CC BY
32
METHOD OF RATIONAL ORGANIZATION OF THE PROCESS OF DESIGN AND TECHNOLOGICAL PREPARATION FOR MANUFACTURING
A.G. Troshina, A.N. Ivutin, Y.V. Frantsuzova
The problem of rational organization of the process of design and technological preparation for manufacturing with application of semantic Petri-Markov nets is considered. The method of parallelization of the stages of the works within design and technological preparation for manufacturing based on their semantic relations.
Key words: concurrent engineering, semantic Petri-Markov nets, parallelization.
Troshina Anna Gennad'evna, candidate of technical sciences, docent, atroshi-na@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Ivutin Alexey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, head of department «Computer technology», alexey. ivutin@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Frantsuzova Yulia Vyacheslavovna, candidate of technical sciences, docent, julianna 1204@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 62.50
РАЗРАБОТКА ПРОЦЕДУРЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ НА БАЗЕ СОВРЕМЕННОГО ПОДХОДА К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
Е.М. Баранова, А.Н. Баранов
Представлен обзор проблемы рассогласования процессов внедрения новых производственных технологий и обеспечения качества выпускаемой продукции, приведена современная процедура синтеза планов контроля для оценки стандартности изделий.
Ключевые слова: контроль, качество, выборка, планы контроля, замеры, степень деформации, объем выборки, приемочное число, браковочное число.
В ходе производства любого рода изделий необходим тщательный и своевременный контроль качества выпускаемой продукции. В большинстве случаев применяется выборочный контроль.
Наибольший интерес с позиций управления качеством представляет выборочный контроль в процессе производства, так как здесь существует так называемая обратная связь, а именно контроль качества позволяет судить об эффективности и воспроизводимости технологического процесса, в то время как допустимые уровни эффективности и воспроизводимости техпроцесса позволяет судить о приемлемом качестве изготовляемой продукции.
С развитием теории и практики современного подхода к проектированию технологических процессов производства изделий, возникла необходимость пересмотра применяемых (устаревших) в настоящее время процедур контроля.
Так, в комплексном автоматизированном производстве, где отмечаются высокие скорости получения продукции, остро проявляются противоречия между современными способами проектирования и реализации технологических операций и не оптимальными методами управления качеством изделий в процессе их производства, в том числе на основе извлечения выборки из генеральной совокупности произведенных изделий (выборочный метод).
Как показывают исследования, неоптимальность методов управления качеством изделий в процессе их производства заключатся в следующем:
- в значительном количестве параметров качества выпускаемых изделий, подлежащих контролю;
- за каждым видом изделий однозначно закреплен план контроля, что не дает возможности применения наиболее оптимальных планов для конкретных условий;
- на процесс формирования качества изделий влияет множество технологических и иных факторов, которые в случае применения фиксированного плана контроля невозможно учесть (например, характеристики применяемого оборудования, в частности его уровень физического износа);
- в реальности существует большое многообразие подходов к формированию процедур выборочного контроля, которые в той или иной степени, но достаточно объективно отражают качество всей генеральной совокупности, что приводит к спорным вопросам относительно выбора оптимальной процедуры.
Указанные недостатки методов управления качеством продукции приводят к большому объему необходимых измерений, значительным временным и стоимостным затратам на контроль, запаздыванию информации, в результате чего наблюдается несвоевременное вмешательство в технологический процесс с целью его регулирования. Следствием вышесказанного является серьезная производственная проблема - повышение уровня брака в ходе производства изделий, а также увеличение себестоимости готовой продукции, связанное с необходимостью переработки бракованных изделий.
В частности, указанная проблема наблюдается на оборонных предприятиях города Тулы, а именно на предприятии ОАО «Тульский патронный завод» (далее ОАО «ТПЗ»), где осуществляется производство патронов стрелкового и спортивно-охотничьего оружия различных калибров.
77
Решение указанной проблемы рассмотрено на примере производства составных частей спортивно-охотничьих патронов (далее СОП), в частности такой части пули к патрону калибра 7,62 мм, как оболочка.
Для примера рассмотрена одна из технологических операций производства оболочки спортивно-охотничьего патрона калибра 7,62 мм -операция вытяжки-обжима [1].
В настоящее время возникла необходимость пересмотра процедуры контроля качества оболочек на стадии вытяжки-обжима вследствие применения принципиально новой методики проектирования указанной операции [2,3].
Сегодня в ходе операции обжима оболочек спортивно-охотничьих патронов калибра 7,62 мм контролируются следующие параметры:
- наружный диаметр в верхнем расчетном сечении;
- наружный диаметр в среднем расчетном сечении;
- наружный диаметр в нижнем расчетном сечении;
- внутренний диаметр в верхнем расчетном сечении;
- внутренний диаметр в среднем расчетном сечении;
- внутренний диаметр в нижнем расчетном сечении;
- толщина стенки в верхнем и среднем расчетных сечениях;
- толщина стенки в нижнем расчетном сечении;
- толщина вершины;
- наружный радиус кривизны;
- внутренний радиус сопряжения оживальной части и вершины;
- высота от дна до нижнего расчетного сечения;
- высота от дна до среднего расчетного сечения;
- высота от дна до верхнего расчетного сечения;
- высота оживальной части;
- высота вершины;
- высота оболочки [2].
Как показали современные исследования [3], в ходе операции вытяжки-обжима достаточно контролировать только один технологический параметр, по которому можно судить о качестве оболочек - степень деформации. Такой подход к геометрическому контролю обусловлен тем, что если степень деформации полуфабриката изделия будет соответствовать предъявляемым требованиям, то и размеры всех вышеперечисленных параметров будут находиться в заданных конструкторской документацией пределах.
Ранее применяемые технологии проектирования производственных операций не позволяли определить значение степени деформации для полуфабрикатов, а, следовательно, проконтролировать степень деформации на каждой стадии обработки изделия не представлялось возможным.
78
Формула для расчета степени деформации имеет вид
е = 1п ^^, (1)
^ нар
где 0Шр - наружный диаметр ведущей (цилиндрической) части оболочки
или наружный диаметр в верхнем расчетном сечении (формируется на предыдущей операции вытяжки); dШр - наружный диаметр в опасном сечении оболочки или наружный диаметр в нижнем опасном расчетном сечении (формируется на стадии вытяжки-обжима).
Для измерений диаметров целесообразно использовать электронные измерительные приборы. Значения наружных диаметров оболочек, по которым определяется степень деформации, сведены в двумерную таблицу, где по горизонтали расположены значения Внар а по вертикали значения
dнар (в миллиметрах), характерные для текущей операции вытяжки-
обжима оболочек (в пределах установленного допуска на размеры). На пересечении соответствующих значений указанных диаметров расположатся значения степеней деформации.
В табл. 1 представлены значения степеней деформации на завершающем переходе вытяжки-обжима оболочки к спортивно-охотничьему патрону калибра 7,62 мм.
Таблица 1
Значения степеней деформации на завершающем переходе вытяжки-обжима оболочки к патрону калибра 7,62 мм
1п °нар d нар 6,87 7,27 7,57 7,87 8,17 8,47 8,87
2,34 1,0770 1,1336 1,1740 1,2129 1,2503 1,2864 1,3325
2,3375 1,0781 1,1347 1,1751 1,2140 1,2514 1,2874 1,3336
2,335 1,0792 1,1357 1,1762 1,2150 1,2525 1,2885 1,3347
2,3325 1,0802 1,1368 1,1773 1,2161 1,2535 1,2896 1,3357
2,33 1,0813 1,1379 1,1783 1,2172 1,2546 1,2907 1,3368
2,3275 1,0824 1,1390 1,1794 1,2183 1,2557 1,2917 1,3379
2,325 1,0834 1,1400 1,1805 1,2193 1,2567 1,2928 1,3390
2,3225 1,0845 1,1411 1,1815 1,2204 1,2578 1,2939 1,3400
2,32 1,0856 1,1422 1,1826 1,2215 1,2589 1,2950 1,3411
В силу того, что в процессе проектирования операции вытяжки-обжима по новой методике была получена возможность физического замера степени деформации (ранее, при применении устаревшей методики, такой возможности не было) появилась возможность сократить количество контролируемых параметров и, вследствие этого, модифицировать процедуру контроля оболочек на стадии вытяжки-обжима.
79
Таким образом, следуя новой методики проектирования исследуемой операции и реализуя современную процедуру контроля качества на стадии вытяжки-обжима, необходимо отказаться от контроля значительного числа параметров оболочек и разработать новый подход к обеспечению качества исследуемого изделия. Такие действия позволят сократить издержки, связанные с контролем качества оболочек и при учете иных фактов повысить объективность контроля.
Процедура контроля степени деформации оболочек по наружным диаметрам должна проходить следующим образом:
1. В процессе производства с технологической линии (on-line контроль) берется выборка полуфабрикатов первого перехода вытяжки-обжима соответствующего объема.
2. Электронным микрометром замеряются наружные диаметры цилиндрической (ведущей) части Онар и наружные диаметры в опасном сечении оболочек dнар.
3. По табл. 1 определяются значения степеней деформации.
4. Найденное значение степени деформации сравнивается с предельным допустимым значением.
5. При выходе расчетных значений степеней деформации за предельные значения (пределы допуска) оболочка считается бракованной. В этом случае значения остальных, зависящих от степени деформации параметров качества оболочек, будут также приближаться к критическим значениям.
6. Количество бракованных оболочек сравнивается с приемочным числом. Если количество бракованных оболочек в выборке больше приемочного числа, технологический процесс следует останавливать и производить осмотр линии и ее наладку. В противном случае технологический процесс продолжается до получения информации от другой выборки в следующий период времени.
Проверка значений степени деформации в процессе операции вытяжки-обжима, позволит:
- устранить замер иных параметров оболочек;
- сократить время осмотра и замера единиц продукции в выборке;
- своевременно вмешаться в технологический процесс до момента попадания значительного числа бракованных изделий в формируемую партию;
- сократить расходы на переработку брака и на процедуру контроля в целом.
В табл. 2 представлены значения диаметров в верхнем и нижнем наружном сечении изготавливаемой оболочки, отклонения и допуски на размеры.
Наружный диаметр в верхнем расчетном сечении формируется на предыдущей операции и одинаков на всех переходах операции вытяжки-обжима. Размеры и отклонения представлены в соответствии с руководящим техническим материалом на операцию вытяжка-обжим [8].
Таблица 2
Значения диаметров в верхнем и нижнем наружном сечении изготавливаемой оболочки, отклонения и допуски на размеры
№ перехода операции вытяжки-обжима Наружный диаметр в верхнем расчетном сечении, мм Наружный диаметр в нижнем расчетном сечении, мм Отклонения на диаметр в верхнем расчетном сечении, мм Отклонения на диаметр в нижнем расчетном сечении, мм Допуск на диаметр в верхнем расчетном сечении, мм Допуск на диаметр в нижнем расчетном сечении, мм
1 переход вытяжки обжима 7,87 3,97 7,87 +1 3 97 +0,01 -0,01 2,00 0,02
2 переход вытяжки-обжима 2,33 2 33 +0,01 2,33 -0,01 0,02
Для определения объема выборки целесообразно применить зависимость
п=-!?££-, (2)
,2
А2 + '
2 , t pq
N
где N - объем генеральной совокупности; р - вероятность, с которой можно гарантировать, что предельная ошибка (максимально возможная ошибка выборки) не превысит среднюю ошибку; д - вероятность, с которой можно гарантировать, что предельная ошибка превысит среднюю ошибку (д=1 - р); 1 - коэффициент доверия, зависящий от вероятности р (1-критерий Стьюдента), например при р=0,954 (95%), 1=1,96; при р=0,99, 1=3; А - предельная ошибка выборки.
Для синтеза оптимальных планов контроля необходимо, чтобы объем выборки был максимально точным. Для этого следует использовать самую высокую вероятность того, что предельная ошибка не превысит среднюю ошибку, а именно р=0,99. Соответственно значение д будет равно 0,01.
Для различных значений AQL и объема генеральной совокупности в 8ейаЬ были рассчитаны объемы выборок (табл. 3).
81
По результатам расчета объемов выборок построены графики зависимости объема выборки (для контроля единственного геометрического параметра - степени деформации) от объема генеральной совокупности производимых изделий.
Таблица 3
Рассчитанные объемы выборок для различных значений AQL и объема генеральной совокупности (для проведения контроля качества партии на ОАО «ТПЗ»)
AQL, % 2,0 1,5 1,0
5000 213 367 756
10000 218 381 818
20000 221 388 853
Объем партии, К, шт 50000 222 393 875
100000 222 394 883
200000 223 395 887
400000 223 396 889
500000 223 396 890
Анализ осуществленных расчетов позволил сделать выводы:
- при прочих равных условиях объем выборки, необходимый для соблюдения заданной степени точности, растет с увеличением объема партии N
- увеличение объема выборки непропорционально увеличению объема совокупности (удвоение совокупности, например, не влечет за собой удвоения объема выборки);
- объем выборки стремится к некоторому пределу, после достижения которого, практически, не возрастает.
Кроме того, чем меньше значение AQL, тем больше объем выборки необходимо взять для обеспечения более точного контроля качества.
График построен для значения AQL=2% и представлен на рис. 1.
Рис. 1. График зависимости объема выборки от объема генеральной совокупности производимых изделий, для AQL=2%
82
Так как контроль качества оболочек ведется непосредственно на линии во время производства партии (on-line), необходимо установить интервал времени, через который необходимо брать изделия на проверку. Интервал времени для отбора выборки зависит от типа линии и её производительности.
Для более точной картины текущего производственного процесса, для контроля на линии будем использовать план контроля партии в 5000 штук.
Время, через которое следует брать выборку, считается по формуле:
^=N, (3)
P
где P - производительность оборудования, шт/мин; N - объем партии.
В табл. 4 приведены рассчитанные интервалы времени изъятия выборки для оборудования с различной производительностью и различными AQL.
Таблица 4
Рассчитанные интервалы времени изъятия выборки для оборудования с различной производительностью и различными AQL
AQL, % 2,0 1,5 1
Производительность оборудования, шт/мин 150 t=34; n=213 t=34; n=367 t=34; n=756
200 t=25; n=213 t=25; n=367 t=25; n=756
250 t=20; n=213 t=20; n=367 t=20; n=756
300 t=17; n=213 t=17; n=367 t=17; n=756
350 t=14; n=213 t=14; n=367 t=14; n=756
На рис. 2 представлен график зависимости интервала времени, через который следует отбирать изделия для on-line контроля, от производительности оборудования.
Рис. 2. График зависимости интервала времени от производительности оборудования
83
Для оборудования с более высокой производительностью интервал времени, через который берется выборка значительно меньше. Это связано с тем что, несмотря на высокую производительность, необходимо контролировать все тот же объем партии. Так как контроль на линии происходит в режиме on-line, необходимо чаще отбирать изделия на контроль, чтобы предотвратить запаздывание информации, в результате чего может наблюдаться несвоевременное вмешательство в технологический процесс с целью его регулирования.
После установления объема выборки и интервала времени ее изъятия, необходимо установить приемочные и браковочные числа, числа на основании которых делается заключение и продолжении или приостановке технологического процесса с целью его налаживания.
Расчет приемочного числа осуществляется по формуле:
q = gn , (4)
где g - множитель для объема выборки, который используется при вычислении приемочных и браковочных чисел; n - объем выборки.
При этом g определяется так:
g = ig[(i - Pa )/(1 - PR )] (5)
* lg{[pR (1 - Pa )]/[Pa (1 - Pr )]}' где pA - уровень качества для риска Производителя; рк - уровень качества для риска Заказчика.
Соответствующее браковочное число С2 вычисляют как
с2 = С1 +1. (6)
В случае одноступенчатого контроля обязательно устанавливается число c1 - приемочное число. При выполнении условия m < c1 процесс производства продолжается без изменений, в противном случае - оборудование останавливается, его проверяют и налаживают.
Для двухступенчатого плана контроля суммарное значение объема выборки равно сумме значения выборки первой ступени и значения выборки второй ступени.
В табл. 5 представлены синтезированные одноступенчатые планы для контроля на линии (on-line) при различной производительности.
Таблица 5
Одноступенчатые планы для контроля на линии
AQL,% 2,0 1,5 1,0
Производительность оборудования, шт/мин 150 t=34; n=213 c1=18; c2 =19 t=34; n=367 cx=32; c2=33 t=34; n=756 cx=66; c2=67
200 t=25; n=213 cx=18; c2 =19 t=25; n=367 cx=32; c2 =33 t=25; n=756 cx=66; c2=67
250 t=20; n=213 cx=18; c2 =19 t=20; n=367 cx=32; c2 =33 t=20; n=756 cx=66; c2=67
Окончание табл. 5
AQL,% 2,0 1,5 1,0
Производительность оборудования, шт/мин 300 1=17; п=213 с1=18; с2 =19 1=17; п=367 с1=32; с2 =33 1=17; п=756 с1=66; С2=67
350 1=14; п=213 с1=18; с2 =19 1=14; п=367 с1=32; с2=33 1=14; п=756 с1=66; с2=67
В зависимости от входных данных (AQL, объема партии и типа оборудования), разрабатываемая автоматизированная система будет подбирать наиболее оптимальный план контроля изделий (оболочек) в процессе их производства.
В табл. 6 представлены двухступенчатые планы контроля на линии.
Таблица 6
Двухступенчатые планы для контроля на линии
AQL,% 2,0 1,5 1,0
Производительность оборудования, шт/мин 150 1=34; п=213 с1=18; с2 =19 С3=37; с4 =38 1=34; п=367 с1=32; с2=33 с3=64; С4=65 1=34; п=756 с1=66; С2=67 с3=133; с4 =134
200 1=25; п=213 с1=18; с2 =19 С3=37; с4 =38 1=25; п=367 с1=32; с2=33 с3=64; С4=65 1=25; п=756 с1=66; С2=67 с3=133; с4 =134
250 1=20; п=213 с1=18; с2 =19 С3=37; с4 =38 1=20; п=367 с1=32; с2=33 с3=64; С4=65 1=20; п=756 с1=66; С2=67 с3=133; с4 =134
300 1=17; п=213 с1=18; с2 =19 С3=37; с4 =38 1=17; п=367 с1=32; с2=33 с3=64; С4=65 1=17; п=756 с1=66; С2=67 с3=133; с4 =134
350 1=14; п=213 с1=18; с2 =19 С3=37; с4 =38 1=14; п=367 с1=32; с2=33 с3=64; С4=65 1=14; п=756 с1=66; с2=67 с3=133; с4 =134
Число дефектных изделий, обнаруженных на второй ступени контроля, необходимо суммировать с дефектными изделиями, обнаруженными на первой ступени контроля. Затем сравнить полученное общее число дефектных единиц продукции, обнаруженных в выборках на первой и второй ступенях контроля, с приемочным и браковочным числом второй ступени контроля.
Если общее число дефектных изделий меньше или равно приемочному числу для второй ступени контроля, то производственный процесс продолжается.
Если общее число дефектных единиц продукции равно или больше браковочного числа для второй ступени плана контроля, то производственный процесс останавливается, а оборудование подвергается наладке.
Список литературы
1. Баранова Е.М. Программное обеспечение для расчета операции вытяжки-обжима оболочек // Известия вузов. Сер. «Машиностроение, системы приводов и деталей машин»: сборник материалов международной электронной научно-технической конференции «Творческое наследие Прейса В.Ф.». Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 309 - 312.
2. Баранова Е.М., Землякова Н.С. Разработка системы обеспечения качества оболочек спортивно-охотничьих патронов // XI Международная научно-практической конференции молодых исследователей «Содружество наук. Барановичи-2015». Белоруссия, Барановичи, 2015. С. 111-112.
3. Баранова Е.М., Землякова Н.С. Математическая постановка задачи обеспечения высокого качества оболочек спортивно-охотничьих патронов // Х региональная магистерская научная конференция. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 116-118.
Баранов Андрей Николаевич, канд. техн. наук, доц., an111111 @mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Баранова Елизавета Михайловна, канд. техн. наук, доц., elisafine@yandex.ru, Россия, Тула, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOP PROCEDURES FOR QUALITY CONTROL OF PRODUCTS ON THE BASIS OF CONTEMPORARY APPROACH TO DESIGN TECHNOLOGICAL OPERATIONS
E.M. Baranova, A.N. Baranov
The paper presents an overview of the problem of misalignment of processes of introduction of new production technologies and ensure product quality, the modern procedure of synthesis of control plans to assess the standard of the products.
Key words: control, quality, sampling, control plans, measurement, degree of deformation, sample size, acceptance number, and rejection number.
Baranov Andrej Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, an111111 @mail. ru, Russia, Tula State University,
Baranova Elizaveta Mihajlovna, candidate of technical sciences, docent, elisa-fine@yandex. ru, Russia, Tula State University
