СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК. 658.511

DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-484-490

СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Л.В. Лапшова, Е.В. Плахотникова

В работе рассмотрены методики оценки качества технологических процессов изготовления деталей в машиностроении, проведен их анализ, сравнение и сделан вывод их эффективности.

Ключевые слова: качество, технологический процесс, методика Харрингтона, Т-критерий, сигнал/шум, точность.

Технологический процесс в значительной степени влияет на качественные характеристики продукта. Несовершенство процесса может вызывать существенные отклонения характеристик от номинальных значений, заложенных в технических заданиях и конструкторской документации.

В общем случае для оценки качества технологического процесса по совокупности показателей необходимо:

1. выбрать показатели качества технологического процесса;

2. определить методику количественной оценки показателей качества и их весовой значимости;

3. выбрать методику оценки обобщенного качества технологического процесса;

4. провести анализ полученных результатов для принятия решений, направленных на улучшения качества технологического процесса.

Любой технологический процесс можно оценить по совокупности технических, экономических, эргономических, эстетических показателей и показателей безопасности. Общая номенклатура показателей представлена в табл. 1.

В зависимости от особенностей технологического процесса в номенклатуре показателей качества могут отсутствовать группы показателей, не свойственных данному процессу, либо, напротив, по согласованию с потребителем номенклатура может быть дополнена другими показателями.

Выбор методики количественной оценки показателей качества технологического процесса зависит от их физической сущности. Для оценки подходят как экспериментальные, так и теоретические (расчетные) методы.

Весовую значимость показателя можно оценить путем нахождения коэффициента весомости.

Все перечисленные этапы и методы их реализации являются общеизвестными и имеют широкую область применения.

Таблица 1

Показатели качества технологического процесса_

Технические Экономические Эргономические и эстетические Безопасность

Точность Стабильность Надежность Уровень автоматизации Быстродействие Контролируемость Уровень выхода годной продукции Патентная чистота Материалоемкость Металлоемкость Энергоемкость Производительность Технологическая трудоемкость Технологическая себестоимость Экономичность Удобство обслуживания и управления Гигиеничность Уровень токсичности Уровень шума Взрывобезопас-ность Степень загрязнения окружающей среды

Для реализации следующего этапа оценки имеются различные вариации, но в большинстве случаях для оценки качества технологического процесса в рамках СМК используют методику Харрингтона. В её основе лежит использование так называемого безразмерного обобщенного показателя, учитывающего всю совокупность необходимых потребителю единичных показателей технологического процесса [1].

В качестве такого показателя принимается обобщенная функция желательности Хар-рингтона.

Обобщенная функция желательности В определяется как среднее геометрическое из частных значений функций желательности й с учетом весовой значимости каждого показателя.

п I ои

» = , (1)

где п - число единичных показателей технологического процесса; ви - коэффициент весомости показателя; и - номер показателя в ранжированной последовательности.

Частная функция желательность - это значение частного единичного показателя, переведенного в безразмерную шкалу желательности.

Шкала желательности имеет вариацию от 0 до 1, где й =1 - лучшее значение показателя, 0 - его наихудшее значение [1, 2].

Первоначальным этапом построения обобщенной функции желательности является задание границ допустимых значений (у) для всех единичных показателей, например на основе стандартов и норм. При этом ограничения могут быть односторонние или двухсторонние [3]. Если улучшение характеристики происходит только при однонаправленном изменении показателя - ограничение носит односторонний характер (у,< утах или у, > утт). Если изменение показателя вероятно в обе стороны, то отграничение носит двухсторонний характер (утт <у, < Утах).

Методика Харрингтона [1], как математическая зависимость оценки от показателя, выражается экспоненциальной зависимостью.

Для одностороннего ограничения функция Харрингтона задается формулой:

й = {е~е )~У , (2)

где й - шкала желательности, у — кодированное значение частного показателя, то есть его значение в условном масштабе, рассчитывается как:

У

У Утт

или у

Утах У

Утт Утах

Графическая зависимость представлена на рис. 1.

(3)

очень хорошо

▼

очень плохо

-6 -5 -4 -3 -2 -1 О Кодированное значение показателя Рис. 1. Функция желательности с односторонним ограничением

При двухстороннем ограничении функция желательности задается следующей форму-

лой:

где п - показатель степени; у формуле:

й = (е~У )п , (4)

кодированное значение частного показателя рассчитывается по

У

2у- 'Утах Утт

(5)

на рис. 2.

Утах+Утт

Графическая зависимость функции с двухсторонним ограничением представлена

очень хорошо

У

очень плохо

-3-2-10 12

Кодированное значение показателя

Рис. 2. Функция желательности с двухсторонним ограничением

Функция желательности имеет критические или базовые точки (точки перегиба). Задаются границы вариаций желательности, руководствуясь строгими интервальными диапазонами, представленными в табл. 2.

Таблица 2

Границы градаций желательности_

Лингвистическая оценка желательности Интервалы значений функции желательности

Очень хорошо 1,00—0,80

Хорошо 0,80—0,63

Удовлетворительно 0,63—0,37

Плохо 0,37—0,20

Очень плохо 0,20—0,00

Коэффициенты весомости показателей технологического процесса определяются экспертным методом. Далее составляется ранжированный ряд показателей в порядке возрастания суммы рангов и определяется их значимость. Расчет значимости производиться по формуле:

, (6) Результаты такого расчета представлены в таблице (табл. 3).

Таблица 3

Показатель значимости процесса ___

Ранг 1 2 3 4 5 6 да

Показатель

1,00 1,00 0,78 0,45 0,29 0,176 0,00

значимости

Сравнение шкалы стандартных оценок (см. табл. 2) и обобщенной оценки процесса определяет уровень качества технологического процесса. Он будет тем выше, чем большее значение имеет обобщенная функция желательности.

Отличительной особенностью рассмотренной методики является применение безразмерного обобщенного показателя, учитывающего всю совокупность показателей необходимых потребителю характеристик технологического процесса.

В качестве альтернативного варианта рассмотрим ещё одну методику оценки технологического процесса по критерию «сигнал/шум» [4].

В соответствии с данной методикой обобщенной характеристикой качества технологического процесса будет являться соотношение показателя «сигнал» к показателю «шум»:

Т = — (7)

Ш

Показатель «сигнал» является комплексной относительной оценкой и рассчитывается по следующей формуле:

С = Т7[1 -х (ОБ,~ Оу)] = ¡1 (1 - ) = ЛС1, (8)

1 Об, 1 1

где С,=1-£,- - значение «сигнала» для единичной выходной характеристики,

О Б1, О У1 - средние значения единичных выходных характеристик базового и сравниваемого технологического процесса соответственно;

_ _ С, = 1 - (^у, - да ь (9)

где д Б., д - средние значения доли дефектности базового и сравниваемого технологического процесса [5].

Значение критерия «шум» рассчитывается по формуле:

" О - О

Шъ= 1 - П[1 - X. х^тах 1 ^1 ], (10)

1 О

тах,

где Отах - Отт - вариация значений единичных показателей.

486

Т-критерий позволяет связать его величину с уровнем дефектности - главным параметром деятельности предприятия [4]. График взаимосвязи представлен на рис. 3.

1 и ш

х

= 20

Р

о. 15

а

^ 10

5

X

? 5

Я

Д 0

ОД 0,25 0,5 0,75 Уровень дефектности Рис. 3. Взаимосвязь Т-критерия и уровня дефектности

На рисунке (рис. 3) выделены три зоны: I - зона желательного критерия с заданным уровнем дефектности; II - зона нежелательного критерия при избыточном уровне дефектности; III - зона неприемлемого Т-критерия.

Для сравнения методик представим пример их реализации. Для оценки рассмотрим две технологических операции: «вырубка» и «резка».

Вырубка — это операция полного отделения изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига [6]. Вырубку при листовой штамповке осуществляют пуансоном и матрицей, конфигурация которых соответствует конфигурации детали.

Резка. Получение заготовок производится на ленточнопильном оборудовании для резки металлов и сплавов. Ленточной пилой можно резать сразу пакет прутков, что увеличивает производительность.

Номенклатура единичных показателей качества (ЕПК) и их количественные оценки представлены в табл. 4.

Таблица 4

Значения единичных показателей качества

№ п/п Наименование единичных показателей качества Вырубка Резка Базовое значение

1 Стабильность Ql 2500...3000 4000.5000 4000.5000

2 Точность Q2 0,02.. .0,03 0,03.0,04 0,02.0,03

3 Коэффициент использования материала Qз 0,65.0,72 0,75.0,8 0,75.0,8

4 Производительность Q4 2400.2500 1000.1100 2400.2500

5 Базирование заготовки Q5 8.9 8.9 8.9

6 Влияние уровня анизотропии Q6 6.7 1.2 1.2

7 Уровень шума Q7 8.10 2.3 2.3

В последнем столбце (см. табл. 4) приведены базовые значения показателей. В качестве базы приняты наилучшие значения показателей. Их идентификация позволит оценить уровень желательности для методики Харрингтона и провести оценку параметра «сигнал» для методики оценки по критерию «сигнал/шум».

Весовая значимость показателей была определена экспертным путём, что позволило для методики Харрингтона определить ранг и значимость каждого показателя, а для методики «сигнал/шум» их относительное значение. Результаты сведены в табл. 5.

Далее по методике Харрингтона были определены кодированные значения частных показателей и значения частных желательностей (табл. 6).

Обобщенная функция желательности В с учетом весовой значимости каждого показателя рассчитана по формуле 1. Результаты расчетов приведены ниже.

ИВ = ^0,671 -11 •0,57°,45 •1°,172 •1°,29 -0,03°,78 •0,07°,172=0,54,

0р = ^11 -0,67х •1°,45 -0.560,172 •1°,29 •1°,78 •01ОД72=0,92.

По методики «сигнал/шум» был произведен расчет параметров «сигнал» (табл. 7) и параметров «шум» (табл. 8, 9).

Таблица 5

Весовые коэффициенты, ранг и значимость показателей_

№ Единичные Относительные значения Ранг единичного Показатель значимости

п/п показатели качества (00 весовых коэффициентов (й) показателя

1 Ql 0,168 2 1,00

2 02 0,169 1 1,00

3 Qз 0,13 4 0,45

4 Q4 0,12 6,5 0,172

5 05 0,127 5 0,29

6 Q6 0,166 3 0,78

7 Q7 0,12 6,5 0,172

Таблица 6

Значения показателей качества

№ п/п Единичные показатели качества (00 для операции «вырубка» для операции «резка»

у-в diв У-Р diР

1 Ql -0,4 0,67 0 1

2 02 0 1 0,4 0,67

3 Qз -0,55 0.57 0 1

4 Q4 0 1 -0,57 0.56

5 05 0 1 0 1

6 Q6 3,3 0.03 0 1

7 Q7 2.6 0.07 0 1

Таблица 7

Определение параметра «сигнал»

№ Единичные пока- Значения параметра «сигнал» для опе- Значения параметра «сигнал» для операции

п/п затели качества рации «вырубка» «резка»

(00 Cei _1" (Я1 " qБi) СР- -1- (ЯР,- ЧБ!)

с -1 ;; (йб--е-) (йп-й ) С -1 £х Б ^

Q Б, й Б

1 Ql 0,934 1

2 02 1 0,99

3 03 0,91 1

4 04 1 0,931

5 05 1 1

6 06 0,45 1

7 07 0,688 1

Обобщенное значение параметра «сигнал» для каждой технологической операции было рассчитано по формуле (8). Для технологической операции «вырубка» данное значение составило 0,855, а для операции «резка» 0,989.

Таблица 8

Определение параметра «шум» для операции «вырубка»_

№ п/п Относительные значения весовых коэффициентов №) qmax (для ЕКП 2); йтах1 (для ЕКП 1,3-7) qmin (для ЕКП 2); йтш (для ЕКП 1,3-7) ШШ _ £ V/ ( q тах - ^ q тт - ) ' 2 ШШ _ £ .. (йтах- йт\т ) х^тах,

1 0,168 3000 2500 0,028

2 0,169 0,03 0,02 0,005

3 0,13 0,72 0,65 0,013

4 0,12 2500 2400 0,005

5 0,127 9 8 0,015

6 0,166 7 6 0,024

7 0,12 10 8 0,024

Таблица 9

Определение параметра «шум» для операции «резка»

№ п/п Относительные значения весовых коэффициентов №) $тах ( для ЕКП 2); 0тах1 (для ЕКП 1,3-7) Цтт (для ЕКП 2); Цтш (для ЕКП 1,37) ШШ _ £ / ($тах * 2 $тт / ) ШШ _£ / (0тах/ 0тт/ ) ' 0 г^тах/

1 0,168 5000 4000 0,034

2 0,169 0,04 0,03 0,006

3 0,13 0,8 0,75 0,009

4 0,12 1100 1000 0,011

5 0,127 9 8 0,015

6 0,166 2 1 0,083

7 0,12 3 2 0,04

Обобщенное значение параметра «шум» было рассчитано по формуле (10).

Результирующие значения параметра для операции «вырубка» составили: ШВ = 0,108; Шр = 0,184.

Определив все необходимые параметры произведем растем Т- критерия (формула 7). В результате:

0,855 0,989 „„

1В =-= 7,91 и 1Р =-=5,375.

В 0,108 Р 0,184

Для сравнения методик проведём анализ полученных результатов.

В соответствие с результатами, полученными по методике Харрингтона, обобщенная функция желательности: технологическая операция «вырубки» - удовлетворительная, а «резка» - очень высокая. Очевидно, что в данном случае при выборе технологической операции необходимо отдавать предпочтение операции «резка».

По методике «сигнал/шум» из полученных значений Г-критерия вырубка работает в целом в 1,3 раза лучше. То есть в соответствие с методикой «сигнал/шум» мы наблюдаем обратную ситуацию.

Объяснить полученные результаты позволяет дифференциация параметров Т-критерия. Сравним технологические операции по параметру «сигнал». В данном случае «вырубка» уступает «резки» в 1,15 раза, что говорит о более высоких возможностях «резки» по качеству выходной характеристики продукции. По параметру «шум» «вырубка» выигрывает у «резки» в 1,7 раза, что говорит о более высокой точности процесса «вырубки». Следует отметить, что именно точность процесса определяет потери производителя и потребителя.

Подводя общий итог следует сделать вывод, что методика Харрингтона позволяет оценить только качественную составляющую технологического процесса, в то время как анализ по критерию «сигнал/шум» (Т-критерий) позволяет получить адекватную оценку всей производственной системы, определить вариабельность выходных характеристик и их устойчивость к внешним воздействиям. Такой комплексный подход к оценке технологического процесса позволит не только дать количественную характеристику качества, но и подобрать эффективные методы уменьшения чувствительности выходных характеристик к вариации параметров.

Список литературы

1. Буткевич Р.В., Клочков Ю.С., Яницкая Т.С., Ярыгин С.А. Методические основы количественного оценивания технологических процессов // Известия Самарского научного центра РАН. 2005. Т. 7, № 2. С. 456-463.

2. Самовалов Ю.Ю., Бурб О.И. Оценка эффективности научных и научно-технических на основе обобщенной функции Харрингтона. doi: 10.26906^ЦК2.2018.4.077.

3. Михайловский, И.А. Управление качеством изделий на основе регламентации комплекса требований к процессам их производства// Век качества, - № 2, - 2011. - с. 49-51.

4. Протасьев В.Б., Плахотникова Е. В., Литвинова И.В. Методика оценки состояния производственных систем по критерию «сигнал/шум» на примере технологических процессов изготовлении продукции из прутковых заготовок// Черные металлы. - 2018. - № 6. - С. 20-25.

5. Лапшова Л.В. Оценка технологических процессов изготовления заготовок типа "кружок" по критерию «сигнал/шум» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 4. С. 222-228

6. ГОСТ 18970-84 Обработка металлов давлением. Операция ковки штамповки. Термины и определения. М., 1984.

Лапшова Лариса Владимировна, аспирант, 9622765675@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Плахотникова Елена Владимировна, д-р техн. наук, доцент, e_plahotnikova@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

COMPARISON OF METHODS FOR ASSESSING THE QUALITY OF TECHNOLOGICAL

PROCESSES FOR MANUFACTURING PARTS IN MECHANICAL ENGINEERING

L.V. Lapshova, E.V. Plakhotnikova

The paper considers methods for assessing the quality of technological processes for manufacturing parts in mechanical engineering, analyzes them, compares them, and concludes their effectiveness.

Key words: quality, technological process, Harringtong technique, Shuhart maps.

Lapshova Larisa Vladimirovna, postgraduate, 9622765675@mail.ru, Russia, Tula, Tula state University,

Plakhotnikova Elena Vladimirovna, doctor of technical sciences, professor, e_plahotnikova@mail.ru, Russia, Tula, Tula state University

УДК 658.5

DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-490-494

ПРИМЕНЕНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

Д.Б. Белов, А.А. Гореликов

В статье рассмотрено применение инструментов бережливого производства для повышения эффективности процессов предприятий. Приведен пример оптимизации одного из этапов производства металлоконструкций с помощью такого инструмента бережливого производства, как картирование процессов. Показана экономия времени путем сравнения диаграмм Ганта.

Ключевые слова: бережливое производство, эффективность производства, картирование процесса, качество, диаграмма Ганта, стандартизированная работа, стратегическое планирование, улучшение.

Бережливое производство — это методология, направленная на устранения отходов изготовления продукции, излишних затрат и совершенствования процесса производства. Преимуществом этой методологии является постоянное повышение уровня удовлетворенности потребителей и улучшение качества выпускаемого продукта [1, 2].

Сущность бережливого производства заключается в комплексном подходе, включающем оптимизацию процессов, выявления потерь и поиска путей их устранения. Данный подход применим к любому предприятию и процессу [3].

Рассмотрим его на примере процесса покраски и упаковки металлоконструкций.

Основные направления оптимизации данного процесса:

1. Организация стратегического планирования производства.

2. Организация логистического и информационного взаимодействия.

3. Повышение качества продукции.