CC BY
51
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 658.562:621.9
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПЛАНА НЕПРЕРЫВНОГО ВЫБОРОЧНОГО КОНТРОЛЯ ACSP-1 В СПИРТОВОДОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
А.С. Горелов, С.А. Лисицын, Д.С. Мартынов
Рассмотрена схема технической системы, реализующей автоматизированный непрерывный выборочный контроль продукции спиртоводочного производства, фасуемой на роторных машинах. Подобраны объемы накопителя и частоты контроля для плана контроля модели ACSP-1 в соответствии с требованиями, заложенными в действующих ГОСТ на спиртоводочную продукцию.
Ключевые слова: автоматизированный непрерывный выборочный контроль, спиртоводочное производство, роторная фасовочная машина, план контроля.
Современное направление развития спиртоводочного производства характеризуется ростом производительности технологического оборудования и уровня автоматизации технологических процессов. К началу ХХ века основным видом технологического оборудования для фасовки (розлива и укупорки) спиртоводочной продукции в бутылки стали многопозиционные роторные (карусельные) машины, цикловая производительность которых варьируется от 100 до 400 шт./мин в зависимости от объема и внешнего оформления бутылок [1, 2].
Создание высокоавтоматизированных производств в спиртоводоч-ной промышленности поставило задачу разработки методологических основ и концепции построения систем автоматизированного статистического контроля, обеспечивающих создание эффективной системы управления качеством производимой продукции.
Методологические основы автоматизированного статистического контроля качества продукции массовых производств базируются на совокупности взаимосвязанных методов [3 - 5]:
- проведения автоматизированного статистического контроля;
- выбора и оценки планов контроля на основе математических моделей среднего выходного качества, затрат, связанных с контролем, информативности использования плана;
- построения системы автоматизированного статистического контроля.
Для проведения автоматизированного статистического контроля качества продукции технически наиболее просто использовать планы непрерывного выборочного контроля модели CSP (continuous sampling plan), предложенные еще в середине прошлого века Доджем и Ромигом, однако эти планы не предназначались для применения в автоматических контрольных устройствах.
В Тульском государственном университете были разработаны планы автоматического непрерывного выборочного контроля моделей АCSP (automatical continuous sampling plan) [4]. Эти планы позволяют проводить контроль ритмично, не снижая производительность технологических устройств. При одностадийном плане АCSP-1 контролируют каждое f-1 изделие f- частота контроля). При этом текущая последовательность i изделий, выпущенных автоматической линией, находится в накопителе. При появлении среди выборочно контролируемых изделий дефектного объем накопителя уводится из потока на разбраковку, а линия налаживается.
Было показано, что средний объем выборки при использовании плана ACSP-1 меньше, чем в случае использования плана CSP-1, причем имеется возможность обеспечения более низких значений предела среднего выходного уровня дефектности при использовании плана ACSP-1.
Применение разработанных планов непрерывного выборочного контроля модели ACSP-1 для решения задач управления качеством продукции в условиях автоматизированного массового поточного производства позволило предложить новый метод и технические средства реализации автоматизированного статистического контроля для ряда отраслей промышленности. Использование предложенного метода обеспечивает ограничение уровня дефектности в контролируемой продукции до определенной величины, заложенной в требованиях Потребителя.
На основе разработанных планов, методов и технических средств предлагается техническая система, реализующая автоматизированный непрерывный выборочный контроль продукции спиртоводочного производства, фасуемой в штучную тару на роторных (карусельных) машинах [6-9].
С целью создания условий для обеспечения высокой производительности роторных машин при соблюдении необходимой длительности цикла контроля в устройстве контроля, определения отказавшей позиции роторных машин, удаления из потока для отбраковки только той части штучной продукции, которая выпущена отказавшими позициями роторных машин, предложено:
- устройство отделения группы из потока для выборочного контроля снабдить счетчиком продукции для определения после вывода продукции из потока и контроля отказавшей позиции роторной машины;
- накопитель снабдить устройством деления единого потока штучной продукции на несколько потоков в соответствии с принадлежностью к определенной позиции роторной машины;
- устройство деления единого потока штучной продукции на несколько потоков снабдить счетчиком продукции для направления продукции на очередной поток;
- устройство удаления накопленной продукции из накопителя в устройство хранения или разбраковки связать с устройством контроля, что позволит получать команду на удаление из накопителя соответствующего потока накопленной продукции в устройство хранения или разбраковки;
- накопитель снабдить устройством объединения нескольких потоков в единый поток продукции после результата выборочного контроля.
Указанный технический результат достигается тем, что высокая производительность однопоточной многопозиционной технологической роторной машины поддерживается делением единого технологического потока штучной продукции на несколько потоков статистического контроля продукции с аналогичной суммарной производительностью, но значительно большей длительностью цикла контроля по сравнению с технологическим циклом. Линейная скорость потоков контроля может быть значительно ниже скорости технологического потока штучной продукции или даже равняться нулю.
На рис. 1 показана схема технической системы, реализующей автоматизированный непрерывный выборочный контроль продукции спирто-водочного производства, фасуемой на роторных машинах, который основан на использовании плана ЛС8Р-1.
Рис. 1. Схема технической системы, реализующей автоматизированный непрерывный выборочный контроль
Техническая система состоит из роторной фасовочной машины 1, роторной укупорочной машины 4, загрузочной звездочки 2 и разгрузочной звездочки 3, транспортного конвейера 5 штучной продукции, устройства отделения группы продукции для выборочного контроля из потока на транспортном конвейере 7, устройства контроля 6, накопителя 10 непро-контролированной части продукции, устройства удаления 11 накопленной продукции из накопителя в устройство хранения или разбраковки, счетчика продукции 12 для определения отказавшей позиции, устройства деления 8 единого потока на раздельные, счетчика 13 продукции для направления продукции на очередной поток, устройства объединения 9 нескольких потоков в единый поток продукции после результата выборочного контроля.
Система работает следующим образом. Транспортный конвейер 5 подводит поток бутылок к загрузочной звездочке 2. Загрузочная звездочка подает их в роторные машины 1, 4 с одноименными позициями, где происходят процессы фасования и укупорки. Далее разгрузочная звездочка 3 перемещает бутылки на транспортный конвейер 5, проходя по которому, они фиксируются счетчиками продукции 12, 13 для определения отказавшей позиции и направления бутылок на очередной поток. Функции отделения из потока группы продукции для выборочного контроля на транспортном конвейере 7 и деления единого потока на раздельные потоки совмещены в одном устройстве 8, которое производит отбор бутылок с определенной частотой контроля, осуществляемого устройством контроля 6. Остальной поток бутылок направляется в накопитель 10 в соответствии с принадлежностью к определенной технологической позиции. При получении команды от контрольного устройства 6 соответствующий поток изымается из накопителя 10 устройством удаления 11 накопленной продукции в устройство хранения или разбраковки.
Для предложенной схемы технической системы контроля, реализующей план ACSP-1 в спиртоводочном производстве, необходимо определить объем накопителя и частоту контроля.
В ГОСТ Р 52472-2005 «Водки и водки особые. Правила приемки и методы анализа» даны рекомендации по проведению приемочного контроля партий водки. При приемке водки проводят проверку качества на соответствие требованиям ГОСТ Р 51074, ГОСТ Р 51355, ГОСТ Р 52194, для чего проводят отбор единиц продукции (бутылок) в выборку методом случайного отбора (табл. 1).
Партию водки принимают, если число бутылок в выборке, имеющих дефекты (негерметичность укупоривания, глубокие царапины, потертость, придающую поверхности матовость, ржавчину и другие загрязнения), а также дефекты этикеток (деформация, разрывы, перекосы, морщины, подтеки и разводы от неводостойких красок, нечеткие рисунки и т.п.), меньше или равно приемочному числу, и бракуют, если оно больше или равно браковочному числу.
Таблица 1
Параметры для приемочного контроля партий водки (по ГОСТ Р 52472-2005)
Объем партии водки, шт. Объем выборки Приемочное число Браковочное число
До 500 вкл. 8 1 2
От 501 до 1200 вкл. 20 2 3
От 1201 до 10000 вкл. 32 3 4
От 10001 до 35000 вкл. 50 5 6
От 35001 до 50000 вкл. 80 7 8
Св. 50000 125 10 11
При получении неудовлетворительных результатов хотя бы по одному органолептическому, физико-химическому показателю или полноте налива проводят повторные анализы на удвоенной пробе от той же партии. При получении повторно неудовлетворительного результата хотя бы по одному органолептическому, физико-химическому показателю или полноте налива анализируемую партию водки бракуют.
Значения, приведенные в табл. 1, были использованы для расчета предельного среднего выходного уровня дефектности, который должен гарантировать планы контроля партий водки.
Вероятность приёма партии продукции рассчитывали по формуле
c
P(q) = Pn(m £ c) = £Pn(m) = Pn(0) + Pn(l)+ ... + Pn(c), (1)
m=0
где q = D - уровень дефектности продукции; D - число дефектных изде-
N
лий, шт.; N - объем партии, шт.; n - объём выборки продукции, шт.; m -число дефектных изделий в выборке, шт.; c - приёмочное число, шт. Расчёт вероятностей вели по биноминальному закону
Pn (m ) = Сnq (1 - q) , Сп =—,-чТ. (2)
m\-(n - m)!
При расчете вероятностей использовалась функция Excel БИНОМРАСП (m; n ; q; ЛОЖЬ).
В результате расчёта вероятностей по формуле (2) и подстановки их значений в уравнение (1) получали значения P(q).
Далее рассчитывали средний уровень дефектности после контроля
q = q • ■ P(q). (3)
Были построены графические зависимости среднего выходного уровня дефектности от уровня дефектности для объемов партий 500, 1000, 10000, 25000, 50000 и 100000 шт. (рис. 2, 3).
7
а
б
в
Рис. 2. Кривые среднего выходного уровня дефектности при объеме партии продукции: а - N=500 шт.; б - N=1000 шт.; в - N=10000 шт.
а
б
в
Рис. 3. Кривые среднего выходного уровня дефектности при объеме партии продукции: а - N=25000 шт. ; б - N=50000 шт. ; в - N=100000 шт.
Значения предельного выходного уровня дефектности qL, соответствующие максимуму среднего уровня дефектности после контроля, найденные из графиков (см. рис. 2, 3), приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты расчета предельного выходного уровня дефектности
Объем партии водки, шт. qL
До 500 вкл. 0,1014
От 501 до 1200 вкл. 0,0682
От 1201 до 10000 вкл. 0,0608
От 10001 до 35000 вкл. 0,0636
От 35001 до 50000 вкл. 0,0562
Св. 50000 0,0521
Анализируя полученные значения, можно сделать вывод о том, что при объеме партии от 1201 до 10000 шт. требования к предельному выходному уровню дефектности жестче, чем для соседних объемов. Это свидетельствует о том, что использование приемочных и браковочных чисел вносит погрешность, связанную со значительным шагом получаемых значений среднего выходного уровня дефектности.
На основе полученных данных были подобраны частоты контроля f и объемы накопителя г, обеспечивающие требуемые предельные выходные уровни дефектности при использовании одностадийного плана автоматического непрерывного выборочного контроля модели ЛС8Р-1.
Рассчитывали значение уровня дефектности ^ до контроля, соответствующее предельному выходному уровню дефектности qL :
= _ f _ Йь _ 2 qL _1 _
2( fqL _ f +1) К
f _ fqL _ 2qL _ 1 . 2^ _ f +1) .
2
2qL
fqL _ f+1
(4)
Затем расчетный объем накопителя определяли по формуле
/ = —(5)
и полученное значение 1расч округляли до ближайшего целого числа г. Результаты расчетов показаны в табл. 3.
Как следует из полученных результатов, требуемый объем накопителя в наибольшей степени определяется заданной частотой контроля, чем объемом контролируемой партии.
Таблица 3
Параметры плана ЛС8Р-1
Объем партии водки, шт. I /
До 500 вкл. 0,25 7
0,33 4
От 501 до 35000 вкл. 0,25 10
0,33 6
От 35001 до 50000 вкл. 0,25 11
0,33 7
Св. 50000 0,25 12
0,33 7
Таким образом, для предложенной схемы технической системы, реализующей автоматизированный непрерывный выборочный контроль продукции спиртоводочного производства, фасуемой на роторных машинах, были подобраны объемы накопителя и частоты контроля для плана контроля модели ACSP-1 в соответствии с требованиями, заложенными в действующих ГОСТах на спиртоводочную продукцию.
Авторы выражают искреннюю благодарность профессору В.В, Прейсу за ценные замечания при подготовке рукописи и научное редактирование статьи.
Список литературы
1. Бондаренко Д.С., Прейс В.В. Автоматические роторные и ротор-но-конвейерные машины и линии в пищевых производствах // Вестник машиностроения. 2003. № 7. С. 37 - 43.
2. Прейс В.В., Фролович Е.Н. Компоновка, производительность и надежность роторных машин для розлива жидких продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. Вып. 4. С. 3 - 14.
3. Горелов А.С., Прейс В.В., Сосков В.Б. Системы отбора и подготовки проб для автоматизированного статистического контроля качества нештучной продукции / под. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ. 2006. 104 с.
4. Автоматизация статистического контроля качества пищевой продукции в массовых производствах / А.С. Горелов [и др.]; под науч. ред. В.В. Прейса. 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. 140 с.
5. Горелов А. С., Прейс В.В., Сосков В.Б. Теоретические основы синтеза структур автоматизированных систем отбора и подготовки проб нештучной продукции // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2008. Вып. 1. С. 234-248.
11
6. Лисицын С.А., Морозов В.Б., Прейс В.В. Задачи статистического моделирования процедур непрерывного (выборочного) контроля параметров розлива и упаковки напитков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 1: в 2 ч. 2009. Ч. 1. С. 205-211.
7. Лисицын С. А., Морозов В.Б., Прейс В.В. Обеспечение качества розлива ликероводочной продукции на роторных (карусельных) машинах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 2: в 2 ч. 2010. Ч. 1. С. 196-204.
8. Лисицын С. А., Статистический анализ дефектов водочных бутылок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 7: в 2 ч. 2013. Ч. 1. С. 139-143.
9. Горелов А.С., Лисицын С.А., Морозов В.Б., Статистическое исследование точности работы дозаторов роторной машины для розлива водок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 7: в 2 ч. 2013. Ч. 1. С. 133-138.
Горелов Александр Стефанович, канд. техн. наук, доц., asgorelov@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лисицын Сергей Александрович, инженер, serzhlisayandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мартынов Дмитрий Сергеевич, магистр, martynov91 1arambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
IDEALISED JUSTIFICA TION OF ENGINEERING IMPLEMENTA TION OF THE SCHEDULE OF CONTINUOUS SAMPLING ACSP-1 IN ALCOHOL AND VODKA PRODUCTION
A.S. Gorelov, S.A. Lisitsyn, D.S. Martynov
The scheme of the engineering system realising the computerised continuous percentage inspection of commodity alcohol and vodka production, packed on rotor computers is considered. Volumes of the store and frequency of monitoring 4 the schedule of monitoring of model ACSP-1 according to the requests mortgaged in operating GOST on commodity of alcohol and vodka production are selected.
Key words: the computerised continuous percentage inspection, alcohol and vodka production, a rotor powder filler, the monitoring schedule.
Gorelov Alexander Stefanovich, candidate of technical scienses, the senior lecturer, asgorelo varambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lisitsyn Sergey Aleksandrovich, the engineer, serzhlisayandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Martynov Dmitry Sergeevich, the master, martynov91 larambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
