Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

301

кости, фактическую длительность рабочего цикла и всех его элементов

по циклограмме. По завершении обработки партии изделий оценивают

точность обработки (суммарные погрешности) и другие выходные пара-

метры качества, а также безотказность (длительность устранения отказов

непоказательна).

Результаты испытаний по пп. 1 – 3 сообщают заказчику (покупате-

лю), и после урегулирования возможных разногласий (в том числе устра-

нения отказов, дефектов, отклонений и т.д.) оборудование демонтируют

и транспортируют заказчику, у которого совместно проводят более об-

ширные испытания уже в реальных условиях производства.

Испытаниям снова предшествует подготовка оборудования к работе:

от внешнего осмотра и проверки утечек до обеспечения комплекта инст-

румента, оснастки, необходимого числа заготовок, обучения производст-

венного персонала.

В ходе приемосдаточных испытаний с обслуживающим персоналом

заказчика оборудование должно проработать установленное число рабо-

чих смен (до 10…12) и при этом удовлетворить все требования, преду-

смотренные совместно согласованными документами, в том числе ТЗ.

В процессе и по итогам приемосдаточных испытаний оценивают и

сопоставляют с требованиями ТЗ (см. разд. 7.2; 7.3):

– качество изготовленной продукции по точности размеров, геомет-

рической форме, шероховатости и микротвердости поверхности и т.д.;

– техническую производительность, долю простоев всех видов, в

том числе по переналадкам;

– надежность функционирования (интенсивность отказов и длитель-

ность их устранения, в том числе стойкость инструментов и время их

замены);

– трудоемкость обслуживания оборудования по различным катего-

риям работающих, условия труда;

– воздействие работы оборудования на окружающую среду через

выбросы и сбросы, эффективность нейтрализации отходов производства.

В целом приемосдаточные испытания должны дать для заказчика

ответ на единственный вопрос: принимать оборудование сразу или доби-

ваться от поставщиков его доработки.

Вместе с тем, обе стороны обычно заинтересованы в проведении

таких испытаний в минимальные сроки: поставщики, чтобы скорее за-

вершить работу и получить полную оплату; заказчики, чтобы быстрее

внедрить оборудование в производство и начать получать отдачу. По-

этому при выполнении приемосдаточных испытаний распространены

ЦЕЛИ И СОДЕРЖАНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ

302

экспресс-методы, позволяющие давать оценки при минимальном объеме

количественной информации по качеству продукции (см. разд. 10.2),

безопасности в работе (см. разд. 10.4) и т.д.

Производственные исследования работоспособности, по сущест-

ву, охватывают тот же перечень анализируемых факторов, что и при сда-

че-приемке. Они выполняются в процессе стабильной эксплуатации и

решают иной круг задач, среди которых:

– реализация для поставщиков обратной связи – от опыта примене-

ния к последующим разработкам или продажам аналогичного оборудо-

вания, накопление банка данных по стоимости, быстродействию, надеж-

ности и т.д. для типовых технических решений;

– количественная оценка для эксплуатационников реальной величи-

ны возможного повышения производительности и надежности, сокраще-

ния обслуживающего персонала, изменения системы обслуживания и т.д.

данного оборудования в конкретных условиях;

– качественная и количественная оценка целесообразности конкрет-

ных мероприятий по модернизации данного оборудования, например

повышения степени его автоматизации;

– научное обобщение опыта проектирования и эксплуатации авто-

матизированного оборудования с использованием результатов для пер-

спективных разработок, в учебном процессе, в научно-технической

литературе.

Производственные исследования требуют значительно более высо-

ких затрат сил и времени, чем приемосдаточные испытания.

Методы приемосдаточных испытаний у заказчика и производствен-

ных исследований во многом идентичны, обработка информации и ее

интерпретация проводятся с применением аналогичного математического

аппарата.

Следует отметить существенное отличие стендовых (лабораторных)

и производственных исследований технологических процессов (ТП) и

конструкций.

Лабораторные исследования проводятся в условиях активного экс-

перимента, когда определяющие факторы можно изменять в широких

пределах, в том числе выходя за рамки очевидного.

Производственные исследования, за редким исключением, выпол-

няются в условиях пассивного эксперимента (наблюдения и обработки

информации), когда исследователям не позволено что-либо менять в тех-

нологии и конструкции. "Активизации" экспериментов можно достичь,

применяя методы имитационного (физического и математического) мо-

Глава 10. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

303

делирования процессов функционирования машин и их систем по исход-

ным данным, полученным при производственных наблюдениях. Можно

назвать и другие методы активизации исследований, например метод

"искусственных партий" [1], методы теории технологической наследст-

венности [11] и т.д.

10.2. КАЧЕСТВО ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

Подавляющее число машин-автоматов и их систем, действующих в

системе материального производства в таких отраслях, как машино- и

приборостроение, электронная и радиотехническая промышленность,

производство бытовой техники и т.п., предназначено для обработки кон-

струкционных материалов. Продукцией являются отдельные детали и

простейшие сборки.

Под качеством продукции подразумевается совокупность свойств,

обусловливающих способность продукции удовлетворять своему назна-

чению. Под показателями качества продукции понимаются количествен-

ные характеристики одного или нескольких свойств продукции, состав-

ляющих ее качество. При этом разделяют единичные показатели качества

продукции, характеризующие одно из ее свойств, и комплексные, свиде-

тельствующие о нескольких свойствах [13].

Номенклатура показателей качества в каждом конкретном случае

зависит от назначения продукции. С позиций качества оценка продукции

по любым показателям сводится, прежде всего, к делению продукции на

две категории: годную продукцию, удовлетворяющую всем установлен-

ным требованиям, и брак – продукцию, передача которой потребителям

не допускается из-за наличия дефектов.

Оценка качества продукции по количественным показателям осно-

вывается на сопоставлении фактически замеренных значений с допусти-

мыми.

Продукция будет соответствовать своему целевому назначению, ес-

ли фактические числовые значения показателей качества будут нахо-

диться между двумя допустимыми предельными значениями (наиболь-

шим и наименьшим), образующими допуск. Часто за одно предельное

значение принимается номинальное, соответствующее высшему уровню

качества, за другое – значение, при котором качество продукции обеспе-

чивается на пределе.

Качество продукции характеризуется широкой номенклатурой

свойств: физико-химическими свойствами материалов изделий; точно-

стью их размеров, формы и взаимного расположения элементов; свойст-

вами поверхностного слоя изделий.

КАЧЕСТВО ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

304

Каждое из этих свойств может характеризоваться одним или не-

сколькими показателями. Например, качество взаимного расположения

поверхностей может оцениваться отклонениями от: прямолинейности в

плоскости, прямолинейности линий в пространстве, плоскостности,

круглости, цилиндричности, параллельности плоскостей, параллельности

осей в плоскости, перпендикулярности и т.д.

Конкретный перечень показателей качества зависит от вида продук-

ции, ее назначения и характера ТП.

Требования ставятся с учетом того, что конкретные показатели ка-

чества каждой единицы продукции являются случайными величинами, с

некоторым номиналом и диапазоном рассеяния.

При выполнении приемосдаточных испытаний обрабатываются огра-

ниченные партии изделий, оценку стремятся проводить экспресс-ме-

тодами, используя заранее заготовленные формы, например по рис. 10.1.

Поле допуска (по А = ± 0,06) делится на 10…12 интервалов, измеренный

размер каждого изготовленного изделия отмечается в соответствующем

интервале крестиком. Практика показывает, что уже при партии в 20…

30 шт. можно достаточно объективно оценить, соответствует ли уровень

настройки номиналу и насколько велико поле рассеяния анализируемого

показателя качества.

В ходе производственных исследований работоспособности предметом

анализа являются не только "мгновенные" характеристики качества в преде-

лах анализируемой партии изделий, но и стабильность ТП во времени (сме-

щение уровня настройки, изменение диапазона рассеяния и т.д.).

Рис. 10.1. Форма для экспресс-анализа партии изделий и ее заполнение

Глава 10. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

305

Анализ качества выпускаемой продукции включает в себя следую-

щие этапы:

1) выбор контролируемых показателей качества и измерительных

средств, определение величины статистической выборки;

2) необходимые измерения контролируемых параметров с заполне-

нием соответствующих таблиц;

3) расчет эмпирических значений математического ожидания и

среднего квадратического отклонения (СКО);

4) проверку достоверности полученных результатов, в том числе

оценку выборки на случайность, на смещение математического ожидания

в процессе измерений;

5) подбор теоретического закона распределения контролируемого

параметра с оценкой соответствия статистических и вероятностных ха-

рактеристик;

6) определение теоретического поля рассеяния контролируемого па-

раметра;

7) сопоставление поля рассеяния с допустимыми пределами, оценку

показателя качества.

В итоге качество выпускаемой продукции оценивается следующими

выходными документами:

– "точечной" диаграммой результатов измерений контролируемого

показателя у последовательно обрабатываемых изделий;

– диаграммой рассеяния значений контролируемого показателя в

масштабах представительной партии изделий в сопоставлении с допус-

тимыми границами;

– диаграммой или таблицей, характеризующей стабильность выпол-

нения ТП, т.е. динамику изменения уровня настройки и диапазона рас-

сеяния значений показателя качества;

– корреляционной диаграммой взаимосвязи данного показателя ка-

чества с некоторыми определяющими параметрами (например, припуск

на обработку – размер после обработки).

Методы отбора информации и ее математической обработки подроб-

но рассматриваются в курсах по прикладной математике, технологии ма-

шиностроения и др. Поэтому далее приводятся лишь некоторые примеры,

отражающие специфику анализа автоматизированного производства.

Пример 1. Расчет показателей качества обработки отверстий подшип-

никовых колец на токарном автомате. Обрабатываемый диаметр по номиналу

54,75 мм; допустимые отклонения ± 0,1 мм.

Фактический объем выборки составил 103 кольца; фактический диаметр

измерялся по всем сечениям с фиксацией максимальных и минимальных значе-

КАЧЕСТВО ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

306

ний на специальной измерительной позиции посредством индикаторов с ценой

деления шкалы 5 мкм, что обеспечивает точность измерения до 2,5 мкм.

Измерения проводились в порядке обработки колец партии. По их данным

непосредственно была построена точечная диаграмма (рис. 10.2), на которой раз-

меры каждого кольца изображены в виде черточки: верхний конец означает мак-

симальный диаметр, нижний – минимальный, длина черточки – разность диамет-

ров в одном сечении, т.е. отклонение от круглости – овал.

Для построения диаграммы рассеяния размеров результаты измерения от-

клонений диаметра колец в партии (независимо от последовательности их обра-

ботки) были сведены в табл. 10.1 после предварительного распределения этих

значений по интервалам.

Число интервалов при объеме выборки более 100 рекомендуется выбирать

от 9 до 15. Задавшись числом интервалов 9, определим интервалы с учетом мак-

симального отклонения [60 – (–30)]/9 = 10 мкм.

Помня, что в измерениях использовали прибор с ценой деления измери-

тельной шкалы 5 мкм, окончательно выбираем ∆ = 10 мкм. В каждый интервал

входят размеры, находящиеся в диапазоне от наименьшего размера в интервале

(включая его) до наибольшего (исключая его).

Для удобства вычислений параметров распределения заполняем тaбл. 10.1.

Зaнocим в нее границы интервалов, их средние значения, а также измеренные

значения диаметра.

Рис. 10.2. Точечная диаграмма значений внутреннего диаметра

колец подшипников при обработке на токарном автомате

Глава 10. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

307

10.1. Таблица отклонений размеров изделий

Интервал

Среднее

значение

интервала х

Частота

попадания в

интервал m

= (x

– x

)∆

1…2

–30…–20

–20…–10

–10…0

0…10

10…20

20…30

30…40

40…50

50…60

–25

–15

–5

–4

–3

–2

–1

–4

–15

–18

–14

Сумма – 103 – 35 305

Диаграмма рассеяния показана на рис. 10.3.

Вводим вспомогатель-

ный параметр:

∆−= )(

xxb

где х

– новое начало отсчета,

за которое принимается сере-

дина интервала, имеющего

наибольшую частоту; х

–

среднее значение i-го интерва-

ла; ∆ – величина интервала.

Рассчитываем среднее

значение Х и СКО S:

()

;

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−∆=

∆+=

∑

∑∑

iii

mmbxX

Используя для расчетов

данные табл. 10.1, получаем

КАЧЕСТВО ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

Рис. 10.3. Статистическая диаграмма

рассеяния максимального диаметра колец

308

4,18103351015 =⋅+=X мкм; 9,16

103

305

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−=S мкм.

Таким образом, центр группирования размеров колец по максимальному

диаметру не совпадает с номиналом, а смещен от него в бóльшую сторону на

16,9 мкм, что означает увеличение припуска на последующие шлифовальные

операции. Качественно такую оценку можно сделать и по рис. 10.2. При этом все

кольца находятся в поле допуска (D

ном

± 100 мкм), т.е. автомат в пределах изме-

ренной партии выдавал только годную продукцию. Расчет и построение теорети-

ческой диаграммы мгновенного поля рассеяния размера диаметра как случайной

величины по статистической выборке в предположении нормального закона рас-

пределения, т.е. стабильности процесса, ведется стандартными методами теории

вероятности и математической статистики.

Оценку стабильности ТП, т.е. тенденций смещения уровня настройки из-за

износа резцов, изменения температуры, жесткости системы и т.д., можно прово-

дить простейшим методом – путем попарного сопоставления размеров соседних

по очередности обработки колец, сводя результаты в табл. 10.2 (приведены лишь

фрагменты).

Для удобства размеры даны не в абсолютных величинах, а в отклонениях

(мкм) от номинала, как и в диаграмме на рис. 10.1. Из табл. 10.2 видно, что

= + 80 мкм, D

= + 40 мкм; a

= 40 – 80 = – 40 мкм.

Если суммировать все данные по парным отклонениям в пределах партии

2 ≤ i ≤ 103, то можно получить

∑

a = –5,2 мкм.

Процесс достаточно стабилен, однако настройка имеет тенденцию "ухо-

дить" в сторону уменьшения, по-видимому, из-за износа резцов.

Аналогичные расчеты могут быть выполнены в отношении других показа-

телей качества.

10.2. Таблица разностей диаметров последовательно обработанных изделий

Номер изделия i Диаметр изделия D

Разность a

= D

– D

i–1

2 80 –

3 40 –40

4 90 +50

5 60 –30

M M M

102 30 15

103 30 0

Глава 10. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

309

Рассмотренный в примере расчет часто используется для оценки

ожидаемых показателей качества при проектировании оборудования ана-

логичного технологического назначения.

Более сложной задачей является оценка качества выполнения ТП,

связанных с многократной обработкой одних и тех же поверхностей, с

чередованием формообразующих и уточняющих операций.

Как правило, проектируемый ТП отличается от действующего ви-

дом заготовок, методами и режимами обработки, жесткостью технологи-

ческой системы и т.д. Поэтому при исследовании показателей качества

важно не только проследить динамику их изменения по ходу ТП, но и

определить, как отразились бы изменения технологии на промежуточных

операциях, на показателях качества конечной продукции. Для этого мо-

жет быть использован метод искусственных партий изделий, сущность

которого заключается в следующем.

Из общего потока обрабатываемых изделий на исследуемой опера-

ции формируется несколько партий, отличающихся диапазоном рассея-

ния размеров изделий, составляющих данную партию. Рекомендуется

комплектовать партии со следующими отношениями между полем рас-

сеяния ω

и допуском δ на данный показатель качества: 1) ω = 0 (вся пар-

тия комплектуется из изделий, имеющих одинаковые размеры);

2) ω = 0,50δ; 3) ω = 1,0δ; 4) ω = 1,5δ; 5) ω = 2,0δ (рассеяние размеров

вдвое больше допуска). Объем каждой партии должен составлять

100…120 шт. Отдельные изделия в партии должны иметь размеры, рас-

пределенные по закону, характерному для данного показателя качества

(линейные размеры по нормальному закону; эксцентриситет, разностен-

ность – по закону Максвелла).

Поле рассеяния в каждой партии делится на интервалы; для каждого

из них должно быть подобрано из потока изделий определенное число

изделий. В табл. 10.3 приведены данные по числу изделий в каждом интер-

вале для нормального закона распределения при объеме выборки 100 шт.

Если, например, комплектуется партия изделий с номинальным раз-

мером 54 мм и рассеянием ω = 0,24 мм, удобно принять число интерва-

лов, равное 12. Тогда величина интервала будет составлять 0,02 мм. Сле-

довательно, при комплектовании в партию должно быть включено одно

изделие, размеры которого (мм) находятся в интервале 53,88…

53,90; два изделия – в интервале 53,90…53,92; четыре изделия – в интер-

вале 53,92…53,94 и т.д. При комплектовании всех партий изделий необ-

ходимо пользоваться одними измерительными устройствами, что исклю-

чает субъективные ошибки. Для ускорения все партии можно комплекто-

вать одновременно.

КАЧЕСТВО ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

310

10.3. Число изделий в интервале при подборе партии

Число изделий в партии при числе интервалов

Номер интервала

12 9

–

Всего: 100 100

Скомплектованные партии пропускаются далее по всему технологи-

ческому маршруту с обязательными измерениями и определением поля

рассеяния после каждой операции – вплоть до получения конечной про-

дукции.

По результатам составляются две выходные диаграммы: 1) поэтап-

ного изменения показателя качества ω

по ходу ТП; 2) зависимости пока-

зателя качества конечной продукции от показателей качества на анализи-

руемой операции.

Пример 2. На рис. 10.4 представлена диаграмма рассеяния размера диа-

метра подшипниковых колец после операций токарной обработки (1), термообра-

ботки (2), чернового (3) и чистового (4) шлифования. Были скомплектованы три

партии колец с рассеянием размеров ω после токарной обработки, равным 80, 130

и 180 мкм при допуске δ

ток

= 150 мкм и допуске на готовое изделие δ

гот

= 16 мкм.

Вследствие термической обработки не сократилось, а увеличилось поле рас-

сеяния, при этом размеры "лучшей" партии возросли в 2 раза, а "худшей" – толь-

ко в 1,2 раза, т.е. произошло явное "выравнивание" погрешностей. В результате

чернового шлифования происходит резкое уменьшение погрешностей с дальней-

шим их "выравниванием". Если после токарной обработки у трех партий они из-

менились в 2,25 раза, в ходе термической в 1,4 раза, то после чернового шлифо-

вания только в 1,3 раза.

Глава 10. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ