Введение к работе
Актуальность работы. Существующие в литературе научные сведения о методах определения результативности процессов носят разрозненный характер, направлены на решение частных задач, что затрудняет их объединение в единую методику оценки результативности многооперационных технологий обработки, разработанной до возможности практического применения и позволяющей обоснованно определять технологические резервы и управляющие воздействия, обеспечивающие достижение заданного уровня потребительских свойств готовой продукции.
В стандарте ГОСТ Р ИСО 9000-2008 определяется понятие «результативность» как степень выполнения запланированной деятельности и достижения запланированных результатов. Согласно данному определению под результативностью технологического процесса следует понимать степень соответствия показателя качества (ПК) выпускаемой продукции требованиям научно-технической документации (НТД). При этом максимально возможная результативность процесса составляет 100 %, что соответствует полному обеспечению заданного уровня качества продукции. В международных стандартах ISO серии 9000 рекомендуется по каждому процессу определять результативность и использовать полученные значения для управления качеством производимой продукции. Целесообразно разработать и апробировать методику расчета результативности на примере высокотехнологичного инновационного производства высокопрочной арматуры.
Потребности экономики страны требуют ускоренного развития сети высокоскоростных железных дорог, внедрения нового эффективного подвижного состава. Эти задачи отечественной промышленности предстоит решать в рамках стратегии развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 года.
Одной из актуальных проблем при реализации утвержденной стратегии является организация производства современных комплектующих для строения железных дорог и, в частности, железобетонных шпал (ЖБШ) нового поколения. Технологии производства ЖБШ нового поколения ориентированы на существенное сокращение металлоемкости конструкций, снижение трудоемкости и энергетических затрат за счет перехода к схемам укрупненного армирования (при армировании шпалы высокопрочной арматурой диаметром до 10,0 мм используется 4 стержня, а в традиционной технологии – 44 проволоки диаметром 3,0 мм) и ужесточения требований к ПК арматуры. В целях развития отечественного производства ЖБШ нового поколения компания ОАО «Российские железные дороги» (РЖД) приобрела за рубежом специализированные линии по выпуску данной продукции. Для обеспечения загрузки импортных линий перед отечественной промышленностью была поставлена задача освоения технологии производства высокопрочной арматуры больших диаметров.
Передовым предприятием отрасли, на котором осваивается такая перспективная инновационная технология, является ОАО «ММК-МЕТИЗ».
Специфика требований, предъявляемых к стабилизированной арматуре, отсутствие отечественного опыта деформационной обработки в холодном состоянии подката таких диаметров из высокопрочных сталей и ограниченные возможности прямого использования и адаптации зарубежных разработок не позволили решать задачи выпуска данной продукции на основе копирования традиционных подходов к определению технологических режимов, применяемых при изготовлении других видов армирующих материалов. Технологический процесс на этапе освоения характеризовался неудовлетворительной результативностью, что не позволяло в полном объеме обеспечить заданный комплекс ПК готовой продукции и удовлетворить спрос со стороны заводов по производству ЖБШ.
В связи с этим, актуальным является комплекс исследований, направленных на разработку методики количественной оценки результативности многооперационных технологических процессов для повышения результативности технологического процесса производства арматуры, обеспечения заданного уровня ПК готовой продукции и уменьшения количества несоответствий требованиям НТД.
Цель работы. Повышение результативности технологии производства и обеспечение заданного уровня качества высокопрочной стабилизированной арматуры диаметром 9,6 мм для армирования железобетонных шпал нового поколения.
В связи с этим в работе необходимо решить следующие задачи:
- разработать методику оценки результативности технологического процесса производства высокопрочной арматуры для железобетонных шпал, позволяющую обоснованно определять технологические резервы, обеспечивающие достижение заданных ПК готовой продукции;
- выполнить комплекс исследований реологических свойств новой стали марки 80ХФЮ, необходимых для проектирования эффективных режимов холодной пластической деформации арматуры;
- провести моделирование и разработать режимы многократного волочения высокопрочной арматуры, обеспечивающие получение свойств материала, отвечающих специфике дальнейшего профилирования и механотермической обработки;
- внедрить результаты работы в действующее производство высокопрочной стабилизированной арматуры диаметром 9,6 мм, оценить результативность технологического процесса и качество готовой продукции после реализации разработок.
Научная новизна
На основе принципов квалиметрии разработана методика оценки результативности многооперационных технологических процессов формирования качества высокопрочной арматуры железобетонных шпал, позволяющая направленно определять технологические резервы, обеспечивающие достижение заданного уровня потребительских свойств готовой продукции.
Предложены количественные показатели результативности технологического процесса: локальной, характеризующей степень использования потенциала каждой отдельной операции по формированию качества готовой продукции, и глобальной, отражающей вклад каждой отдельной операции в достижение регламентированного уровня качества готовой продукции.
Разработан алгоритм факторного анализа, позволяющий определить в структуре многооперационного технологического процесса операции с наибольшим потенциалом роста показателей локальной и глобальной результативности.
Получено уравнение состояния для новой стали марки 80ХФЮ, необходимое для эффективного использования прочностных и пластических свойств материала при проектировании и реализации режимов холодной пластической деформации арматуры с заданным уровнем качества.
Предложен показатель количественной оценки степени равномерности напряженно-деформированного состояния, на основе которого получены новые научные знания о влиянии многократного волочения катанки диаметром 15,0 мм из стали марки 80ХФЮ на качество арматуры, позволившие значительно уменьшить дефекты готовой продукции.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности
Результаты диссертационной работы в полном объеме внедрены на ОАО «ММК-МЕТИЗ» с экономическим эффектом 7,3 млн. руб. Результаты работы использованы при успешном прохождении сертификационных испытаний высокопрочной арматуры диаметром 9,6 мм производства ОАО «ММК-МЕТИЗ» во Всероссийском научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ, г. Москва).
Создано программное обеспечение для расчета параметров маршрута волочения арматуры, позволяющее осуществлять оперативную оценку и корректировку деформационных и энергосиловых параметров процесса, а также обеспечить условие безобрывности обработки, оцениваемое коэффициентом запаса прочности.
Получены исходные данные, необходимые для проектирования результативных режимов обработки высокопрочной арматуры для ЖБШ диаметром 9,6 мм из катанки диаметром 15,0 мм стали марки 80ХФЮ при волочении.
Внесены изменения в технологическую карту ТК ММК-МЕТИЗ–К.ПР-114-2008 на производство нового вида продукции – высокопрочной стабилизированной арматуры диаметром 9,6 мм.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на VI, VII и VIII конгрессах прокатчиков (Москва, 2005, 2007 гг.; Магнитогорск, 2010 г.); Междунар. науч.-техн. конф. «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2007 г.); на III Междунар. науч.-техн. конф. «Казахстанской Магнитке 50 лет» (Темиртау, 2010 г.); Всерос. науч.-техн. конф. «Новые материалы и технологии-НТМ-2010» (Москва, 2010 г.); науч.-техн. конф. ГОУ ВПО «МГТУ» в 2007-2010 гг.; технических советах ОАО «ММК-МЕТИЗ» в 2007-2010 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликованы: 1 монография; 19 научных статей, в т.ч. 9 - в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ (из них - 2 личные, без соавторов); получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 5 глав, изложена на 134 страницах машинописного текста, иллюстрирована 38 рисунками, содержит 17 таблиц, четыре приложения, библиографический список состоит из 94 наименований.
