычислений оценки дисперсии СКО. По методу средних и размахов невозможно оценить эту составляющую изменчивости.
Оценки дисперсии СКО составляющих изменчивости были определенны по формулам
(12X15):
Вестник Евразийской науки 2018, №6, Том 10 ISSN 2588-0101
The Eurasian Scientific Journal 2018, No 6, Vol 10 https://esi.today
52 = WM((2-1)^i=i 2?=i 22=i№yfc - %)2, (12)
S0 — , (13)
Х/^С^** , (14)
= (№-1)(М-1) ^/=1 Еу=1№/* — — + Ж.**)2. (15)
По формуле (16) может быть оценена значимость влияния взаимодействия оператора и образца на изменчивость результатов измерений:
2
F — (16)
Результаты вычислений отражены в таблице 2, разработанной авторами. Так как Б > Fa(k1,k2), то влияние изменчивости взаимодействия между оператором и образцом признается значимым, формулы для дальнейших расчетов представлены:
AM — 5.15 * V(sop2 + Se2)/Q, (17)
PV = 5.15 * Рр2-5ор2), (18)
ШТ = 5.15 * (19)
сдд = (20)
Требуется улучшение измерительного процесса, так как относительная сходимость и воспроизводимость = 54.54 % (таблица 2). Были разработаны корректирующие
мероприятия для уменьшения уровня дефектов, предотвращения появления брака и снижения величины изменчивости процесса: провести обучающую беседу с оператором поста и настройку размеров кирпичей к середине поля допуска.
Таблица 2
Результаты вычислений по дисперсионному методу
Составляющая изменчивости Оценка СКО Оценка составляющей изменчивости 5.15*СКО Изменчивость относительно поля допуска Доля полной изменчивости
Сходимость (повторяемость, изменчивость ИС) 0,46 2,37 19,7 28,91
Воспроизводимость (изменчивость от оператора) 2,83 1,88 15,6 22,94
Взаимодействие оператора и образца 2,01 5,81 48,4 70,92
Сходимость и воспроизводимость 6,54 54,5 79,95
Изменчивость параметра образца 3,5 4,92 41,0 60,07
Полная изменчивость измерительного процесса 8,19 68,21 100
Составлено авторами
Пять образцов керамического кирпича были измерены один раз с помощью металлической линейки. Исследуемый параметр-длина. С помощью метода размаха приближенно оценивалась общая изменчивость измерительной системы. Метод размахов следует применять, когда время испытания ограниченно. Операторы измеряли все образцы выборки в случайном порядке. По формуле (21) были вычислены оценка СКО измерительного процесса:
= (21)
Рассчитана СКО изменчивости образца измерительного процесса по формуле (22):
R-,
5Р = £> (22)
Сходимость и воспроизводимость рассчитывалась по формуле (23):
СИИ = КаБт. (23)
Результаты вычислений отображены в таблице 3, созданной авторами.
Относительная сходимость и воспроизводимость равна 14,4257 %, значит, процесс измерения приемлем для оценки соответствия допуску.
Таблица 3
Расчет изменчивости методом размахов
Б2 константа СКО 1,19
8ш сходимость и воспроизводимость по методу размахов 0,34
Б2 константа СКО 2,48
8р оценка СКО изменчивости образца 2,22
К 5,15
Сходимость и воспроизводимость Я&Я 1,73
"/оК&Ябь 14,43
Составлено авторами
В рамках исследования авторами были созданы электронные формы отчетов по MSA, представленные на рисунке 4, которые позволяют автоматически определять сходимость и воспроизводимость измерительной системы. Электронные формы отчета были разработаны в программе MS Excel, выбор данной программы обусловлен следующими причинами:
• Четвертая версия руководства по MSA была опубликована в 2010 году, содержащая изменения в формулах для вычисления статистических характеристик;
• MS Ехсе1 позволяет создать удобные для восприятия формы отчетов, в которые оператор вносит данные измерений, а все результаты, необходимые для определения приемлемости измерительной системы, определяются и выводятся автоматически.
Отчеты позволяют сразу автоматически обрабатывать данные измерений и создавать необходимые графики (рисунок 4).
Параметр Найме нование Длина Изделие Средство измерения Номер 12093153
SL 250 LSL 244 USL 256 UCLr 1,634 LCLr 0 Наименование Наименование Металлическая лине1
Оператор А: Иванов И.И.
Оператор В: Борисов А.А Количество образцов 10 Количество оператор 3 Количество попыток 3
Оператор С: Мудко К.С.
п= 90
Анализ п ровел: Дата: Ермакова Ю.С 06.08.2018
Операт оры/По Образцы Сре дне е
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 253 252 250 248 251 251 249 252 251 250
2 254 253 250 248 251 252 249 252 251 251
3 253 252 250 248 250 252 249 253 250 250
Средне е 253,3333333 252,33 250 248 250,667 251,66667 249 252,33 250,667 250 250,833
Ра зма х 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0,7
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
2 250 253 251 248 251 247 249 251 249 252
3 250 252 250 248 251 247 250 251 248 252
Средне е 250,3333333 252,33 250,3333333 248 251,333 247 249,67 251 248,333 252 250,033
Ра зма х 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0,6
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
1 2 3 251 252 250 250 252 250 251 251 251 253
250 253 250 250 251 250 250 251 250 253
Среднее 250,6666667 252,33 250,3333333 250 251,333 250 250,67 251 250,667 253 251
Ра зма х 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0,6
Среднее 251,4444444 252,33 250,2222222 249 251,111 249,55556 249,78 251,44 249,889 252 250,622
Rp 3,6667 Ro 3E-05 Rср 0,6333 Ro 0,967 UCLx 251,27 LCLx 249,98
Проверка на грубые погрешности и промахи
Vmax=(Xmax-Xcp")/at=
Vmin=(Xcp"-Xmin)/at=
3,49534
<- ПРОМАХ
<- ПРОМАХ
-П РОМ АХ
- ПРОМАХ
Xm in - ПРОМАХ
- ПРОМАХ
- ПРОМАХ
- ПРОМ АХ
Дов
97,5%
р. а
Ур
q = (100-a)
2,5%
Объем вы
Диспе рсия
1,54030
2,19293
2,35163
4,09 801
3,76988
3,21550
Со ста вляю ща я Оценка СКО соста вляющей (5.15*СКО) Изме нчивость относител ьно поля допуска Доля полной
Сх о димо сть(повто ряемос 0,374089388 1,9266 16,1 28,5
В о спроизво димость (изменчивость от оператор а) 0,50 1478564 2,5826 21,5 38,2
Сходимость и воспроизводимость 0,62563857 3,2220 26,9 47,7
Изменчивость параметра 1,153039832 5,9382 49,5 87,9
Полную изменчивость TV 6,755976568
258 Карта средних
254 252 • Иванов И.И. Борисов А.А Мудко К.С. ———______ UCL
248 246 - CCL • USL ■ LSL • SL
242 0 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 5 10 15 20 25 30 35 Ф UCL LCL l\/V \/v ш ~ 0 5 10 15 20 25 30 35
USL LSL SL UCL LCL CL
1 256 244 250 251 249,98 250,6222
10 256 244 250 251 249,98 250,6222
20 256 244 250 251 249,98 250,6222
30 256 244 250 251 249,98 250,6222
UCL LCL CL
1 1,634 0 0,6333
10 1,634 0 0,6333
20 1,634 0 0,6333
30 1,634 0 0,6333
Выводы:
Измерительный процесс может быть приемлим 26,9 %
Рисунок 4. Электронная форма отчета (составлено авторами)
В работе построены контрольные карты средних и размахов. На основании контрольных карт представлено, как ведет себя измерительный процесс. Разработаны мероприятия по устранению несоответствий (коррекция, корректирующие и предупреждающие действия). Анализ измерительного процесса при помощи методики MSA показал, что:
1. изменчивость данного измерительного процесса зависит в большей мере от средства измерения и измеряющего;
2. процесс стабилен;
3. данный измерительный процесс приемлем.
В работе доказано теоретически и практически что метод MSA можно использовать для оценки всех измерительных систем предприятия строительной отрасли. Это позволит совершить коррекционные мероприятия по совершенствованию измерительных и контрольных процессов, и повысить качество измеряемых параметров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Малахова Ю.Г., Жирнова Е.А. ВНИИМС // Управление качеством на основе функционально стоимостного анализа и процессного подхода. 2015. № 4.
2. Разработка модели бизнес-процессов на предприятии по производству кирпича ручной формовки. Ермакова Ю.С., Серебряная И.А. Молодой исследователь Дона. 2018. № 1 (10). С. 23-29.
3. Миттаг Х.-Й., Ринне Х. Статистические методы обеспечения качества: Под ред. Б.Н. Маркова. - Изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1995. - 601 с.
4. Терёхина Ю.В., Котляр В.Д., Серебряная И.А., Черенкова И.А. Контрольный лист качества - инструмент сбора и анализа данных при производстве кирпича керамического // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2109.
5. Мердок Д. Контрольные карты - М.: Финансы и статистика, 1986. - 151 с.
6. К вопросу о методах измерения кирпича ручной формовки. Хатламаджиян В.А., Серебряная И.А. Ростовский Государственный Строительный Университет. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2015. С. 315.
7. Анализ измерительных систем. Ссылочное руководство. MSA. Четвертое издание. Перевод с англ. - Н. Новгород: ООО СМЦ «Приоритет», 2012. - 422 с.
8. Анализ измерительных систем (MSA) в вопросах и ответах Касторская Л.В. - Н. Новгород: ООО СМЦ "Приоритет", 2006.
9. Структурирование и управление нуждами потребителей кирпича керамического. Серебряная И.А., Ермакова Ю.С. Строительство и архитектура-2017. Инженерно-строительный факультет Материалы научно-практической конференции. 2017. С. 133-138.
10. Modeling of the stress-strain state of the wall building materials when tested for axial compression. Lukinova N.A., Matrosov A.A., Nizhnik D.A., Serebryanaya I.A., Terekhina Y.V. Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications (PHENMA 2017) Abstracts and Schedule of the 2017 International Conference. 2017. С. 134-135.
Ermakova Julia Sergeevna
Don state technical university, Rostov-on-Don, Russia E-mail: [email protected]
Serebryanaya Irina Anatolievna
Don state technical university, Rostov-on-Don, Russia E-mail: [email protected]
Matrosov Andrey Anatolevich
Don state technical university, Rostov-on-Don, Russia E-mail: [email protected]
Serebryanaya Daria Sergeevna
Russian presidential academy of national economy and public administration
South-Russia institute, Rostov-on-Don, Russia E-mail: [email protected]
Methods and means of quality management in the production of ceramic bricks
Abstract. The task of any organization is quality control and the establishment of uniform requirements for the production control. This control must be performed throughout the entire production process in order to prevent unintended use and the supply of non-conforming products to the consumer.
The requirements of modern standards apply to the organization and implementation of product control in all departments of the enterprise and at all stages of production, starting with the input control of the materials and components used and ending with the shipment of finished products from the warehouse.
Existing methods are used mainly either to control the technological process of production, or when conducting acceptance control. This article proposes the use of a statistical method for the analysis of measurement and control processes used both in the process and in acceptance control. The relevance of the application of the analysis of measuring systems (Measurement System Analysis) in the enterprise is due to the need to increase customer satisfaction by improving the quality of products.
In this paper, the authors assessed the possibility of applying the analysis of the measuring system in the construction industry. Analysis of the measuring system was performed by the following methods: dispersion; scope; medium and span. A number of experiments have been carried out for the measuring system as applied to the quality control of ceramic bricks. The electronic report forms developed by the authors allow the automatic determination of the acceptability, convergence and reproducibility of the measuring system. Spreadsheets are supplemented with macros and corrective measures. To determine the stability of the authors built control charts and averages. This work is of a universal nature, so the technique used can be applied at any stage of quality control in the production of building materials.
Keywords: measuring system; measuring process; stability; method of medium and range; convergence; reproducibility; analysis of variance; method of range; displacement; suitability
