CC BY
32
УДК 621.778 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-280-285
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВА КАЛИБРОВАННОГО ПРОКАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ТАГУТИ
К.Г. Пивоварова
Рассматриваются вопросы проектирования оптимального режима производства калиброванного проката из стали марки С10С, целью которого является обеспечение требуемых механических свойств (временного сопротивления и относительного сужения). В основу методики проектирования положены метод Тагути и серый реляционный анализ.
Ключевые слова: управление качеством, калиброванный прокат, механические свойства, робастное проектирование, АЫОУА, серый реляционный анализ.
К числу наиболее ответственных и массовых в машиностроении деталей относятся изделия, полученные методом холодной высадки из калиброванного проката. Надежная и безопасная работа этих изделий при эксплуатации в значительной мере обусловливается механическими свойствами и структурой применяемого калиброванного проката [1]. При производстве высококачественного калиброванного проката на метизных предприятиях используют различные методы деформационного и термического воздействия на металл, включающие операции волочения и рекристаллизацион-но-сфероидизирующего отжига [2].
Для выбора оптимальных значений технологических параметров производства продукции в настоящее время активно используется методология робастного проектирования (РП) [3, 4]. Робастность - это состояние, в котором характеристики технологии, процесса или продукции нечувствительны (в определенном диапазоне) к воздействию дестабилизирующих факторов (внешней среды или производственных). В методологии РП используется Т-критерий Тагути - отношение сигнал/шум (отношение SN) [5, 6]. Отношение SN имеет следующие свойства: оно отражает вариабельность в отклике системы, вызванной шумами, оно не зависит от регулировки среднего, оно измеряет относительное значение качества, что удобно для сравнения, оно не учитывает необязательные составляющие, такие, например, как взаимодействие параметров управления [7]. Цель усилий по повышению качества может быть заявлена как попытка максимизировать отношение SN для соответствующей продукции [8].
В настоящей работе проведено исследование, направленное на установление оптимальных технологических параметров деформационной и термической обработки калиброванного проката из стали марки С10С по N28 XS 0214 S001. Данный вид продукции переназначен для изготовления заготовки корпусов свечей зажигания. Поскольку условия дальнейшего применения свечи зажигания предусматривают работу в агрессивных средах при перепадах температур, к данной продукции предъявляются повышенные требования по механическим свойствам (временное сопротивление -330^390 Н/мм2, относительное сужение - не менее 60 %).
Исследование проводилось на опытных партиях калиброванного проката в условиях сталепроволочного производства ОАО «ММК-МЕТИЗ». РП применили к операциям волочения и сфероидизирующего отжига с целью максимизации относительного сужения и достижения номинального значения временного сопротивления ав=360 Н/мм2.
Для исследования было выбрано 4 параметра управления на двух уровнях (табл. 1).
В соответствии с методом Тагути [5] была выбрана ортогональная матрица L8 (4^2), которая представляет собой 8 наборов экспериментов и содержит 4 двухуровневых фактора.
После проведения экспериментов значения откликов были преобразованы в отношение SN. Отношения SN были рассчитаны в соответствии с целями оптимизации:
- для временного сопротивления (ав) цель - «номинальное значение»:
5^ = 10^, (1)
- для относительного сужение цель - «больше-лучше»:
уП 1
5^ = 10^-(2)
п
где у - среднее измеренное значение показателя качества; - измеренное значение показателя качества; Б - среднеквадратическая ошибка результатов измерений показателя качества; п - количество измерений показателя качества.
Таблица 1
Параметры управления и их уровни_
Параметры управления Уровни
Обозначение Наименование 1 2
А Величина обжатия при волочении £к 15,4 % 25,6 %
В Рабочая температура отжига Тк 700° С 720° С
С Продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига £от 4 ч 6 ч
В Продолжительность контролируемого охлаждения £:от 2 ч 4 ч
В табл. 2 приведены значения временного сопротивления (ав) и относительного сужения (^), а также отношения SN для различных откликов.
Таблица 2
Результаты анализа Тагути__
№ экспери- Параметры управления Отклики (целевые функции) Отношения SN
мента А В С В Н/мм2 Ф, % для о-в для ф
1 1 1 1 1 373,5 75,0 35,37 37,50
2 1 1 2 2 361,5 74,0 35,09 37,38
3 1 2 1 2 369,5 74,0 35,28 37,38
4 1 2 2 1 363,0 75,0 32,62 37,50
5 2 1 1 2 383,0 75,5 39,11 37,56
6 2 1 2 1 368,5 75,0 35,25 37,50
7 2 2 1 1 384,0 75,5 39,13 37,56
8 2 2 2 2 378,5 74,5 37,67 37,44
На рис. 1 представлено влияние параметров управления на временное сопротивление (ав). Значения параметров управления с максимальным SN указывает на оптимальные условия работы системы. Следовательно, параметры управления для получения оптимальных значений временного сопротивления определяются как: величина обжатия при волочении 25,6 %, рабочая температура отжига 700 °С, продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига 4 ч и продолжительность контролируемого охлаждения 4 ч. Таким образом, оптимальное временное сопротивление из диапазона рабочих условий исследования обеспечивается, когда процесс волочения и термообработки проводится в оптимальных рабочих условиях (А2В1Сь02).
Для обеспечения статистической достоверности результатов анализа Тагути был использован метод ANOVA, который проводили с использованием статистического программного обеспечения МткаЬ 19. Анализ показал, что величина обжатия при
волочении и продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига являются основными технологическими параметрами, влияющим на временное сопротивление калиброванного проката ф-уровни значимости равны 0,027 и 0,044, соответственно). Влияние других параметров управления имеет низкую достоверность по F-критерию ф-уровни равны 0,512 для рабочей температуры отжига и 0,780 для продолжительности контролируемого охлаждения).
Main Effects Plot for SN ratios Data Means
ЫогЫпо1 и ЬЫ (10* 1од10(УЬогА2/1 *2)}
Рис. 1. График средних значений SN для временного сопротивления в зависимости от уровней параметров управления
На рис.2 показано влияние параметров управления на отношение SN для относительного сужения. Наибольшее влияние на относительное сужение среди рассматриваемых параметров управления имеют величина обжатия при волочении и продолжительность контролируемого охлаждения. Оптимальными значениями параметров процесса являются величина обжатия 25,6 %, рабочая температура отжига 700 °C, продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига 4 ч и продолжительность контролируемого охлаждения 2 ч (A2B1C1D1).
Результаты ANOVA по влиянию различных параметров управления на относительное сужение показывают, что величина обжатия при калибровании и продолжительность контролируемого охлаждения оказывают наибольшее влияние на относительное сужение калиброванного проката (p-уровни значимости равны 0,041 и 0,034, соответственно). Остальные показатели управления являются незначимыми по F-критерию (p-уровни равны 0,718 для рабочей температуры отжига и 0,319 для продолжительности выдержки при рабочей температуре отжига).
Main Effects Plot for SN ratios Oata Means
12 12 12 11
Signal'to-naiie: Larger is better
Рис. 2. График средних значений для относительного сужения в зависимости от уровней параметров управления
282
Оптимальные технологические параметры, полученные в результате анализа Тагути, не одинаковы для временного сопротивления и относительного сужения. Следовательно, используемый метод Тагути необходимо дополнить методом принятия решений. Для сведения двух характеристик (ав и Ц>) калиброванного проката в единую целевую функцию был использован серый реляционный анализ (GRA) - это метод измерения в теории серых систем, который анализирует степень и уровень отношения разнородных параметров для их дискретной последовательности [9].
Исходные экспериментальные данные сначала нормировались в диапазоне от 0 до 1 в соответствии с целью «номинал - лучше» для временного сопротивления по зависимости [10]:
\уц-У) I
Хц = 1
тцху^—уу
где у ¿у - величина временного сопротивления для у-го эксперимента, уу минальное) значение време ного сопротивления.
Для относительного сужения, для которого подходит цель «больше нормирование проводилось по зависимости:
(3)
целевое (но-
хц
у^-тщу^
лучше»,
(4)
Серый реляционный коэффициент, который рассчитывается для определения соотношения между идеальным и фактическим экспериментальными результатами, может быть выражен как:
--i--(5)
ЕИ =
шал|л£ — I] \
где = 1 - это идеальный результат (т.е. лучший нормализованный результат) для 1-й
характеристики качества, ф = [0,1] - коэффициент отличия, целью которого является
ослабление эффекта тахтах|х,° — Хц\, когда он становится слишком большим и, сле-
£ у 1
довательно, увеличивает разницу значимости серого реляционного коэффициента. В общем, его значение принимается равным 0,5, если все параметры процесса имеют равный вес [11].
Для интеграции полученных значений коэффициентов ^¿у для каждого эксперимента в интегрированную реляционную оценку используется метод весовых коэффициентов. Общая оценка множественных характеристик качества определяется по зависимости:
Уу=1Г=1ВДу, (6)
где - вес /-го фактора.
Результирующие интегрированные реляционные оценки приведены в табл. 3. Чем выше интегрированная реляционная оценка, тем лучше результат эксперимента, тем он ближе к идеально нормированному значению.
Результаты реляционного^ анализа
Таблица 3
№ эксперимента Х1(СТВ) Х2(4>) £1(0В) В2(Ф) 7 Ранг
1 0,44 0,67 0,53 0,60 0,53 5
2 0,94 0,00 0,95 0,33 0,93 1
3 0,60 0,00 0,62 0,33 0,61 4
4 0,88 0,67 0,86 0,60 0,86 2
5 0,04 1,00 0,41 1,00 0,42 7
6 0,65 0,67 0,65 0,60 0,65 3
7 0,00 1,00 0,40 1,00 0,41 8
8 0,23 0,33 0,46 0,43 0,46 6
По рассчитанным значениям видно, что максимальное значение интегральной реляционной оценки (0,93) имеет второй эксперимент. По совокупности результатов двух анализов, а также в соответствии со степенью влияния величин факторов на характеристики качества калиброванного проката был принят следующий режим: величина обжатия при волочении 15,4 %, рабочая температура отжига 700 °C, продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига 6 ч и продолжительность контролируемого охлаждения 4 ч.
Заключение: В настоящем исследовании было применено сочетание метода Та-гути и серого реляционного анализа для определения оптимальных технологических параметров процессов волочения и термообработки, с целью улучшения механических свойств стали С10С. Проанализировано влияние на временное сопротивление и относительное сужение параметров термообработки, таких как рабочая температура отжига, продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига и продолжительность контролируемого охлаждения, а также величины обжатия при волочении. Результаты эксперимента были оценены и подтверждены методом ANOVA. Установлено, что оптимальные технологические режимы были получены при комбинации A1B1C2D2 (величина обжатия при волочении 15,4 %, рабочая температура отжига 700 °C, продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига 6 ч и продолжительность контролируемого охлаждения 4 ч); величина обжатия и продолжительность выдержки при рабочей температуре отжига являются наиболее значимыми параметрами для временного сопротивления, величина обжатия и продолжительность контролируемого охлаждения - для относительного сужения.
Список литературы
1. Опыт подготовки качественной структуры и свойств поверхности стального проката к холодной высадке / A.A. Филиппов, Г.В. Пачурин, H.A. Кузьмин, Т.В. Нуждина, ДА. Гончарова // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 8(770). С. 58-61.
2. Проектирование ресурсосберегающих режимов производства калиброванной стали для пружинных клемм / A.Г.Корчунов, В.В. Чукин, В.Н. Лебедев, В.Е. Семенов, E.A. Слабожанкин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 1(17). С. 74-76.
3. Варжапетян A.r. Современные инструменты менеджмента качества. Робаст-ное проектирование: учебное пособие. СПб.: ГУЛИ, 2008. 173 с.
4. Русских И.В., Русских A.C, Ермилина Д.В. Aпробация методики робастного проектирования параметров наладки на операции послойной укладки расплавленной полимерной нити // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 6. С.231-237.
5. Taguchi G., Chowdhury S., Wu Y. Taguchi's quality engineering handbook. Wiley, 2005. 1696 p.
6. Управление качеством. Робастное проектирование. Метод Тагути / Р. Леон, A. Шумейкер, Г. Тагути и др. М.: Сейфи, 2002. 384 с.
7. Asiltürk I., Akku§ H. Determining the effect of cutting parameters on surface roughness in hard turning using the Taguchi method // Measurement. 2011. Vol. 44. Issue 9. P. 1697-1704.
8. Оптимизация селективного лазерного сплавления методом оценки множественных параметров качества в двигателестроении / A.^ Хаймович, В.И. Санчугов, И.С. Степаненко, В.Г. Смелов // Известия Самарского научного центра РAH. 2018. № 6. Т. 20. С.41-46.
9. Optimization of heat treatment parameters of medium carbon steel quenched in different media using Taguchi method and grey relational analysis / O.O. Agboola , P.P. Iku-banni, A.A. Adeleke , A.A. Adediran, O.S. Adesina, S.J. Aliyu, T.S. Olabamiji // Heliyon. 2020. Vol. 6. Issue 7. P. e04444.
10. Multi objective optimization of process parameters for hard turning of AISI 52100 steel using Hybrid GRA-PCA / P. Umamaheswarrao, D. Ranga Raju, KNS Suman, B. Ravi Sankar // Procedia computer science. 2018. Vol. 133. P. 703-710.
11. Numerical investigation for optimizing segmented micro-channel heat sink by Taguchi-Grey method / N. H. Naqiuddin, L.H. Saw, M.C.Yew, F. Yusof, H.M. Poon, Z. Cai, H.S. Thiam // Applied Energy. 2018. Vol. 222. P. 437-450.
Пивоварова Ксения Григорьевна, канд. техн. наук, доцент, k.pivovarova@magtu.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова
OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS IN PRODUCTION OF CALIBRATED STEEL USING TAGUCHI METHOD
K.G. Pivovarova
In this paper, the issues of designing the optimal production mode of calibrated rolled products made of C10C steel are considered, the purpose of which is to provide the required mechanical properties (tensile strength and relative reduction of area). The design methodology is based on the Taguchi method and gray relational analysis.
Key words: quality management, calibrated steel, mechanical properties, robust design, ANOVA, Taguchi method, gray relational analysis.
Pivovarova Ksenia Grigoryevna, docent, candidate of technical sciences, docent, k.pivovarova@magtu.ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
УДК 629.113 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-285-294
МОДЕРНИЗАЦИЯ ТРАДИЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ОЦЕНКИ ИМИДЖА КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО БРЕНДА
Д.И. Благовещенский, В.Н. Козловский, С.А. Васин, Д.С. Самойлова
Представлены результаты работы по модернизации традиционных инструментов оценки имиджа качества автомобильного бренда.
Ключевые слова: имидж, конкурентоспособность, качество, автомобиль.
Несомненно, важным инструментом работы при формировании положительного имиджа автобренда, является взаимодействие корпоративной среды автопроизводителя с внешней потребительской средой. Для исключения досадных ошибок, при информировании внешней среды, которые способны существенно ухудшить имидж автомобильной марки. На предприятии необходимо разработать систему подачи информации, в которой будут выделены центры ответственности за соответствующую работу. Целями регламента процесса подачи информации являются: централизация функций по управлению корпоративным информационным потоком и повышение его управляемости; создание единой информационной базы для формирования эффективной системы подготовки новостной, разъяснительной и рекламно-имиджевой информации для внешних целевых аудиторий, а также объективной оценки ситуации в информационном пространстве, адекватного и оперативного реагирования на её изменение [1, 2].
Модель взаимодействия подразделений при формировании информации для потребительской среды представлена на рис. 1. Центром ответственности за подачу информации во внешнюю среду организации определяется подразделение по внешним связям.
