Содержание к диссертации
Введение
2. Анализ системы контроля качества при изготовлении асинхронных двигателей 13
2.1. Обеспечение качества асинхронных двигателей. 13
2.2. Контроль и его роль в обеспечении качества продукции 22
2.3. Анализ асинхронного двигателя как объекта контроля .28
2.4. Иерархическая структура системы контроля при изготовлении асинхронных двигателей 40
Выводы 50
3. Влияние контроля на рассеивание показателей ка чества асинхронных двигателей 51
3.1. Анализ производственных погрешностей изготовления асинхронных двигателей 51
3.2. Влияние контроля на расчет допусков и рассеивание показателей качества асинхронных двигателей . 70
3.3. Обеспечение равяоточности единичных показателей качества асинхронных двигателей 97
3.4. Выбор оптимальных номинальных значений факторов, определяющих качество асинхронных двигателей 107
4. Имитационная модель технологического процесса изготовления асинхронных двигателей 119
4.1. Имитационное моделирование как метод исследования технологического процесса 119
4.2. Вероятностная схема технологического процесса изготовления асинхронных двигателей . , 122
4.3. Разработка алгоритма исследования технологического процесса изготовления асинхронных двигателей 134
4.4. Синтез и оптимизация характеристик контроля при изготовлении асинхронных двигателей 144
4.4.1. Эффективность повьшешш достоверности и объема контроля при изготовлении асинхронных двигателей 148
4.4.2. Согласование точности контроля с точностными характеристиками технологического процесса , 154
5. Разработка рекомендаций по совершенствованию системы управления качеством производства асинхронных двигателей 160
5.1. Типизация процессов контроля качества при изготовлении асинхронных двигателей 161
5.2. Методика выбора оптимальной системы контроля при изготовлении асинхронных двигателей 182
5.3. Разработка процесса контроля потерь в стали сердечников статоров асинхронных двигателей 193
Выводы 209
Заключение 211
Литература 214
Приложение I
- Контроль и его роль в обеспечении качества продукции
- Влияние контроля на расчет допусков и рассеивание показателей качества асинхронных двигателей
- Вероятностная схема технологического процесса изготовления асинхронных двигателей
- Методика выбора оптимальной системы контроля при изготовлении асинхронных двигателей
Контроль и его роль в обеспечении качества продукции
В процессе проектирования асинхронных двигателей синтезируются характеристики, обеспечивающие достижение заданных значений единичных показателей качества.
Для асинхронных двигателей установлены следующие единичные показатели качества /104/: 2 - коэффициент полезного действия; COS У - коэффициент мощности; Км - кратность максимального момента; Кj - кратность пускового тока; /Г/7 - кратность пускового момента; У - вибрационная скорость; L - общий уровень шума; ///7У - вероятность безотказной работы подшипникового узла; ИР - вероятность безотказной работы обмотки статора. На качество единичных показателей наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы /14,55,86/: Wi - число витков фазы статора; dnp - диаметр провода обмотки статора;
Совокупность этих показателей определяет способность асинхронного двигателя выполнять свои функции.
В процессе изготовления двигателей вследствие отклонений характеристик материалов от расчетных и нестабильности технологических процессов фактические значения показателей качества отличаются от номинальных, устанавливаемых ГОСТом. С целью определения этих отличий и обеспечения заданного уровня качества при изготовлении асинхронных двигателей проводится входной контроль материалов и комплектующих изделии, операционный контроль по ходу технологического процесса и приемо-сдаточные испытания готовых двигателей.
Процесс получения и обработки информации об объекте с целью определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект, называется контролем /136/. Эта информация обеспечивает организацию обратной связи в управлении качеством и эффективностью производства. Получение этой информации может осуществляться различными способами: измерением параметров, контролем по показателям качества ("годен- не годен"), внешним осмотром.
В зависимости от способа различают следующие методы а) измерительный - контроль, осуществляемый с помощью измерительных инструментов типа линейка, микрометр, штан генциркуль, различных приборов с определением количествен ной характеристики проверяемого объекта;б) альтернативный - контроль, осуществляемый по принципу "годен-не годен" с помощью скоб, пробок, шаблонов ит.п.;в) органолептический - контроль внешним осмотром, пообразцу, а также контроль цвета, запаха, вкуса и т.п.
Основными характеристиками контроля являются /30,47/:- эффективность;- достоверность;- точность;- производительность;- стоимость;- объем;- содержание и форма представления результатов;- количество и квалификация обслуживающего персонала,
Эффективность контроля является мерой целесообразности применения контроля, т.е. мерой ценности информации, получаемой при контроле.
Достоверность контроля есть мера определенности результатов. Достоверность зависит от точности и объема контроля. Точность контроля характеризует работу контрольно-измерительных приборов и инструментов и определяется средним квад-ратическим отклонением погрешности измерения. Производительность контроля определяется временем, затрачиваемым на про верку одного изделия. Стоимость контроля содержит две составляющие: стоимость системы контроля и затраты на проведение контроля. Объем контроля - это количество и перечень параметров, подлежащих контролю. По полноте охвата проверяемых объектов различают контроль сплошной, выборочный и статистический. При сплошном контроле проверяется каждая изготовленная или обработанная деталь, сборочная единица или изделие. Выборочный контроль характеризуется проверкой определенной части партии обработанных деталей, отобранных для контроля по определенному правилу. Статистический метод контроля является выборочным с применением статистических методов обработки полученной информации и позволяет по данным о качестве выборки судить о качественных характеристиках всей партии с заданной доверительной вероятностью.
Достоверность информации, полученной в результате контроля, оценивается вероятностью принятия правильных решений. Вероятностная модель принятия решений в результате контроля представлена на рис. 2.1.
Деталь (сборочная единица или изделие) Д поступает на технологическую операцию обработки. В результате обработки деталь может находиться в двух состояниях: годном Г для дальнейшего использования с вероятностью Р1 и негодном Б с вероятностью I-P . В общем случае вероятностила контроль, попадания детали7 находящейся в одном из возможных состояний, различны P-j- Ф 2 так как Рак может быть очевидным.Условия попадания детали на контроль а) для состояния Г Pj = I ; б)для состояния Б Р0 I.
После проведения контроля К деталь Д может находиться в одном из четырех состояний:1) годная деталь признана в результате контроля годнойГ с вероятностью Рз ;2) годная деталь признана бракованной Бл с вероятностьюI- Рз ;3) негодная деталь забракована в результате контроля Б с вероятностью Р ;4) негодная деталь признана годной Гл с вероятностью 1-Р4.
Для повышения достоверности информации, получаемой при контроле, очевидно необходимо осуществлять мероприятия,обеспечивающие минимальные вероятности состоянии объекта Бл и Гл. Практическая реализация этих мероприятий заключается в повышении точности контроля. Однако, сразу же возникает вопрос оценки эффективности таких мероприятии с точки зрения учета экономического фактора.
Решение, как правило, заключается в оптимизации исследуемой системы. В данном случае повышение эффективности и достоверности контроля качества при изготовлении асинхронных двигателей представляет собой задачу оптимизации системы контроля, которая заключается в отыскании минимума функции оптимальности определенного конечного числа независимых переменных /123,139,142,143/.
Для решения поставленной задачи необходимо определить и проанализировать четыре типа зависимостей:I) иерархическую структуру обеспечения качества при контроле асинхронных двигателей в процессе производства, отражающую связь между единичными показателями качества и фак
Влияние контроля на расчет допусков и рассеивание показателей качества асинхронных двигателей
На основе теории точности и с помощью методов математической статистики, зная законы распределения отклонений факторов от заданных значений, можно рассчитывать допуски при любой вероятности нахождения данного фактора в допускаемых пределах, для этого необходимо рассмотреть функциональные связи единичных показателей качества асинхронных двигателей с факторами, их определяющими. Наиболее полно эти вопросы рассмотрены в работах О.Д.Гольдберга, Б.Опрендека, Т.Г.Сорокера, Э.К.Стрельбицкого, О.П.Муравлева, 10.М. Гринберга / 27,43,81,83,90,92 94, 125,144 и др./. Однако работы О.Д.Гольдберга, Б.Опрендека и Т.Г.Сорокера ограничиваются анализом качества готовых асинхронных двигателей. В результате исследований, проведенных Э.К.Стрельбицким, О.П. Муравлевым, Ю.М.Гринбергом разработана методика поверочного расчета допусков с учетом реального рассеивания факторов, а также методика определения допусков на факторы по заданным допускам на единичные показатели качества асинхронных двигателей. Основным недостатком всех этих работ является то, что они не учитывают влияния контроля на изменение рассеивания и законов распределения отклонений факторов и единичных показателей качества и практически рассчитывают не допуски, а поля рассеивания.
Разрабатываемая в настоящее время система автоматизированного проектирования асинхронных двигателей (САПР АД) предъявляет более высокие требования к точности расчетов допускаемых отклонений. В связи с этим наиболее актуаль ным направлением совершенствования существующей методики расчета допусков является учет влияния контроля на рассеивание факторов и единичных показателей качества асинхронных двигателей.
За основу принята методика расчета допусков, изложенная в /93,94/. В общем виде каждый показатель качества асинхронного двигателя есть некоторая функция от факторов, характеризующих качество материалов, деталей и сборочных единиц двигателя где Yl -J -ый единичный показатель качества асинхронного двигателя; % L - / -ый фактор, характеризующий качество материалов, деталей или сборочных единиц асинхронного двигателя.
При условии дифференцируемое функции Yl можно записать Заменив в выражении(3.14)дифференциалы конечными прирощеннями, получим Формула (3.15) описывает абсолютную погрешность й Yj і - го показателя качества при наличии отклонений 4 факторов, его определяющих.
Относительная погрешность определяется по выражению Коэффициенты, стоящие перед погрешностями факторов,называются коэффициентами влияния. Коэффициент влияния показывает, как изменится показатель качества при изменении фактора, его характеризующего, на 1%. где Сії - коэффициент влияния / -го фактора на у -и показатель качества.
Коэффициенты влияния факторов на единичные показатели качества определяются аналитически, численными методами или экспериментальным путем.
При наличии больших отклонений факторов, когда д%;» 10$, в уравнении (3.16) необходимо использовать не коэффициент, а функции влияния /88/.
Методы расчета коэффициентов и функций влияния, а также их численные значения для двигателей серий А,А0,А02,УАД и 4А приведены в /14,55,78,88,90,93,94/. Численные значения коэффициентов влияния для двигателей серии 4ДМ и АИ приведены в приложении I.
Точность изготовления асинхронного двигателя описывается системой уравнений погрешностей единичных показателей качества.
Эта система является исходной для расчета допусков.При этом погрешности факторов %[ и показателей качества Yj следует рассматривать в виде случайных величин.
Анализ существующих методов расчета допусков показывает, что наиболее научно обоснованным является вероятностный метод расчета допусков, предложенный Н.А.Бородачевым /8,9/. Этот метод получил широкое распространение в машиностроении, приборостроении, электронной промышленности, электромашиностроении /46,79,91,92,126/.
Сущность метода заключается в следующем: определяется среднее значение и абсолютное или относительное допустимое отклонение единичного показателя качества по средним значениям и отклонениям факторов, его определяющих.
При расчете допусков вероятностным методом применяется квадратичное сложение величин, характеризующих рассеивание факторов. Тогда, система уравнений, описывающих допуски на единичные показатели качества, будет иметь вид
В связи с наличием производственных погрешностей полное поле рассеивания фактора % не всегда соответствует допуску на этот фактор. Это обстоятельство учитывается коэффициентами относительного рассеивания коэффициент относительного рассеивания і -го показателя качества; К і - коэффициент относительного рассеивания / -го фактора. Тогда допуск на J- -и показатель качества Коэффициенты относительного рассеивания входных факторов А/ рассчитываются по (З.П).
Коэффициент относительного рассеивания для j -го показателя качества определяют следующим образом /46/. Принимают коэффициент относительного рассеивания /(yj- = I, если выполняется одно из условий: 1) все коэффициенты К[ = I; 2) если два или более входных факторов, опре делящих J -и показатель качества имеют коэффициенты относительного рассеивания К[ = I; 3) среди факторов, определяющих j -й показатель качест ва имеется пять или более размеров или параметров с однород ными по величине допусками. Если перечисленные условия не выполняются, то /CyJ приближенно определяется по /46/
Вероятностная схема технологического процесса изготовления асинхронных двигателей
Для отображения сложных процессов, какими являются разработка и производство асинхронных двигателей, необходимо установить взаимосвязь информации о входе каждого элемента процесса, самом элементарном процессе и его выходе /S6tmj. В качестве элемента процесса выделена технологическая операция обработки материалов, детали или сборочной единицы асинхронного двигателя.
Исходной информацией для исследования являются вероятностные характеристики операторов системы, начальных условий и входных параметров. Под вероятностными характеристиками в общем случае понимаются распределения вероятностей.
Целью исследования является получение и анализ зависимостей показателей качества асинхронных двигателей от факторов, их определяющих, и характеристик системы, включающей в себя технологические и контрольные операции.
Как отмечалось выше, на процесс изготовления асинхронных двигателей влияют различные воздействия. К ним относятся производственные погрешности, под которыми понимаются отклонения параметров от номинальных данных, указанных в чертежах, технических условиях, ГОСТах и другой технической документации. Наиболее полно производственные погрешности описываются законом распределения.
Закон распределения отклонений параметров и признаков качества материалов, деталей или сборочных единиц асинхронных двигателей принят за входной параметр технологической операции. Оператором преобразования является технологическая операция, характеризующаяся коэффициентом точности обработки Кт и смещением уровня настройки оборудования относительно середины поля допуска. В качестве оператора управления в данном случае выступает контрольная операция, в функции которой в общем случае входит разделение всего потока объектов (деталей или сборочных единиц асинхронного двигателя) по заданному условию на годные и негодные и выработка корректирующего воздействия на технологический процесс с целью повышения его точности. В качестве ограничений выступают допуски на параметры и признаки качества деталей и сборочных единиц асинхронных двигателей.
Таким образом, в результате совершения работы на каждом шаге технологического процесса система последовательно переходит из одного состояния в другое. Вероятность этого перехода можно определить, зная закон распределения отклонений параметров и признаков качества.
В работе приняты следующие допущения: 1. Технологический процесс изготовления асинхронных двигателей является установившимся. 2. Производственная погрешность представляет сумму частных погрешностей, вызванных лучайными и систематическими факторами. 3. Число случайных факторов и параметры вызванных ими погрешностей не изменяются во времени. 4. Среди частных погрешностей нет доминирующих. 5. Все случайные факторы взаимно независимы. 6. Дефекты изделий, выявленные на контрольной операции, можно обнаружить в любом звене технологической цепи. 7. Выявленные дефектные изделия не возвращаются в производство. 8. Условия возникновения погрешностей измерения при контроле аналогичны п.п 2-5-5. 9. Транспортные и подготовительные операции не рассматриваются.
С учетом принятых допущений и ограничений на примере изготовления асинхронных двигателей 4AII2 построена вероятностная схема технологического процесса в виде графа многостадийной структуры, приведенного на рис. 4.1. Содержание технологических операций, соответствующее коду на рис.4.1, приведено в приложении 3.
Граф технологического процесса изготовления асинхронных двигателей отображает последовательность изготовления основных узлов двигателей. Качество выполнения каждого этапа технологического процесса можно описать списком требова- ний, предъявляемых к его входу X , процессу и выходу и .
Каждую операцию можно описать вектором входа %ss-(xftZ2l.. ., %i,.",zjкомпоненты которого содержат в себе законы распределения отклонений входных параметров, и вектором выхода У {%кн)"-1 %л } с компонентами, содержа щими законы распределения отклонений выходных параметров.
Наблюдая за реальным процессом и фиксируя вероятности перехода системы из одного состояния в другое по результатам поэтапного контроля, можно провести анализ эффективности работы системы, а также разработать научно обоснованные рекомендации по выбору оптимальной стратегии управления системой.
Пунктирные линии на рис. 4.1 указывают на наличие подсистем изготовления сборочных единиц асинхронных двигателей, представленных в виде графов технологических процессов изготовления статора с обмоткой, статора-комплекта, ротора-комплекта, общей сборки и испытаний асинхронных двигателей, которые в свою очередь приведены на рис. 4.2 рис.
Граф изготовления статора с обмоткой, представленный на рис. 4.2 охватывает обмоточно-изолировочную стадию производства асинхронных двигателей, а также техпроцесс изготовления сердечника статора. В качестве входных параметров подсистемы выбраны вероятности бездефектности проводниковых и изоляционных материалов, а также электротехнической стали, прошедших входной контроль.
Необходимость ведения входного контроля материалов и комплектующих изделий, используемых для изготовления асинхронных двигателей возникает в связи с нестабильностью их свойств от партии к партии, а также наличием дефектов, что является первопричиной ухудшения качества и увеличения технологических потерь.
Так, например, анализ отказов асинхронных двигателей Рис.4,3. Граф изготовления статора - комплекта. в эксплуатации показывает, что наибольший процент отказов происходит по причине выхода из строя обмотки в связи с наличием дефектности обмоточных проводов и изоляции, а также с их пониженными механическими свойствами /110,1144-116/.
Подсистема изготовления статора с обмоткой состоит из 15 элементов, 6 входов, одного выхода и II управляющих воздействий (контрольных операций). Кодировка состояний деталей статора и обмотки по технологическому процессу представлена в табл. П.3.1.
После укладки и пропитки обмотки статор запрессовывается в станину. Граф изготовления статора-комплекта представлен на рис. 4.3 и охватывает изготовление заготовки станины методом литья в облицованные кокили для асинхронных двигателей с высотами оси вращения II2-I80 мм, механическую обработку заготовок, запрессовку статора с обмоткой в станину и окончательную механическую обработку статора-комплекта. Подсистема изготовления статора-комплекта имеет 2 входа: Х - вектор, характеризующий вероятность соответствия свойств чугуна для изготовления заготовки стани-ны установленным требованиям и XS1 - вектор вероятности бездефектного изготовления статора с обмоткой. Вектор выхода системы и& характеризует вероятность того, что поступающий на стадию общей сборки статор-комплект годный. Обеспечение этой величины зависит от точностных характеристик технологического процесса и эффективности контроля ка-чества( W/2 + W38J.
Методика выбора оптимальной системы контроля при изготовлении асинхронных двигателей
Статистический анализ дефектности деталей и сборочных единиц, а так же физических параметров асинхронных двигателей, вы-пускаемых ПО„Сибэлектромотор (г.Томска), показал, что производство не всегда обеспечивает необходимое качество двигателей (табл. 2.3). Существует два пути повышения качества при изготовлении асинхронных двигателей: повышение точности производственных процессов или повышение эффективности контроля качества. Первый путь всегда сопряжен со значительными материальными затратами: заменой оборудования, разработкой и внедрением новых технологических процессов. Менее трудоемким и более экономичным представляется второй путь, позволяющий обеспечить не только заданный уровень качества, но и сократить материальные и трудовые затраты на изготовление асинхронных двигателей /60/.
Кроме того,этот путь представляется наиболее перспективным при разработке технологии изготовления асинхронных двигателей.
На основе имитационной модели технологического процесса, представленной в разделе 4, разработана инженерная методика выбора оптимальной системы контроля при изготовлении асинхронных двигателей /134/.
-Методика оценивает экономичность вида применяемого контроля, выбранного плана контроля, эффективность применяемых контрольно-измерительных средств и определяет необходимую программу запуска деталей, обеспечивающую с учетом потерь при изготовлении и контроле заданную программу выпуска.
Выбор вида контроля рекомендуется осуществлять по экономическому критерию, сравнивая затраты на контроль и замену бракованной детали с убытками от дальнейшего применения этой детали:
Сплошной контроль (П = Л ) рекомендуется применять, если затраты на контроль и замену бракованной детали меньше убытков от дальнейшего ее применения (5.3), а выборочный ( /1 Ж/ ), если выполняется условие (5.4).
Для выборочного контроля, характеризуемого объемом выборки и приемочным числом, использован метод выбора плана контроля путем минимизации показателя экономической эффективности, что дает возможность отыскать оптимальный план контроля, обеспечивающий наибольшие вероятности выгодных решений при достаточно малых затратах на проверки /24/.
Для вычисления этого показателя необходимы следующие данные: распределение доли брака в выборке; оперативная характеристика, определяющая зависимость вероятности принятия партии от доли брака в выборке; затраты и потери, возникающие в результате выбора решения принять партию или забраковать, затраты на выборочную проверку.
Распределение доли брака в выборке подчиняется биномиально I d l число сочетаний из П элементов по d-L . Статистически обоснованная выборочная проверка представляет собой, с точки зрения теории вероятностей, стохастический (случайный) эксперимент, для которого можно вычислить вероятности принятия каждого из возможных решений при заданном состоянии объективного условия. Эта вероятность является функцией от доли брака в предъявленной партии при параметре Ц . Графическое изображение вероятности принятия или забракования партии от доли брака в партии называется оперативной характеристикой. Оперативная характеристика получила довольно широкое применение при решении разнообразных задач, связанных с выборочными проверками. В общем виде оперативную характеристику можно построить, используя зависимость /24/
С помощью оперативных характеристик можно вычислить показатель экономической эффективности плана выборочной проверки. Это дает возможность отыскать из числа возможных планов выборочной проверки оптимальный план.
Цена решения принять партию, содержащую d L бракованных единиц продукции Цена решения забраковать партию, содержащую щ бракованных единиц продукции Затраты на выборочную проверку Вероятность того, что партия с количеством брака и[ будет предъявлена на контроль и принята
Вероятность того, что партия с количеством брака щ будет предъявлена и забракована Математическое ожидание потерь в случае приемки партии с количеством брака и/ Математическое ожидание потерь в случае забракования с количеством брака ui - 186 Показатель экономической эффективности плана выборочной проверки S- Y. [Sttdi) St(d0] C,a . (5.14) Меняя план выборочной проверки, изменяем значение оперативной характеристики и тем самым показатель S . Экономически оптимальным планом является план, обеспечивающий минимальный показатель Smln
Если сравниваются планы выборочных проверок партий разных объемов, что приводит к двум переменным И И Jiff , то в этом случае сумма затрат определяется в расчете не на партию, а на единицу продукции /24/.
Согласование точности контроля с характеристиками технологического процесса позволяет минимизировать суммарные затраты на проведение контроля и убытки от его несовершенства. Для этого рассчитываются показатели эффективности контрольной операции в зависимости от коэффициента точности технологического процесса и точностных характеристик контрольно-измерительного оборудования, что позволяет определить оптимальную точность контроля /41/.В зависимости от показателя точности контроля в изменяются затраты на контроль где Cftufj (fi ) - стоимость контрольно-измерительных приборов в зависимости от точности контроля. Ущерб от пропуска бракованной продукции (детали, сборочной единицы) на следующий шаг технологического процесса или в эксплуатацию
