Влияние работы оборудования на качество и эффективность производства изделий из пластмасс Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 65.011:678

12 3

А.Ю. Панов , Д.М. Сатаева , А.А. Брехова

ВЛИЯНИЕ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева1, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет2, Дзержинская производственная компания, г. Дзержинск

Основным предметом анализа является влияние работы технологического оборудования на качество автомобильных компонентов, изготавливаемых методом литья пластмасс под давлением. В работе применены методы: фасет-ный метод классификации; диаграмма Исикавы, анализ экономических рисков. Разработана классификация несоответствий изделий из пластмасс. Определены причины появления несоответствий изделий. Установлено влияние работы оборудования на появление дефектов литьевых деталей. Проведен прогнозный экономический расчет потерь, возникающих вследствие изготовления некачественной продукции, и возможных срывов поставок по причине сбоев в работе оборудования. Выявлена необходимость разработки системы прогнозирования технического состояния оборудования, позволяющей предотвращать сбои в работе и обеспечивающей реализацию требований стандарта IATF 16949:2016 в отношении проведения анализа существующих рисков и выполнения предупреждающих действий.

Ключевые слова: IATF 16949:2016, автомобильный компонент, анализ рисков, дефект, контроль качества, литье под давлением, несоответствие, оборудование, предупреждающие действия, производство, термо-пластавтомат, финансовые риски.

В автомобильной промышленности вопросы безопасности, качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции становятся все более актуальными в связи с растущими требованиям рынка и необходимостью следования тенденции постоянного совершенствования как самих транспортных средств, так и входящих в их состав автомобильных компонентов.

На сегодняшний день ассортимент автокомпонентов чрезвычайно широк. Они имеют различное функциональное назначение и изготавливаются из самых разных материалов. Достаточно широкое распространение среди них получили изделия из пластмасс: это детали интерьера и экстерьера транспортных средств (включая крупногабаритные корпусные детали), детали панелей приборов и прочие изделия, входящие в состав других узлов автомобиля.

Одним из самых распространенных и прогрессивных методов производства этих деталей является литье пластмасс под давлением. Его главные достоинства: высокая производительность, высокая точность получаемых изделий, возможность изготовления деталей весьма сложной геометрической формы, возможность изготовления армированных изделий, деталей из вспенивающихся пластиков и др. Кроме того, при массовом производстве продукции методом литья под давлением её цена может быть значительно ниже по сравнению с аналогичным производством деталей другими методами.

Вопросы, связанные с применением данной технологии, рассматривались такими авторами, как Т. Оссвальд [1], М. Бихлер [2], Э.Л. Калинчев [3], В.Г. Бортников [4] и др. В их работах описаны основные аспекты литья под давлением: особенности технологического процесса и используемых материалов, правила конструирования литьевых форм и самих изделий, а также методы оценки их стоимости, рассмотрены вопросы управления технологическим процессом, в частности, способы выявления и устранения дефектов, но без учета возможных отказов технологического оборудования и прогнозирования его состояния в процессе работы.

Целью настоящей статьи является оценка влияния работы оборудования на качество и эффективность производства изделий из пластмасс, а также анализ возможности предупреждения сбоев в его работе для исключения возникающих по этой причине несоответствий и, следовательно, снижения затрат предприятия-производителя.

В общем виде весь процесс производства литьевых изделий из пластмасс может быть описан схемой, представленной на рис. 1.

© Панов А.Ю., Сатаева Д.М., Брехова А.А., 2018.

Рис. 1. Этапы производства деталей из пластмасс методом литья под давлением:

ТПА - термопластавтомат

Рис. 2. Классификация несоответствий изделий из пластмасс, изготавливаемых методом литья под давлением

Рис. 3. Возможные причины несоответствий, возникающих при литье под давлением

Фактически изготовление детали представляет собой одноступенчатую операцию: за один единственный рабочий шаг в процессе литья под давлением формованная масса преобразуется в готовое изделие. И качество этого изделия может быть оценено уже только по окончании технологического цикла (совокупности согласованных друг с другом рабочих операций, выполняемых машиной для изготовления каждой отливки). Таким образом, о необходимости каких-либо корректирующих действий свидетельствует именно качество продукции на выходе.

Несоответствия изделий, изготавливаемых данным методом, могут быть сгруппированы по различным признакам:

• видам несоответствий;

• причинам возникновения;

• способам обнаружения;

• возможности устранения.

Оптимальным способом систематизации информации о несоответствиях в данном случае является классификация с применением фасетного метода: согласно РД 50-699-90 именно он применяется для классификации данных о несоответствиях, а в качестве фасетов рассматривается набор признаков.

Данный метод обеспечивает образование соответствующих классификационных группировок путем комбинации значений, взятых из определенных фасетов. Набор фасетов при этом представляет собой группу признаков, по которым многократно и независимо делится классифицируемая информация. Фасетный метод обладает большой гибкостью, позволяя образовывать новые классификационные группировки, включать новые и исключать старые фасеты, хорошо приспособлен к машинной обработке [5].

Предлагаемая классификация несоответствий литьевых изделий из пластмасс представлена на рис. 2.

Проблемы в процессе литья под давлением или дефекты отливки могут быть вызваны многочисленными причинами, которые могут зависеть от машины, пресс-формы, материала и технологических режимов (рис. 3) [1]. Поэтому важнейшую роль играет установление связи между самим несоответствием и причиной его появления, то есть сопоставление первых двух признаков представленной классификации.

Результаты анализа влияния работы оборудования, оснастки, используемого сырья и технологических параметров литья на возникновение того или иного дефекта приведены в табл. 1.

На возникновение каждого вида несоответствия может оказывать влияние не один, а сразу несколько факторов. Причем, как показывает практика, большинство дефектов может быть устранено в первую очередь регулировкой технологических параметров литья или заменой перерабатываемого материала. Реже причиной возникающих несоответствий являются ошибки при проектировании пресс-формы, необходимость доработки которой связана с определенными затратами, зависящими от сложности производимых работ.

Наименее вероятной причиной несоответствий, возникающих при литье под давлением, является сбой в работе термопластавтомата (табл.1 ). Однако в случае возникновения подобных сбоев они влекут за собой самые большие временные и материальные затраты, связанные с ремонтом (как правило, дорогостоящим) и простоем оборудования, влекущим за собой риск невыполнения производственного плана и соответственно срыв поставки продукции в адрес потребителя.

В табл. 2 представлена информация о том, какие неисправности в работе оборудования могут приводить к тем или иным дефектам литьевых деталей.

Таблица 1

Сопоставление дефектов литьевых изделий и их возможных причин

Вид несоответствия Возможные причины возникновения несоответствия

Технологические параметры литья Материал Оснастка (пресс-форма) Оборудование (ТПА)

Утяжины + + + -

Пригарные свили + + + +

Влажностные свили - + + -

Воздушные свили + - + -

Цветовые свили + + - -

Стекловолоконные свили + + - -

Включения воздуха + - + +

Усадочные раковины / вакуоли + - + -

Газообразные включения + + - +

Спай + + + -

Глянец / различия в глянце + + + -

Образование свободной струи + - + -

Эффект грампластинки + - - -

Матовые места в зоне впускного литника + - + -

Детали с недоливом + - + +

Дизельный эффект / пригар + - + -

Детали с переливом (облой / перепонки) + - + -

Белый разрыв / трещины вследствие внутренних напряжений + - + -

Видимые отпечатки выталкивателя + - + -

Деформация при извлечении из формы + + + -

Отметины извлечения + - + -

Отслаивание поверхностного слоя + + - -

Холодная пробка + - + -

Образование нити + - + +

Темные точки + + + +

Образование налета + + - -

Коробление + + + -

Тигровые линии + + - -

Неравномерно заполненные детали /аномалии течения + - + -

Отклонения размеров и массы + - - +

Таблица 2

Дефекты, возникающие вследствие неисправности оборудования

Вид дефекта

Влияние работы оборудования

на возможность появления _дефекта_

1

2

Пригарные свили

Износ узла пластикации

Включения воздуха

Сбои в функционировании / загрязнение / износ узла пластикации

Сбои в функционировании / загрязнение / износ узла пластикации

Детали с недоливом

Износ узла пластикации

Окончание табл. 2

1

2

Образование нити

- Нарушение функционирования датчика температуры;

- Износ сопла

Темные точки

- Загрязнения или износ узла пластикации, литниковой системы и горячего канала;

- Износ шнека и цилиндра

Недостаточное уплотнение материала при литье _деталей (отклонения массы / размеров)_

Износ узла пластикации

Главная сложность заключается в том, что отказы в работе оборудования, чаще всего, выявляются только по факту обнаружения несоответствующей продукции в процессе литья. Из всех перечисленных в табл. 2 неисправностей литьевой машины предвидеть заранее, как правило, удается только износ шнека (то есть постепенное уменьшение его диаметра). О его состоянии в процессе работы термопластавтомата можно судить по величине так называемой «подушки» расплава: чем менее стабилен данный параметр при литье, тем больше степень износа шнека.

Оценить состояние остальных узлов и элементов литьевой машины в процессе её работы практически не представляется возможным. И если неисправность не будет замечена и устранена при проведении плановой профилактики оборудования, то эта проблема выявится уже в ходе производственного процесса при обнаружении дефектной продукции. И помимо потерь от брака организация понесет ещё и потери, обусловленные простоем вышедшего из строя оборудования.

Практически единственным из перечисленных несоответствий (табл. 2), которое может быть пропущено в процессе литья, является недостаточное уплотнение материала. По внешнему виду и геометрическим параметрам недоуплотненная деталь может соответствовать заявленным требованиям, но на последующих этапах производственного процесса, например, при её обработке на других технологических операциях, полученная в результате продукция может оказаться несоответствующей.

Таблица 3

Расчет потерь от брака

Наименование Количество единиц Наименование Норма Цена Сумма (руб.) Наименование Норма времени Расценка, Стоимость Общая

изделия несоответствующей материала / ком- расхода за кг / шт. по материалам и работ работ на ед. руб./ч работ, стоимость,

продукции плектующих на ед. комплектующим руб. руб-

Фильтр мас- 480 шт. Вторичная переработка

ляный (в сборе) (9 % от месячного плана производства) - - - - Демонтаж фильтра 0,05 ч 118 2 832,00 3 312,00

Дробление литьевых деталей (для последующей переработки) 0,01 ч 100 480,00

Утилизация

Полиамид (потери при дроблении) 0,008 кг 140 руб./кг 537,60 Литье 0,03 ч 118 1 699,20

Фильтрующий элемент 1 шт. 30 руб./шт. 14 400,00 Сборка/ сварка 0,03 ч 110 1 584,00 18 220,80

ИТОГО: 14 937,60 6 595,20 21 532,80

Таблица 4

Расчет потерь от простоя

Вид потерь, руб. Время простоя (в часах):

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Потерянные продажи 18000 36000 54000 72000 90000 108000 126000 144000 162000 180000 198000 216000 234000 252000 270000 288000 306000 324000 342000 360000 378000 396000 414000

Потери производительности труда (1 чел. -литейщик) 118 236 354 472 590 708 826 944 106 2 118 0 129 8 141 6 153 4 165 2 177 0 188 8 200 6 212 4 224 2 236 0 247 8 259 6 271 4

Штрафные санкции (в случае срыва поставок) Использование страхового запаса продукции 195300 390600 585900 781200 976500 1171800 1367100

ИТОГО: 18118 36236 54354 72472 90590 108708 126826 144944 163062 181180 199298 217416 235534 253652 271770 289888 503306 716724 930142 1143560 1356978 1570396 1783814

Так, при производстве масляных фильтров производится сварка трением пластиковых частей корпуса, и недоуплотнение детали в области сварки может привести к такому виду несоответствия, как негерметичность фильтра, которая будет выявлена в ходе проверки только на следующем этапе производства.

Таким образом, в данном случае из-за брака литья одного из полуфабрикатов будет забракована уже готовая продукция, что повлечет за собой соответствующие потери для предприятия-производителя (расчет приведен в табл. 3).

Кроме того, необходимо учитывать ущерб, понесенный предприятием вследствие простоя оборудования, выражающийся в стоимости потерянных продаж, а также в размере штрафных санкций, налагаемых на поставщика в случае срыва поставок: просрочки поставки или недопоставки продукции.

Для рассмотренного примера в табл. 4 приведен прогнозный расчет потерь от простоя термопластавтомата, который, по сути, представляет собой результаты анализа экономических рисков предприятия-поставщика в случае возникновения нештатной ситуации. Подобные риски обязательно должны учитываться организацией в соответствии с требованиями стандарта IATF 16949:2016 [6], который является основным руководящим документом в области системы менеджмента качества для предприятий автомобильной промышленности [5].

Чтобы минимизировать подобные финансовые риски, предприятию необходимо решить задачу по разработке и внедрению эффективной системы оценки и контроля технического состояния оборудования в ходе производственного процесса. Кроме того, осуществление системных корректирующих и предупреждающих действий (так называемой защиты от ошибок) также является требованием стандарта IATF 16949:2016.

Поэтому на сегодняшний день актуальна задача прогнозирования технического состояния литьевых машин в процессе их эксплуатации, которое должно позволить снизить риски изготовления некачественной продукции и предотвратить срывы производственного плана по причине вынужденных простоев оборудования.

Решение данной задачи может быть реализовано посредством применения методов системного анализа: внедрения на предприятии процессов сбора и систематизации данных о текущем состоянии оборудования, а также разработки программного обеспечения для создания автоматизированной системы контроля с целью прогнозирования его технического состояния в процессе работы.

Библиографический список

1. Оссвальд, Т. Литье пластмасс под давлением [Электронный ресурс]. - Эл. текстовые данные (11,2 Мб). - Изд-во «Профессия», 2006.

2. Бихлер, М. Детали из пластмасс - отливать без дефектов [Электронный ресурс]. -Эл. текстовые данные (1,71 Мб). - Изд-во Demag plastservice, 1999.

3. Калинчев, Э.Л. Свойства и переработка термопластов [Электронный ресурс]. - Эл. текстовые данные (32,84 Мб). - Изд-во «Химия», 1983.

4. Бортников, В.Г. Основы технологии переработки пластических масс [Электронный ресурс]. - Эл. текстовые данные (5,45 Мб). - Изд-во «Химия», 1983.

5. Сатаева, Д.М. Автопром: подготовка специалистов нового уровня / Д.М. Сатаева, А.А. Брехова, Ю.С. Павлов // Стандарты и качество. - 2016. - № 11. - С. 34-38.

Дата поступления в редакцию 30.01.2018

A.Y. Panov1, D.M. Sataeva2, A.A. Brekhova3

THE IMPACT OF EQUIPMENT ON QUALITY AND EFFICIENCY OF PRODUCTION

OF PLASTIC PRODUCTS

Nizhny Novgorod state technical university n. a. R. E. Alekseev1, Nizhny Novgorod state engineering-economic University2, Dzerzhinsk Production Company3, Dzerzhinsk

Introduction: The main subject of analysis in the article is the influence of technological equipment on the quality of the automotive components manufactured by plastic molding under pressure.

Methods: The work methods are applied: facet classification method; the Ishikawa diagram, analysis of economic risks. Results: The classification of discrepancies of plastic products. Identified causes of nonconforming products. The influence of equipment operation on the appearance of defects of molded parts. Conducted predictive economic calculations of losses arising from the manufacture of defective products and potential supply disruptions due to failures in the equipment.

Conclusions: Identified the need to develop system of forecasting of the technical condition of the equipment to prevent failures and ensure the implementation of the requirements of the IATF 16949:2016 in respect of the analysis of existing risks and the relevant preventive actions.

Key words: IATF 16949:2016, automotive component, risk analysis, defect, quality control, injection molding, discrepancy, equipment, preventive actions, production, injection molding machine, financial risks.