Содержание к диссертации
Введение
1. Методы и средства статистического контроля качества продукции 13
1.1. Развитие статистических методов контроля качества продукции 13
1.2. Процедуры и стандарты статистического непрерывного контроля ... 18
1.3. Автоматизация выборочного контроля в машиностроении 23
1.4. Организация выборочного контроля в пищевой промышленности... 26
1.5. Средства отбора и подготовки проб в пищевой промышленности 35
1.6. Цель и основные задачи работы 42
2. Методика выбора планов статистического непрерывного контроля качества нештучной продукции 44
2.1. Реализация процедур непрерывного выборочного контроля для нештучной продукции 44
2.2. Характеристики планов и процедур статистического непрерывного контроля качества 48
2.3. Процедуры непрерывного выборочного контроля нештучной продукции 51
2.4. Экономические характеристики плана контроля нештучной продукции 66
2.5. Оценка средних затрат различных способов контроля 77
2.6. «Интегральное среднее выходное качество» продукции 82
2.7. Новая методика выбора плана
контроля качества нештучной продукции 86
2.8. Выводы 95
3. Средства автоматизированного статистического непрерывного контроля качества нештучной продукции 98
3.1. Структура интегрированной системы автоматизированного статистического контроля качества нештучной продукции 98
3.2. Способ непрерывного выборочного контроля нештучной продукции и устройство для его реализации 101
3.3. Структурно-функциональная схема непрерывного выборочного контроля нештучной пищевой продукции 105
3.4. Особенности системы отборам подготовки проб 107
3.5. Морфологический анализ и синтез устройств технической системы АСК 115
3.6. Выводы 129
4. Статистическое моделирование процедур непрерывного контроля качества нештучной продукции 131
4.1. Экспериментальные статистические исследования пищевых производств 131
4.2. Моделирование CS-процедуры 132
4.3. Моделирование ACS-процедуры 136
4.4. Выводы 150
Заключение и общие выводы 151
Библиографический список 153
Приложения 166
- Процедуры и стандарты статистического непрерывного контроля
- Характеристики планов и процедур статистического непрерывного контроля качества
- Способ непрерывного выборочного контроля нештучной продукции и устройство для его реализации
- Морфологический анализ и синтез устройств технической системы АСК
Введение к работе
Гармоничное комплексное развитие современного производства товаров и услуг в настоящее время осуществляется посредством прогрессивных методов управления процессами, информационных технологий и систем качества.
Анализ современных производств и систем обеспечения качества выпускаемой ими продукции показал возникающие противоречия между существующими высокопроизводительными технологиями в массовом производстве и методами, средствами контроля и управления качества.
Диссертационная работа посвящена вопросам совершенствования управления качеством нештучной пищевой продукции на основе создание методов автоматизированного непрерывного статистического контроля, технических средств их реализации, снижения затрат, повышение результативности и объективности контроля.
Актуальность темы.
Необходимость широкого внедрения статистических методов определяется концепцией Всеобщего Управления Качеством (TQM), стандартами ISO серии 9000.
Специфика пищевых производств заключается в том, что в одном технологическом процессе возникает необходимость проведения контроля как штучной, так и нештучной продукции. Поскольку контроль пищевой нештучной продукции, в основном, носит разрушающий характер, то он должен быть выборочным и давать статистические оценки. Исследования показали, что пищевая нештучная продукция характеризуется значительной неравномерностью основных параметров качества описываемых вероятностными законами.
Для контроля штучной продукции широко используются статистические методы, в частности, содержащиеся в многочисленных ГОСТах. Статистическому контролю нештучной продукции, и в частности его планированию, посвящен только один ГОСТ Р 50 779.77 - 99, являющийся частной методикой определения числа проб в соответствии со стандартом ISO.
С другой стороны, высокопроизводительным автоматизированным технологиям производства продуктов питания и современным техническим средствам инструментального контроля не соответствуют применяемые процедуры манипуляций с потоком и пробоотбора, которые недостаточно автоматизированы, оперативны и информативны.
Таким образом, актуальной является разработка новых процедур статистического контроля качества нештучной продукции и создание средств технической и информационной поддержки таких процедур.
Целью работы является повышение результативности статистического непрерывного контроля качества нештучной продукции на основе разработки методов и автоматизированных технических средств их реализации.
Методы исследования базируются на принципах Всеобщего Управления Качеством - TQM, на аппарате теории вероятностей и математической статистики, теории статистического моделирования и морфологического анализа, а таюке на аналитическом исследовании процессов и средств контроля качества продукции.
Научная новизна. Аналитически описана взаимосвязь среднего выходного уровня качества нештучной продукции и сопутствующих проведению статистического контроля суммарных затрат с параметрами планов непрерывного выборочного контроля. А именно:
1. Разработан способ непрерывного выборочного контроля качества НП и устройство для его реализации в рамках системы автоматизированного статистического контроля.
2. Разработаны аналитические модели процедур, описывающих различные варианты методов непрерывного выборочного контроля.
3. Подтверждена адекватность разработанных аналитических моделей процедур непрерывного выборочного контроля на основе статистического моделирования.
4. Разработан критерий выбора плана контроля качества продукции, обеспечивающий повышение его действенности.
5. Разработаны методики планирования непрерывного выборочного контроля нештучной продукции по альтернативному и количественному признакам.
6. Разработана методика анализа и синтеза устройств отбора и подготовки проб нештучной продукции на основе морфологического подхода. Практическая значимость.
Разработаны методики и реализующее их программное обеспечение для планирования непрерывного статистического контроля качества нештучной продукции по альтернативному и количественному признакам. Создан ряд технических решений устройств, автоматизирующих процедуры манипуляций потоком, отбора и подготовки проб.
Реализация работы.
Методики планирования непрерывного выборочного контроля нештучной продукции и технические решения устройств приняты к реализации на ОАО «Тульский молочный комбинат». Основные научные положения используются в учебном процессе на кафедре «Пищевые производства» ГОУВПО «ТулГУ» для индивидуальных занятий магистрантов по дисциплинам «Управление качеством продукции автоматизированных производств» и «Системы качества в пищевой промышленности».
Апробация работы.
Основные результаты исследований, разработок и отдельные положения диссертации докладывались автором на международных семинарах «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» в 2002-2005 гг. (г. Тула, ТулГУ); на международных электронных научно-технических конференциях «Технологическая системотехника» в 2003 и 2005 гг. (г. Тула, ТулГУ); на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» в 2004 г. (г. Тула, ТулГУ); на межвузовской молодёжной конференции «Студенчество. Интеллект. Будущее» в 2005 г. (г. Набережные Челны, КамПИ); на международных выставке-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации» в 2005 г. и научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» в 2006 г. (г. Москва, МГУТТП), на международной конференции «Повышение качества продукции и эффективности производства» в 2006 г. (г. Курган, Курганский гос. ун-т).
За высокий уровень представления научной работы на конференции «Идеи молодых - новой России» в 2004 г. автору вручён диплом лауреата 1-ой степени. Представление услуги «Автоматизированный статистический контроль качества» награждено дипломом лауреата регионального конкурса «Лучшие товары и услуги Тульского региона 2006» и ценным подарком. Работа «Система автоматизированного контроля качества в производстве продуктов питания» отмечена медалью «Технологии и продукты здорового питания» (приказ МГУПП № 1/80 от 06.06.06 г.).
Публикации.
По теме диссертации автором опубликовано 32 научные работы, в том числе 9 без соавторов, одна монография, 6 статей, 6 патентов Российской Федерации, 2 публикации в информационном каталоге, доклады на Международных и Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях, выставках-конференциях и семинарах.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Материал диссертации изложен на 106 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 126 наименований, приложения на 21 странице. Общий объём работы - 165 страниц.
В первой главе рассмотрено многообразие методов и процедур статистического контроля качества, а также планов их реализации. Представлен ряд соответствующих ГОСТов. Акцентировано внимание на непрерывном выборочном контроле и ограничении его применения к нештучной пищевой продукции. Отражены некоторые показательные технические средства контроля.
Вторая глава посвящена новой методике выбора плана статистического контроля нештучной продукции по различным процедурам. Сплошной поток рассматривается в виде совокупности дискретных накопительных объёмов, на которые его полностью разделяют. При выборе плана предложены многомерные множества его параметров. Введён дополнительный критерий, учитывающий в интегральном виде распределение уровня входного качества нештучной продукции в процессе её производства за определённый период. Построены аналитические модели для среднего выходного качества и сопутствующих затрат по альтернативному и количественному признакам
в зависимости от параметров планов для различных процедур непрерывного выборочного контроля и входного значения среднего уровня качества. Проведён их анализ.
В третьей главе построена общая структура интегрированной системы автоматизированного статистического контроля (АСК) качества нештучной продукции. Выделены её основные элементы на каждом уровне. Разработан способ непрерывного выборочного контроля качества нештучной продукции и запатентованное техническое решение устройства для его реализации. Рассмотрена структура и особенности системы отбора и подготовки проб (СОПП) в автоматизированном статистическом контроле качества нештучной продукции. Предложена методика анализа и синтеза устройств технической системы АСК с использованием морфологического подхода на основе алгоритма, применяющего в качестве критериев синтеза параметры плана. Представлены 5 запатентованных технических решений устройств СОПП.
В четвёртой главе проведено статистическое моделирование процедур непрерывного контроля для нештучной пищевой продукции на основе экспериментальных данных. Подтверждён высокий уровень достоверности применяемых планов.
Диссертация выполнена в соответствии с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 2003-2004 гг.: регистрационный номер проекта/НИР 204.01.02.012, по теме «Разработка методики оценки биологических, химических и физических рисков системы безопасности производства пищевых продуктов».
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю к.т.н., доценту Горелову А.С. за постановку задачи и руководство, заведующему кафедрой «Пищевые производства» ГОУ ВПО «ТулГУ» д.т.н., профессору Прейсу В.В. за консультации и активное участие в работе, а также сотрудникам кафедры за товарищескую помощь и дискуссии по вопросам диссертации.
Процедуры и стандарты статистического непрерывного контроля
Особенность подхода к статистическому непрерывному контролю отражена в военных руководствах США HI05 и HI06, а также нормативных документах СТ СЭВ 293-73 и ГОСТ Р 50 779.51-95 [43,119].
Непрерывный статистический приёмочные контроль является одним из средств обеспечения уверенности потребителя в качестве поставляемой поставщиком продукции, а также средством подтверждения способности поставщика обеспечить требуемое качество продукции, формирование которой в партии технически невозможно или экономически нецелесообразно [43].
Действительно, представление продукции для контроля должно производиться по возможности партиями, скомплектованными в соответствии с принятым планом контроля. Применение же планов выборочного контроля партий к непрерывному потоку (нештучной продукции) чрезвычайно трудно осуществимо и, как правило, не даёт удовлетворительных результатов. Поэтому его желательно избегать [119]. Следует обеспечивать постоянство состава партий, что исключает возможность смешивания отвергнутой продукции с продукцией, которая уже принята. Самым простым способом признаётся физическое отделение. Также следует добиваться однородности партий. Всё это, безусловно, проблематично.
Важной особенностью непрерывного выборочного контроля является устранение необходимости в проверке формирования отдельных партий. В процессе производства часто случается, что формирование партий оказывается серьёзным препятствием для равномерного движения продукции по поточной линии к конечному пункту. Это также требует от производителя довольно крупных дополнительных затрат на хранение продукции (Руководство HI 05).
Непрерывная выборочная проверка представляет собой процедуру приё-мочно-исправительного контроля, в которую входят чередующиеся между собой периоды сплошной и выборочной проверки. Существенно то, что выборка продукции из поточной линии осуществляется в соответствии с заранее заданным отношением / (частотой контрольных операций), до тех пор, пока не будет обнаружен дефект. Обнаружение одного или нескольких дефектов (в зависимости оттого, какой из вариантов процедур плана применяется в данном случае) является сигналом о необходимости перехода к особой форме проверки. В одном случае возобновление выборочной проверки происходит после того, как определённое число проверяемых изделий (/ ) окажется свободным от дефектов. В другом - выборочный контроль осуществляется совместно с дополнительными сплошными операциями с накопителем. В результате проверки, производимой после обнаружения дефекта в процессе выборочной проверки, повышается уровень выходного качества.
Как уже было отмечено, единственным способом организации контроля штучной продукции без формирования партий является известный в теории статистического контроля «непрерывный выборочный контроль». Непрерывные выборочные процедуры (continuous sampling plans - CSP) гарантируют, что средняя доля дефектных изделий в выпускаемой продукции не превысит предела среднего выходного уровня дефектности qL.
Выделяют две основные процедуры непрерывного выборочного контроля качества: CSP и ACSP (или также CS и ACS). Первая разработана в США учёными Доджем и Ромигом [119], вторая - в стенах Тульского государственного университета [22, 23] ниже представлены варианты методик.
Согласно процедуре CSP-1 после включения автомата контролируют подряд все изделия до тех пор, пока автомат не изготовит / годных изделий. После этого сплошной контроль прекращают и контролируют выборочно качество каждого /- изделия. Если проконтролированное изделие окажется дефектным, то осуществляют наладку автомата и после наладки снова контролируют і изделий, если они оказываются годными, переходят к выборочному контролю. Однако при чередовании выборочного и сплошного контроля (/ = var) используемое для этого оборудование вынуждено работать с переменной производительностью. Вследствие необходимости преодоления такого недостатка рассмотрена процедура ACSP-1 (average continuous sampling plans), позволяющая проводить контроль ритмично. После включения автомата контролируют каждое / изделие. При этом текущая непроконтролированная последовательность / изделий, выпущенных автоматом, находится в накопителе. При появлении среди выборочно контролируемых изделий дефектного, объём накопителя уводится из потока для возможных операций отбраковки или забраковки, а автомат налаживается. Для процедур CSP-2 и ACSP-2 срабатывание начинается только после обнаружения подряд двух дефектных единиц. Адаптируя англоязычные аббревиатуры, можно предложить следующие русскоязычные обозначения: CSP - непрерывный контроль переменной производительности; ACSP - непрерывный контроль накопительного действия.
Характеристики планов и процедур статистического непрерывного контроля качества
Планом статистического контроля (sampling plan) называется определенный план, который устанавливает процедуру и критерии приёмки продукции. Функциями, выполняемыми планом является следующее 1. Защита с определенной вероятностью от возникновения брака. При любом варианте, с использованием предлагаемого способа контроля, часть дефектной продукции изымается, и общий объём брака уменьшается. 2. Статистическое управление качеством (statistical quality control). В этом случае статистический контроль изменяет качество изготовленной продукции. Безусловно, статистическое управление невозможно в случае разрушающего контроля, малоэффективно при отсутствии разбраковки накопленной части и замены (исправления) брака. При этом оно положительно влияет на качество при разбраковке накопленной части и чрезвычайно эффективно при разбраковке и замене (исправлении) брака. В случае разрушающего контроля план осуществляет только функцию защиты, и назначается из экономических соображений [111,113]. Величины и характеристики, выступающие в качестве параметров плана, могут быть самыми различными, Например, это объём выборки, частота контроля, объём накопителя, кратность контроля, приёмочное и браковочное числа, контрольные границы и т.д.
Однако основными характеристиками, являются следующие (рис.2.4): - оперативная характеристика; - характеристика среднего выходного качества; - экономическая характеристика контроля. Предложено новое, более обобщенное по сравнению с ГОСТ [34, 35] толкование элементов, указанных на рис. 2.4. Среди них как и упоминавшиеся величины, так и новые. Q - уровень качества продукции (production quality level). Характеристика качества продукции, основанная на сравнении значения показателя качества оцениваемой продукции с базовым значением соответствующего показателя. Частным случаем является величина q - среднее качество (средний выходной уровень качества), за которое в настоящей- работе, в соответствии с ГОСТ Р 50 779.11-2000 [35], принимается доля дефектных объёмов. AQL - приемлемый уровень качества (acceptable quality level). Уровень качества, который служит границей удовлетворительного качества процесса производства. LQL - предельный уровень качества (limiting quality level). Уровень качества, который служит границей неудовлетворительного качества процесса производства. P(Q) - оперативная характеристика (operating characteristic curve). Зависимость вероятности проведения выборочного контроля от уровня качества процесса производства. В частности, показывает долю принимаемых в ходе выборочного контроля единиц или партий продукции. а - риск потребителя (consumer s risk). Для некоторых планов предусматривается величина риска поставщика (изготовителя) - р (producer s risk). AOQ{Q) - характеристика среднего выходного качества (average outgoing quality curve). Средний уровень качества продукции после контроля как результат статистического управления при определенном входном уровне качества процесса производства. AOQL - предел среднего выходного качества (average outgoing quality limit). Максимальное значение среднего выходного качества для заданного плана контроля. AAOQ - приемлемое среднее выходное качество (acceptable average outgoing quality). Средний уровень качества продукции, который соответствует границе удовлетворительного качества процесса производства. Определяется не только планом контроля, но и «историей качества», то есть распределением значения уровня качества в процессе производства в течении определённого (зачастую всего) периода наблюдения - контроля.
При этом AAOQ также названо - «интегральное среднее выходное качество». z(Q) - экономическая характеристика контроля. Зависимость средних затрат, связанных с контролем, от уровня качества процесса производства. Определяются по формуле 1.2. zi - предельное значение средних затрат для данного плана контроля и стоимостных коэффициентов. ZQ - приемлемое значение средних затрат, соответствующее границе удовлетворительного качества процесса производства, определяется не только планом контроля, но и «историей качества». При этом величина ZQ также названо - «интегральные средние затраты» [29, 91,113]. Статистическое управление само по себе качество отдельных единиц продукции не улучшает. После проведения «планируемых и систематически выполняемых действий» [35] меняется средний уровень качества (average quality level) и возникает среднее выходное качество. Как уже отмечалось, его частная характеристика - величина AOQ, то есть доля дефектных объёмов продукции (proportion of defective items). Если заменять несоответствующие объёмы или устранять несоответствия в них, функция AOQ имеет максимальное значение AOQL. В результате при любом входном качестве среднее выходное качество не превышает этой величины. Для формулы 1.1 входящие в неё значения описывают следующие количественные характеристики, относительно нештучной продукции, переведенной в совокупность дискретных объёмов: D - число дефектных объёмов в совокупности; Dc - число обнаруженных в результате контроля и удаленных дефектных объёмов; D0 - число дефектных объёмов в накопителе, подлежащем разбраковке или отбраковке; N - число объёмов, на которые разделён поток, Nc _ числ0 объёмов, которые удаляются из совокупности после проведения контроля (если, например, они разрушаются при контроле); N0 _ число объёмов в накопителе, которые удаляются после проведения разбраковки или отбраковки. Формула может быть преобразована для случая конкретных управляющих действий в последовательности увеличения доли объёмов несоответствующего уровня качества.
Способ непрерывного выборочного контроля нештучной продукции и устройство для его реализации
Как уже отмечалось, основной преградой применению процедур непрерывного выборочного контроля CSP и ACSP является непрерывность потока нештучной продукции. Для этого следует предусмотреть его разделение на определённые накопительные объёмы (см. п.2.1). Однако важно учитывать, в соответствии с используемыми процедурами, дальнейшие технологические операции: периодический или сплошной контроль, отвод материала, объединение, накопление.
Описанные в п. 1.5 устройства и способы контроля качества осуществляют частичное, непропорциональное (неравномерное) разделение технологического потока сплошного материала с целью проведения пробоотбора. Таким образом, представленные технические решения относятся к средствам системы отбора и подготовки проб автоматизированного статистического контроля. Однако проводимая ими дифференциация потока указывает на их отношение также и к устройствам системы манипуляций потоком с наличием некоторых недостатков.
Способы и устройства, реализующие их, представленные на рис. 1.12 и 1.13 осуществляют дискретизацию потока только при определённых параметрах работы оборудования. Здесь полное разделение потока, хотя и возможно, но значительно затруднено. В других же устройствах и способах (см. рис. 1.14 и 1.15) разделение потока осуществляется частично.
Таким образом, возможное разделение непрерывного потока известными способами и, соответственно, устройствами в условиях системы автоматизированного статистического контроля предусматривается как дополнительный (не основной) элемент в процессе получения репрезентативных проб, причём управление качеством осуществляется опосредованно.
Вследствие этого предлагается новый способ выборочного контроля нештучной продукции, осуществляющий управление его качеством. В его основу заложена адаптация процедур CSP и ACSP для штучной продукции к реализации с непрерывным сплошным потоком [106, 114].
Способ, представленный на рис. 3.3 и 3.4 реализуется следующим образом. Нештучный непрерывный материал (продукция), перемещаясь по основной и рабочей линиям 1 и 2, соответственно, через быстродействующие задвижки 5 последовательно занимает накопительные объёмы 4. При этом с установленной периодичностью / , меньшей числа /накопительных объёмов 4, в них осуществляется контроль соответствия качества продукции статистически установленным условиям. По представленным результатам происходит опорожнение ранее имеющихся накопительных объёмов 4 (включая проконтролированный) либо далее через рабочую линию 2 в основную технологическую линию 1 (см. рис. 3.3) - при установлении соответствия качества материала заданным параметрам, либо, в противном случае, - опорожнение продукции через линию отвода 3 для дальнейших операций отбраковки или разбраковки отдельно каждого объёма (см. рис. 3.4). В последнем случае возможно вмешательство в процесс производства с целью переналадки технологического оборудования.
Непрерывное разделение всего потока осуществляется взаимоисключающим функционированием быстродействующих задвижек 6 при последовательном опорожнении каждого накопительного объёма 4. При этом одновременно наполняется предыдущий незаполненный объём через смежно работающую задвижку 5, взаимоисключающую функционирование аналогичных задвижек.
Способ выборочного контроля посредством отвода из полностью дискре-тизируемого нештучного продукта его накопленных объёмов с несоответствующим уровнем качества либо при обнаружении дефекта при сплошной проверке, либо для дальнейших индивидуальных операций разбраковки или полной отбраковки позволяет обеспечить его необходимый средний уровень в основной технологической линии посредством заданных в планах вариантов процедур CSP и ACSP.
Для технической реализации способа предусмотрено устройство системы манипуляции потоком. Конструкция представлена на рис. 3.5 [84, 114]. Нештучный продукт, непрерывно перемещаясь по линии основного потока, полностью дискретизируется, последовательно заполняя накопительные ёмкости через распределительный узел по линиям рабочего потока посредством поочерёдной работы быстродействующих задвижек (клапанов). При этом с установленной периодичностью меньшей числа накопительных ёмкостей, осуществляется отбор проб с последующими экспресс-анализом качества и статистическим установлением годности продукта.
Морфологический анализ и синтез устройств технической системы АСК
Практическая ценность использования морфологического метода при проектировании устройств для непрерывного выборочного контроля обусловлена выделением признаков, содержащих информацию о структуре, компоновке, элементной базе [5, 7, 14, 63, 64, 87], то есть о морфологической и функциональной организации рассматриваемых системы манипуляций потоком и системы отбора и подготовки проб нештучной продукции. Метод формирования схемных решений системы должен учитывать характер транспортно-технологического воздействия потоков нештучной продукции, тенденции и закономерности развития оборудования. Формирование полного множества решений отображается в полной морфологической матрице. Наряду со структурообразующими признаками в морфологическую матрицу вводятся варианты их конструктивной реализации, характеристики вспомогательных структурных элементов (систем диагностики, контроля, управления), а также степень агрегатирования устройств в системы и комплексы. Формирование полного множества решений отображается в морфологической матрице. Наряду со структурообразующими признаками в неё вводятся варианты их конструктивной реализации, характеристики вспомогательных структурных элементов (систем диагностики, контроля, управления), а также степень агрегатирования устройств в системы и комплексы. Учитывая особенности способа непрерывного контроля качества, реализуемого системой манипуляций, многовариантность структур СОПП нештучной продукции по уровням признаков предлагается морфологическая матрица непрерывного выборочного контроля, состоящая из трёх уровней (рис. 3.11). Её структурообразующие признаки выделены в уровни А, В, С в соответствии конструктивных признаков и вариантов их агрегатирования. На уровне А формируется комплекс систем для определенного физического состояния продукта.
Уровень В образовывается на базе системы манипуляций потоком и системы отбора и подготовки проб АСК, согласно структурно-функциональной схеме непрерывного выборочного контроля нештучной продукции (см. рис. 3.1, 3.2). Уровень С определяется элементами системы отбора и подготовки проб, одновременно включает в себя два последних уровня мно-говориантной структуры СОПП (см. рис. 3.8) на основе её внутренней модели (см. рис. 3.7). Множеством уровней и признаков формируется морфологическая матрица. Каждой из её клеток соответствует свой индекс, содержание клетки представляет собой код из цифр, причем разрядность кода соответствует номеру уровня, а цифра, соответствующая этому уровню обозначает номер варианта данного уровня. Ноль в коде означает, что выбор варианта на данном уровне не производится и осуществляется переход через этот «пустой» уровень к следующему. Создание структурно-компоновочных схем агрегатированным сочетанием устройств и их элементов на базе имеющейся морфологической матрицы позволяет получать новые технические решения. Однако задание «технической формулы» не позволяет разработать новое устройство без учёта всевозможных факторов влияния на функционирование оборудование и, безусловно, основных конструкторско-проектировочных тенденций [100]. Выявленные особенности устройств системы отбора и подготовки проб АСК, требования к ним, механизмы их функционирования, свойства процедур CSP и ACSP, учёт факторов, влияющих на репрезентативность проб, позволило на основе морфологического подхода сгенерировать ряд новых технических решений.
Синтез технических решений [87] для непрерывного выборочного контроля нештучной продукции осуществляется с возможностью изменения плана путём анализа сгенерированных элементов уровней А и В морфологической матрицы. Стратегией маршрута является понижение доли дефектных объёмов и снижение суммарных затрат, связанных с контролем, а также выполнение требований, предъявляемых к устройствам СОПП (рис. 3.12). Предлагается новое устройство отбора жидких проб из трубопровода (рис. 3.13), принцип работы которого заключается в следующем [28, 82, 99, 105, 115]. Поток жидкости движется по трубопроводу, в который вмонтирован корпус пробоотборника 1. Крыльчатка 7, установленная на полом валу 2 вращается под действием потока жидкости. Посредством крепёжной рейки 4, соединённой с крыльчаткой 7 крепёжными элементами 5, вращающий момент передаётся внутреннему валу 3, который постоянно вращается на подшипниках 8 и 9. Жидкость поступает в полость вала 2, где за счёт группы шнеков 6 перемешивается, приобретая однородный состав, и под напором и действием сонаправленных шнеков 6 перемещается к отсекающему устройству 11. Отсекающее устройство 11 направляет жидкость в канал отвода пробы 15, где она попадает на делительное устройство, представляющее собой расходящийся канал. Часть пробы, отводимая по каналу 17, идёт на анализ, другая -отводится по каналу 16 через сопло 14 с обратным клапаном, что предотвращает попадание в канал жидкости из трубопровода. После получения необходимого объёма пробы, по команде, муфта 18 мгновенно снимает фиксацию отсекающего устройства 11 и соединяет его с вращающимся внутренним валом 3. После их совместного поворота на 180 муфта автоматически отсоединяет внутренний вал 3 от отсекающего устройства 11 при мгновенном стопорений последнего. Пробоотводящий канал 15 перекрывается и жидкость по каналу сброса 12, поступает в трубопровод. Имеющиеся устройства обладают рядом недостатков. К ним относится увеличение вероятности застаивания контролируемой жидкости при вертикальном положении полого вала, вследствие отбора пробы под действием собственного давления жидкости в трубопроводе. При этом, при невозможности сокращения пробы возрастает её объём, что требует в дальнейшем на производстве затрат на разделение. Отсутствие перемешивания снижает представительность пробы, а также требует дополнительных затрат энергии и труда на проведение этой операции в последующем. Независимый привод разнообразных элементов устройств требует дополнительных энергозатрат на функционирование. Техническим результатом изобретения является увеличение производительности устройства, повышения представительности пробы, снижение энерго-, трудо- и материалозатрат на процесс пробоотбора и упрощение в эксплуатации. Повышение производительности изобретения осуществляется за счёт увеличения числа операций, производимых устройством и дополнительным напором, создаваемым в полом валу сонаправленными, большими по диаметру шнеками.
