Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор 9
1.1 Информационное обеспечение для управления точностью деталей 9
1.1.1 Отражение в документации требований СМК к менеджменту процессов в технической документации 9
1.1.2 Информационное обеспечение систем управления качеством продукции па предприятиях СССР 15
1.1.3 Оценка информативности измерения стандартных показателей точности деталей машин и станочных систем 19
1.2 Идентификация отклонений при формообразовании 28
1.2.1 Информативность данных измерения продукции и процессов 28
1.2.2 Цикличность действия факторов, вызывающих отклонения 36
1.3 Пригодность методов моделирования процессов формообразования для повышения точности продукции 48
1.3.1 Моделирование структуры единичных процессов формообразования 48
1.3.1 Системы координат в управлении точностью 53
1.4 Анализ данных литобзора. Постановка задач работы 62
Глава 2 Экспериментальная проверка результативности и эффективности статистических методов получения данных 67
2.1 Условия проведения эксперимента 67
2.1.1 Показатели результативности и эффективности методик получения данных 67
2.1.2 Объект исследования и характеристика процесса 72
2.1.3 Методика оценки результативности и эффективности 74
2.2 Методики обработки данных в статистических методах 83
2.2.1 Вероятностно-статистический анализ 83
2.2.2 Контрольные карты для единичного показателя 85
2.2.3 Корреляционный анализ наследственности показателей заготовки и детали 87
2.2.4 Регрессионный анализ 88
2.3 Результаты эксперимента 90
2.3.1 Вероятностно-статистический анализ единичных показателей 90
2.3.2 Контрольные карты для единичного показателя 92
2.3.3 Регрессионный анализ 94
2.3.4 Корреляционный анализ наследственности показателей заготовки и детали 95
2.4 Анализ результативности и эффективности 97
2.5 Выводы к главе 101
Глава 3. Модель формирования диагностических составляющих отклонениеи показателей точности в процессе формообразования 103
3.1 Система отклонений точности в процессе ФО 103
3.1.1 Технологическая структура детали, как продукта процесса 103
3.1.2 Состав и функция назначения элементов технологической системы 115
3.1.3 Модель циклического формирования отклонений 127
3.2 Информационное обеспечение процесса улучшения 136
3.2.1 Систематизация задач управления улучшением качества продукции 136
3.2.2 Диагностические составляющие как результат цикла базирования модулей 141
3.2.3 Идентификация как условие прослеживаемости 144
3.3 Измерение как основа идентификации 149
3.3.1 Задача диагностических измерений 149
3.3.2 Технология проведения измерений 150
Глава 4 Методика диагностического эксперимента и организация мониторинга процессов формообразования на рабочем месте 153
4.1 Методика проведения диагностического эксперимента 153
4.1.1 Ранжирование стандартных показателей точности 153
4.1.2 Идентификация состава технологической системы 158
4.1.3 Планирование и проведение эксперимента 161
4.1.4 Анализ результатов эксперимента 171
4.2 Схема мониторинга на рабочем месте 176
4.2.1 Система задач мониторинга 176
4.2.2 Концепция улучшения качества в рамках мониторинга по диагностическим составляющим установленных показателей 178
4.2.3 Требования к информационному обеспечению мониторинга на рабочем месте 180
4.2.3 Общая схема проведения мониторинга 186
4.3 Выводы к главе 190
Основные выводы по работе 192
Список литературы 194
Акт о внедрении результатов диссертационной работы от ООО «Фрам Экспресс» 210
- Оценка информативности измерения стандартных показателей точности деталей машин и станочных систем
- Технологическая структура детали, как продукта процесса
- Идентификация как условие прослеживаемости
- Требования к информационному обеспечению мониторинга на рабочем месте
Введение к работе
Актуальность темы: Система менеджмента качества (СМК) задает новый для России уровень требований: обеспечить удовлетворенность потребителей, постоянно повышая качество продукции на всех этапах жизненного цикла. Во всех отраслях народного хозяйства представление о требованиях к качеству продукции, а также методах решения задач по управлению качеством развивалось и углублялось по мере усложнения продукции, совершенствования технолога и и организации производства, развития рыночных отношений. Предприятия машиностроения выпускают многофункциональную сложную по составу продукцию, в производстве которой реализуются разнообразные по структуре и способам выполнения технологические процессы. Поэтому и сложность задач менеджмента качества здесь наибольшая. В части повышения качества продукции возник ряд новых задач, решение которых необходимо для их успешного развития. К ним можно отнести следующие:
повышение конкурентоспособности за счет более высокого качества;
выполнения требований все более ужесточающихся требований экологических стандартов, таких как стандарты Euro (для чего в ряде случаев .приходится ужесточить допуски на показатели точности);
получения «престижных», высокодоходных заказов, например от зарубежных фирм;
снижения текущих затрат за счет уменьшения количества несоответствующих изделий.
Качество машины в целом, отдельных ее узлов и деталей во многом определяется их суммарных одновременным проявлением отклонений показателей точности, которые задаются комплексом показателей качества (волнистостью, отклонением профиля, размера, формы, относительного положения). Этот комплекс обеспечивается в процессах формообразования (ФО) обработкой резанием, для реализации которых создаются сложные технологические системы.
Для улучшения качества, связанного с последовательным улучшением процессов выпуска продукции, СМК предусматривает организацию мониторинга измеряемых показателей качества и параметров отдельных процессов.
На предприятиях развитых стран мониторинг отдельных технологических операций включает процедуры планового диагностирования отдельных узлов станков и оснастки с применением современных средств измерений и дорогостоящего программного обеспечения. К сожалению, на наших заводах это пока неприменимо. Дня большинства из них до сих пор еще актуальна начальная проблема управления - гарантированное
обеспечение в производстве утвержденных требований к качеству продукции. В процессах ФО деталей машин на сегодняшний день основным инструментом оценки состояния оборудования остаются стандартизованные методы определения технологической точности (по показателям точности изготавливаемых деталей), которые не выявляют связи отдельных показателей точности продукции с состоянием того или иного модуля.
В связи с разработкой и сертификацией СМК в последние годы активно внедряются методы статистического управления качеством, например - контрольные карты. Однако со многих случаях они также не помогают технологам запланировать корректирующие действия без дополнительного исследован, хотя при сегодняшнем оснащении отличаются значительной трудоемкостью сбора и анализа статистических данных. В результате, например, в автомобильном производстве решение задач обеспечения передоверено наладчикам станков и автоматических линий. При таком подходе системное улучшение качества продукции невозможно.
Информация о процессах и показателях качества продукции, полученная в рамках мониторинга, необходима не для оценки соответствия, а для автоматизированного оперативного планирования адекватных корректирующих и предупреждающих действий по его улучшению, т.е. для значительно более сложной задачи. Иначе говоря, мониторинг как инструмент менеджмента качества, должен быть возможно более результативным.
Поэтому очевидно, что для достижения высокой результативности СМК одной из важнейших задач становится разработка таких методов получения информации о состоянии процессов на рабочих местах, которые при невысокой стоимости и трудоемкости будут давать информацию настолько структурированную, чтобы планирование адекватных корректирующих и предупреждающих действий могло осуществляться автоматически, а кроме того и пригодную для системного обобщения в рамках организации
Цель работы; повышение результативности и эффективности СМК предприятия за счет автоматизированного планирования корректирующих и предупреждающих действий в технологических системах ФО деталей.
Объект исследования: технологические системы формообразования деталей в основном и вспомогательном производстве предприятий машиностроения.
Предметы исследования: процессы жизненного цикла технологических систем и отдельных модулей, отдельно взятые операции формообразования, контроля, линейных
-V-
измерений; методы и процедуры управления точностью на рабочих местах; методы
менеджмента качества.
Общая методика исследований: основывается на положениях теории TQM,
квалиметрии, системном а на л те процессов; измерительном эксперименте;
статистическом анализе процессов. Научная новизна:
Разработаны критерии результативности и эффективности методик получения данных о состоянии процесса по показателю трудоем кости и экспериментально подтверждена зависимость объема работ по планированию корректирующих и предупреждающих действий от глубины и степени идентификации условий процесса.
Обосновано положение о том, что измеренное значение отклонения любого показателя точности изготовленной детали является интегральным, последовательно сформированным из диагностических составляющих, вызванных действием одного фактора в строго определенном цикле процесса ФО.
Разработана концепция управлению точностью на рабочем месте как систематической деятельности по выявлению в составе установленных показателей лимитирующих диагностических составляющих и оперативному проведению результативных корректирующих действий.
Обоснована необходимость применения в качестве объекта идентификации и прослеживания не субъективно выбранного единичного установленного показателя, а комплекса диагностических составляющих, входящих в состав каждого из установленных показателей.
Обосновано положение о том, что для систематического улучшения качества продукция результативная СМ К предприятия должна строиться на основе инструментов менеджмента процессов на рабочих местах.
Практическая ценность;
Разработана и адаптирована к реальным заводским условиям методика диагностических измерений, обработки и анализа данных, обеспечивающая идентификацию комплекса причин формирования отклонений точности в различных операциях формообразования.
Разработаны рекомендации по организации мониторинга операций формообразования в производственном подразделении, обеспечивающая назначение эффективных корректирующих и предупреждающих действий по результатам измерений без дополнительного анализа причин отклонений.
- Разработана структура базы данных и техническое задание на создание программного
продукта по планированию и анализу результатов диагностирования процессов
формообразования на рабочихместах.
Разработан комплект методического обеспечения для дополнительного обучения
заводских специалистов и студентов по направлению «Менеджмент точности в
процессах формообразования деталей».
Реализация работы;
Внедрена в ОАО «КамАЗ-Дизель» методологическая инструкция по качеству
«Диагностирование состояния узлов оборудования и оснастки по показателям
технологической точности деталей».
- В ГОУ КамПИ применяется учебно-методическое обеспечение для обучения
студентов и специалистов по внедрению методики.
Апробация работы: основные положения работы доложены и обсуждены на: международном Kotrpecce по конструкторскотехнологической информатике г. Москва МГТУ «Станкин» 2000 г.;
Международных конференциях: «Развитие через качество» г. Тольятти (сентябрь 2001 г., ноябрь 2002 г.), «Повышение надежности и эффективности двигателей и силовых агрегатов КамАЗ» (октябрь 2003 г. Набережные Челны); «Современное машиностроение: управление эффективным развитием» апрель 2004 г. Москва МГТУ «Станкин»; «Современные проблемы машиностроения» г.Томск ноябрь 2004 г.
Международной научно-практической конференции по силовым агрегатам Набережные Челны КамАЗ 22-25 октября 2003 г.
Международных молодежных научных конференциях: Москва МАТИ, 6-Ю апреля 1999г.; Набережные Челны (29-31 марта 2000 г.) г.; Москва МАТИ, 5-9 апреля 2005 г.
Всероссийских научно -технических конференциях:
в Арзамасском филиале НижГТУ. в 1998 г.; в Нижегородском ГТУ 1999 г.; в г.; Тольяттинском ГТУ октябрь 2001 г.; в МАТИг. Москва, 10-11 марта 2004 г.
Межрегиональной научно-практической конференции (24-25 апреля 2002 г.) - Наб. Челны.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, 4-х глав, изложена на
страницах машинописного текста, содержит таблиц, иллюстраций, 2
приложения на страницах и списка используемой литературы, включающего
наименований.
Оценка информативности измерения стандартных показателей точности деталей машин и станочных систем
Требования к точности формообразования устанавливаются на основе стандартизованных показателей. Безусловно, одним из основных теоретических вопросов решения задачи улучшения качества является анализ системности в определениях и методах измерения этих показателей. Выполним его, делая акцент на возможности непосредственного использования результатов измерения для планирования корректирующих и предупреждающих действий.
Авторы [31, 32, 55, 88,168] выделяют следующие группы показателей точности деталей: отклонения относительного расположения элементов, размеры, отклонения формы элементов, суммарные отклонения расположения и формы, волнистость, шероховатость.
Отклонением расположения называется «отклонение реального расположения рассматриваемого элемента от номинального» [88 с. 123]. Это, например, отклонения от параллельности или перпендикулярности осей, плоскостей, отклонения от соосности элементов детали, позиционные отклонения. Определяются они от абстрактных идеальных баз элементов - осей (если рассматриваются тела вращения) или прилегающих плоскостей (для плоских тел). Положение поверхности предельных значений отклонения эквидистантно базе, задающей плоскость отсчета.
Рассмотрим для примера отклонение от параллельности осей (или прямых). Это «геометрическая сумма ЕРА отклонений от параллельности проекций осей (прямых) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, одна из этих плоскостей является общей плоскостью осей» [88 с.128] (рис.1.1). Соответственно, схемы измерения этого показателя направлены на определение отклонений проекций (рис. 1.2). Базы отверстий материализуются в виде высокоточных контрольных оправок. Измерения выполняются с использованием блоков концевых мер, в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Из пояснения к схеме следует, что для оценки соответствия достаточно определить только наибольшее отклонение проекций одной оси относительно другой. Определения значений координат его проекций, а тем более уравнения положения этих проекций в единой системе координат не предполагается.
Обратим внимание на понятие показателя размера. Это «числовое значение линейной величины (диаметра, длины, и т.п.) в выбранных единицах измерения. Под размером элемента детали понимается расстояние между двумя характерными точками элемента» [88 с.27]. Показатель широко применяется для оценки соответствия но, измеренный согласно определению, не даст достаточной информации о причинах отклонений, поскольку оно не конкретизирует положения координат «характерных точек». Таким образом, определение оставляет элемент субъективности при измерении и трактовке его результатов.
Отклонения геометрической формы элементов деталей (отклонения формы поверхностей) в общем случае определяется как «отклонение формы реальной (истинной) поверхности или реального (истинного) профиля от формы номинальной (идеальной) поверхности или номинального (идеального) профиля» [88 с.99]. По определению «за отклонение формы или расположения поверхности, сопоставляемое с допуском, принимается наибольшее из значений, измеренное в разных сечениях» [55 с. 175].
Например, отклонением от плоскостности называется «наибольшее расстояние EFE от точек реальной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка» [88 с. 108] (рис. 1.3). Оценивается оно относительно «прилегающей или средней плоскости или в зависимости от применяемой схемы измерений - упрощенной базы (плоскости, проходящей через три угловые (разнесенные) точки поверхности, или плоскости, параллельной прямым, соединяющим крайние точки в каждом из диагональных сечений)» [55 с. 171]. Одна из схем измерений предусматривает наличие эталонов, когда измерительной базой становится плоскость, материализованная в виде горизонтальной поверхности линеек на регулируемых опорах, опирающихся на угловые точки реальной поверхности (рис. 1.4). Формулировка отклонения и стандартная схема относительного измерения не позволяет решить аналитическую задачу - построение уравнения действительной поверхности. Только в случае измерения на координатной машине (рис. 1.5) можно четко определить не только расстояния точек поверхности от базовой плоскости машины, но и координаты их проекций.
Базой для оценки значения отклонения формы в сечении являются прилегающие номинальные базовые линии заданной формы. В продольном сечении для нормирования применяется отклонение от прямолинейности в плоскости. По определению - это «наибольшее расстояние EFL от точек реального профиля до прилегающей прямой в пределах нормируемого участка» [88 с. 106] (рис. 1.6). Базой отсчета отклонения является прилегающая линия, положение которой в системе координат строго не регламентируется, а значит геометрическое сложение отклонения данного вида с другими невозможно. Например, в определениях взаимосвязанных показателей - прямолинейности (частный) и плоскостности (общий) отсутствует требование представления их измерительных баз в единой системе координат. Но без этого условия невозможно сложить их геометрически.
Метод измерения отклонения от прямолинейности основан на измерении расстояния точек профиля детали относительно эталона. Измерительная база материализуется в виде прецизионной направляющей - (рис. 1.7), или лазерного луча - (рис. 1.8). Но результат будет следствием суммарного воздействия группы технологических факторов, вклад каждого из которых установить не удастся. Наиболее информативна только схема (рис. 1.9), т.к. и значение отклонений, и координаты проекций измеренных точек на базовой плоскости фиксируются в общей системе координат измерительной машины.
Примером отклонения профиля в поперечном сечении является отклонение от круглости. Это «наибольшее расстояние EFK от точек реального профиля до прилегающей окружности» [88 с.111] (рис. 1.10). Одним из способов определения отклонения является расчет полуразности между максимальным и минимальным значением измеренного диаметра. Как и остальные, это определение не устанавливает обязательность фиксации угловых координат максимального значения вектора отклонения. Для определения мероприятий по корректировке процессов результат можно применить только когда есть уверенность в том, что все диаметры пересекаются в одной точке, иначе измеренное значение будет представлять собой некоторую сумму отклонений формы и положения мгновенной технологической оси от измерительной. Если в качестве измерительной базы используется ось центров - (рис. 1.11), то эта схема измерения позволит получить диагностическую информацию, только когда центры измеряемых сечений совпадают с точками фактического положения технологической оси. Это же можно сказать о схемах, когда измерительной базой является противолежащая измерительному наконечнику сторона профиля детали - (рис. 1.12), или участки профиля, соприкасающиеся с измерительными призмами - (рис. 1.13). Здесь в дополнение к собственно некруглости на результатах измерения скажется и отклонение профиля контактного участка базовой поверхности. При измерении в разных сечениях будет разной и величина радиуса прилегающих окружностей, поскольку она зависит от ряда технологических факторов. Поэтому напрямую использовать данные измерений, можно только для оценки соответствия.
Комплекс параметров, точности отдельных видов станков [26, 34, 38, 41, 27, 28, 39, 20, 40] установлен для обеспечения заданной точности формообразования. Он является намного более сложным, чем для изготовляемых деталей. Нормы точности и схемы измерений регламентируются ГОСТ 22267-76, а также фиксируются в технической документации завода-изготовителя.
Согласно [29] 23 стандартизированных показателя подразделяются на следующие группы:
- Показатели геометрических форм и относительного положения поверхностей, используемых для базирования заготовки и инструмента;
- Показатели траекторий перемещений рабочих органов;
- Показатели положения осей вращения и траекторий перемещений рабочих органов, несущих заготовку и инструмент, относительно друг друга и баз;
Показатели координат линейных и угловых перемещений. Рассмотрим их информативность для планирования корректирующих действий.
Согласно [п. 1.1 29] «при измерении точности станков измеряют ее показатели, то есть отклонения формы и относительного положения линий и поверхностей станков и траекторий движений их рабочих органов». Измерения проводятся на этапе приемки, наладки, или настройки на рабочих местах, а также при проведении диагностических осмотров.
Технологическая структура детали, как продукта процесса
Качество выполнения функций машиной в целом, а также долговечность отдельных сопряжений во многом определяется степенью приближения показателей точности к оптимальным идеальным значениям. Для построения модели процесса формирования отклонений используем представление о совокупности идеальных деталей как конечном продукте идеально выполненного процесса.
Представим, что перед разработкой чертежа конструктор создал первичную модель будущей детали, которая не предполагает появление каких-либо отклонений. Для нее он обосновал необходимый набор показателей точности и рассчитал именно те их значения, которые обеспечивают наивысшую степень качества, то есть гарантируют выполнение функции назначения с наилучшими характеристиками в течение заданного времени. Поверхности конструктивных элементов идеальной детали любой машины - плоские, цилиндрические, круговые, конические круговые и.т.д., не имеют отклонений формы и профиля и к тому же занимают строго заданное положение относительно друг друга. Задавая в чертеже именно эти значения, конструктор по сути устанавливает требование идеального качества продукции, когда все единицы продукции в общем объеме ее выпуска будут совершенно одинаковыми, причем каждая имеет оптимальные характеристики (рис. 3.1 а).
Однако, зная о факте наличия в производстве определенного уровня нестабильности процессов изготовления, которые вызовут отклонения от идеальных значений, конструктор далее вынужден назначить предельные значения показателей. При этом ему важно, чтобы каждое из множества сопряжений, в которые войдут изготовленные в рамках этих предельных значений элементы деталей даже при самой неблагоприятной комбинации действительных значений показателей точности, выполняли свою функцию назначения с приемлемым качеством (рис. 3.1 б). Технологическая природа отклонений его не интересует.
Поскольку исходные ресурсы (заготовки), модули и технологических систем ФО и параметры процессов также имеют отклонения, для формирования детали с требуемой точностью приходится выполнить технологический маршрут -последовательность операций, в каждой из которых создается ее полуфабрикат. Как правило, отдельная поверхность одного элемента полуфабриката образуется в одном элементе технологической операции - технологическом переходе. Чтобы получить заданные конструктором допустимые значения всех показателей точности готовой детали, уже технолог обязан обосновать их идеальные и предельные значения для каждого технологического перехода.
Как операция в целом, так и отдельный переход формообразования (ФО) могут быть выполнены разными способами. Законченную поверхность элемента детали можно, например, единовременно получить объемной штамповкой как прямую копию рабочей поверхности инструмента. Движения в момент окончательного копирования здесь не требуется, но предварительно необходимо переместить формообразующий элемент инструмента в заданную координату. В этом случае отклонения профиля и формы поверхности как результаты процесса будут определяться погрешностями рабочей части инструмента, а относительное ее положение - точностью позиционирования инструмента в заданной координате.
Однако штамповкой, как и другими методами заготовительного производства, высокую точность получить не удается, поэтому формообразование сопрягаемых (рабочих) поверхностей деталей, отличающихся весьма высокими требованиями к точности, уже много десятилетий выполняется исключительно в операциях обработки резанием. При рассмотрении кинематической сути способов, специалисты обычно ограничиваются абстрактными схемами (рис.3.2) [91], в которых чаще всего не выделяются обязательные условия для достижения заданной точности (оптимизация схемы базирования, предварительная настройка на размер, исключение появления вибраций в процессе ФО и т.д.).
Рассмотрим содержание и условия выполнения процесса формообразования резанием с точки зрения управления точностью.
Обратим внимание, что при резании всегда приходится выполнять две функции: срезать припуск и образовывать новую поверхность. Для срезания припуска на инструменте обязательно должна быть главная режущая кромка. Формообразующий элемент (ФОЭ) режущих инструментов геометрически представляет собой производящую линию или точку, так что для образования поверхности детали (семейства точек или линий) необходимо еще совершить движение формообразования - перемещение ФОЭ относительно заготовки по заданной траектории. Закон движения обычно является интегральным, то есть складывается из простейших кинематических движений - вращательных и поступательных, которые в конструкциях большинства металлорежущих станков осуществляют соответствующие механизмы. Варианты образования одной поверхности могут быть следующие:
При фасонном обтачивании одна из производящих линий заданной поверхности (образующая) выполнена заодно с главной режущей кромкой инструмента, то есть она выполняет обе функции - и срезания припуска, и формообразования. Срезание припуска происходит на первой стадии процесса по траектории архимедовой спирали. За счет главного движения и движения радиальной подачи. Но для образования заданной поверхности детали в конечной точке рабочего хода необходимо наличие только одного простейшего движения ФО. При фасонном точении им является главное движение. Отклонение формы поверхности в продольном сечении определится геометрией главной режущей кромки инструмента (рис. 3.3 а), и угловым смещением (рис. 3.3 б), отклонениям формы в поперечном сечении будут результатом наличия главного движения (рис. 3.3 в), отклонения размера будут следствием отклонений выхода режущей кромки в заданную координату формообразования (рис. 3.3 г).
При цилиндрическом фрезеровании инструмент оснащен несколькими линейными ФОЭ. Для срезания припуска, как и для формообразования, здесь нужны два движения. Считается, что в этом случае направляющую линию создает движение подачи. Действительный профиль поверхности будет представлять собой набор следов от круговой траектории каждого из ФОЭ (рис. 3.4 а), то есть ее отклонения будут определяться положением каждого ФОЭ в инструменте, а также погрешностями выполнения движения ФО.
На появление итоговых отклонений в этих примерах влияют разные комбинации факторов. Например, при фрезеровании отклонение положения хотя бы одного ФОЭ от заданного радиуса приводят к появлению волнистости, отклонения траектории направляющей линии приводит к отклонениям размера (рис. 3.4 б), а также относительного положения поверхности, например конусности. Поэтому структура измеренных значений отклонений будет различной.
Если единственный формообразующий элемент инструмента не представляет собой образующую линию (при наружном обтачивания или растачивании отверстий), и его допустимо считать вершинной точкой, то для получения заданной поверхности потребуется как минимум два движения этой точки - по образующей и направляющей линиям (рис. 3.5). В этом случае интегральное движение формообразования совмещено с движением резания. Значения отклонений определяются точностью механизмов главного движения и движения подачи и положением заготовки, то есть достаточно большим количеством факторов.
Последние два случая для обработки резанием являются наиболее общими. Дальнейшие рассуждения приведем для одного из них. В качестве примера используем переход формообразования внутренней круговой цилиндрической поверхности гильзы цилиндра в расточной операции, рассмотренный в п.2.1.3. Полученная поверхность будет использоваться как базовая при токарной обработке наружных поверхностей на последующих операциях. Для нее установлены предельные значения трех показателей - биения, размера и отклонения от крутости (рис.3.1 б), которые контролируются в 2-х сечениях по оси.
Операция выполняется на вертикально-расточном станке (рис.3.6). В радиальном направлении заготовка базируется в приспособлении по наружной поверхности, жестко фиксируется и остается при обработке неподвижной, а винтовая траектория относительного перемещения обеспечивается двумя независимо выполняемыми движениями - вращением шпинделя и поступательным перемещением суппорта по вертикальным направляющим, кинематически не связанным друг с другом.
Идеальной конечной целью улучшения процесса формообразования является выпуск заданных объемов деталей без отклонений по всему комплексу комплексу показателей точности. Это означает что с точки зрения технолога идеально выполненный в операции полуфабрикат детали должен будет представлять собой тело вращения, состоящее из идеального опорного наружного цилиндра гильзы и соосного с ним идеального внутреннего цилиндра втулки (рис.3.7 а). В дополнение к чисто метрологической трактовке прилегающие связаны между собой требованием идеальной соосности.
Идеально обработанная в переходе внутренняя цилиндрическая поверхность -это круговой цилиндр с прямолинейной осью, радиус которого в каждой точке равен его значению середины поля допуска (рис. 3.7 б). Поверхность цилиндра как следствие процесса ФО будет представлять собой набор последовательно присоединенных друг к другу участков дуг и оборотных составляющих, по всей длине рабочего хода. Идеальность цилиндра будет обеспечена, когда все эти элементы не имеют отклонений и абсолютно точно связаны между собой (рис. 3.7).
Идентификация как условие прослеживаемости
Идентификация необходима для оценки степени идеальности в определенной координате при условии наличия данных.
Зарегистрированные данные о величине отклонений могут применяться различными специалистами:
- при проектировании процессов - технологами-разработчиками;
- при управлении в действующем производстве - ведущими технологами, специалистами ремонтных служб, наладчиками;
- при анализе тенденций изменения качества - ведущими технологами, специалистами служб качества, руководителями подразделений.
Идентификация только дает информацию, которая должна быть подготовлена для управления. Относительно простая задача обеспечения качества не предполагает ни подробной идентификации факторов, ни детального планирования корректирующих действий.
В настоящее время на многих предприятиях обычно ограничиваются указанием только видов этих действий, например: провести ремонт станка, решить вопрос поставки заготовки и т.п. Собственно планирование оставлено на усмотрение персонала. Но в идеале желательно на основании выявления объективных дефектов назначить предельно конкретное мероприятие, например:
- ремонт узла - с заменой конкретной лимитирующей детали, например включая ее изготовление;
- подналадка отдельного узла, включая корректировку установочной базы по одной или более координатам;
- настройка, (корректировка положения) направляющей базы узла по координатам X и Y на определенную величину;
- регулировка положения упорной базы конкретного узла на определенную величину.
Цикл управления точностью продукции начинается с установления требований к точности готового продукта. Уверенность в выполнении требований, заданных в чертежах, должна обеспечиваться на всех этапах при закупке оборудования, проектировании оснастки, отладке техпроцессов, а также путем поддержания параметров процесса формообразования в заданных пределах. Чтобы выявлять и оперативно устранять причины несоответствий, а тем более предупреждать их возникновение требуется наличие необходимого объема информации обо всех этих условиях. В целях прослеживания стандартизированные показатели должны рассматриваться только как результат симметричного воздействия, то есть либо со стороны сопрягаемой детали, либо собственного состояния. Общее положение: вложенность показателей друг в друга.
Рассмотрим подход к обеспечению достаточной для управления глубины идентификации и прослеживания.
В данной работе систематизация задач по улучшению точности предлагается на основе процессов жизненного цикла продукции (деталей) и модулей технологических систем. Все существующие методики так или иначе предполагают идентификацию.
Полная идентификация условий процесса - законченный комплекс информации о действующих в процессе жизненного цикла факторов, включая длительность циклов их действия с определением координаты отклонения на поверхности.
Понятие направлено на реализацию следующих принципов СМК:
1) Процессный подход - отражение содержания процесса, упорядочение его представления для каждого выделенного цикла своей уникальной составляющей отклонения.
2) Системный подход - выделение правил взаимоувязывания каждого локального показателя, при построении модели ИПТ.
3) Приятие решения на основе объективной информации - дополнительные требования к определению диагностических характеристик и положения дополнительных элементов на идеальной детали.
4) Улучшение - возможность автоматизированного планирования предупреждающих действий на основании максимально достигаемой степени идентификации.
Вторым обязательным условием эффективного управления является прослеживаемость. Она касается изменения состояния объекта, следовательно она невозможна без предварительной его идентификации и последующей (после окончания процесса). Объектом может быть партия деталей, но это упрощенное представление. Идеальное - единичный показатель точности одной составляющей.
Естественно, идентификация и прослеживание рассматривается для двух ветвей независимо друг от друга.
Только когда есть уверенность в том, что идентифицированы все составляющие базы, можно надеяться на объективность выявления составляющих, возникающих в длительных циклах и только при этом условии по законченному жизненному циклу можно реализовать без потерь следующее условие прослеживаемости: СК заготовки
- ее положение в СК измерительной системы - СК заготовки - СК технологическая
- СК детали - СК измерительная - СК детали - ее положение в СК конструкторской. Поэтому отсюда нужна предварительная идентификация каждого вновь начинающегося цикла формирования отклонения. Иначе говоря, только при этом условии возможно адекватное математическое моделирование изменений.
Главная сложность заключается в том, что на практике отклонения ряда модулей проявляются одновременно, и набор факторов в системе также действуют одновременно. Чтобы надежно выявить эти отклонения, необходимо иметь информацию о состоянии хотя бы ключевых модулей.
На производственных рабочих местах утвержденный маршрут изготовления детали и каждая его составляющая многократно повторяются. Каждый повтор процессов в очередном цикле формообразования элемента взаимодействия в результате износа, деформаций, смещений взаимодействующих модулей вызывает уникальную комбинацию факторов, вызывающих отклонения очередной детали. Поэтому не только каждая изготовленная деталь, но и каждый ее структурный элемент в каждой точке получает свою уникальную структуру отклонений. Но до сих пор его составляющие не прослеживаются системно.
Все показатели точности формируются в отдельный циклах, характеристики которых даны в таблице 3.2.
Таким образом, используя дифференциацию процесса функционирования рабочего места, удается систематизировать природу отклонений и заложить основу для результативного мониторинга. В дополнение следует отметить, что широко применяемая методика компенсации отклонений (активный контроль) позволяет только поддерживать в заданных пределах один из показателей, но не дает возможность понять природу отклонения. Поэтому в общем случае для эффективного планирования, необходима возможно более адекватная модель содержания самого процесса формирования хотя бы наиболее значимых составляющих отклонений. Полная идентификация - это информационное сопровождение процесса.
Очевидно, что от глубины идентификации будут зависеть и возможности прослеживаемости. Однако характеристики глубины идентификации до сих пор не систематизированы. Более того, даже само это понятие в публикациях практически не встречается. В конечном счете она должна обеспечить идеальную прослеживаемость - получение абсолютно полной информации обо всех составляющих ИПТ в каждой точке взаимодействия.
Только увеличение глубины идентификации приближает к идеальному результату - определению содержания корректирующих действий напрямую по данным измерений.
Сформулированы понятия глубины и степени идентификации составляющих отклонений. Глубина характеризует степень выявленности тех циклов, которые могут оказать значимое воздействие на величину измеряемых показателей. Степень идентификации отдельного цикла - определенность информации о взаимосвязанных характеристиках - величины формируемого отклонения и характеристике цикла -его протяженности.
Требования к информационному обеспечению мониторинга на рабочем месте
Планирование диагностического эксперимента невозможно без идентификации комплекса данных по рабочему месту. Выделенные в процессе идентификации данные заносятся в базу данных рабочего места.
ГОСТ Р 9001-01 оговаривает выбор для мониторинга «тех характеристик, которые являются или неустойчивыми, или не достигшими своих возможностей». В дополнение к нему [57] устанавливает в качестве цели мониторинга уверенность потребителя в качестве. Соответственно, методики, которые используются в рамках мониторинга, должны обеспечивать выработку «плана корректирующих действий, содержащего конкретные сроки и предписанную ответственность с целью обеспечения стабильности и возможностей процесса» [38].
Идеальным результатом качественно проведенного единичного диагностического эксперимента должно быть однозначное определение причины возникающего отклонения. Для этого необходимо иметь более полную и системную информацию об условиях, в которых выполнялась обработка заготовки, а также возможно более полную информацию о техническом состоянии модулей технологической системы, чтобы предельно конкретно запланировать последующие действия. По сравнению со стандартными методиками предлагаемая намного более глубже идентифицирует условия процесса ФО. Она должна быть оформлена в виде технологической документации, пронормирована, отражена в должностных инструкциях и введена в документооборот предприятия.
Поскольку в автомобилестроении широко распространены структурно сложные многопозиционные и агрегатные станки, целесообразно, чтобы методика идентификации была комплексной, построенной на принципах групповой технологии. Она должна быть представлена на примере именно такого станка, а в качестве примеров структурирования процессов ФО лучше всего взять операции обработки структурно сложных деталей, в том числе тел вращения и корпусных деталей. Тогда для любого частного случая достаточно будет из разработанного процесса удалить неиспользуемые процедуры.
Анализ содержания информационной подготовки применения статистических методов показал его полное отсутствие (табл. 4.7) так, например, ни в одном из методов, кроме корреляционного анализа не предполагается даже простейшей идентификации показателей ресурса, не говоря уже о необходимости идентификации модулей технологической системы или схемы выполнения отдельного перехода. Методика выявления диагностических составляющих требует для своей реализации намного больший объем начальной информации.
Суть подготовки мониторинга заключается в определении содержания и структурировании информации. Для расширения возможности его применения необходима, возможно более развитая и подготовленная база данных рабочего места.
В состав этой базы должны входить следующие компоненты:
- назначение технологической системы, включая закрепленные за ней детале-операции.
- утвержденные требования к точности продукции (данные чертежа, статистические характеристики);
- требования к качеству заготовки;
- структура технологической системы назначения (состав и схема взаимодействия модулей по установочной, направляющей и упорной базе);
- утвержденная схема базирования заготовки в составе ветви, ее функциональная структура - опорные и присоединительные элементы;
- структура циклов функционирования системы, вплоть до выделения всех циклов, которые могут оказать существенное влияние на итоговые показатели;
- при необходимости предварительное ранжирование факторов, оказывающих значчимое влияние на качество продукции, а также регистрации текущего значения точности лимитирующих модулей;
- метрологические характеристики используемых средств измерения.
Методика информационной подготовки включает разузлование состава ветвей технологической системы. Согласно схеме (п. 2.3). В общем случае каждую из ветвей можно разложить предельно подробно, с выделением структуры каждой детали. Но в большинстве случаев достаточно ограничиться структурированием лимитирующих модулей. Формализацию требований к точности заготовки и детали целесообразно представить в универсальном виде - в единицах допуска, чтобы можно было сравнить разные группы показателей между собой.
При формировании информационной модели системы необходимо также отразить назначение модулей, схемы их базирования, выделить элементы, используемые в качестве баз, а также элементы, позволяющие осуществлять регулирование относительного положения рассматриваемого модуля. К сожалению эти данные лишь частично можно получить из действующей технологической документации - маршрутной и операционной карт а также карт эскизов. Более исчерпывающая информация отчасти содержится в инструкции по эксплуатации станка, паспорте и сборочных чертежах на заготовительную и инструментальную оснастку. Однако, как правило ее приходится еще дополнительно уточнять по факту, непосредственно на рабочих местах.
После определения функциональной и конструкторской структуры можно приступать к построению модели процесса формообразования и дифференциации технологической структуры детали.
Система координат заготовки планируется таким образом, чтобы обеспечить возможность встроить ее в технологическую, и в измерительную систему, а также выполнить измерения до и после обработки в одних и тех же точках.
Следующая задача - планирование технологии измерения, позволяющей выделить диагностические составляющие в циклах базирования модулей.
Для объективного определения диагностических составляющих требуется обоснование выбора средств измерений, определение рациональной схемы измерения таких показателей (от каких баз оно выполняется), а также координаты точек измерения. Помимо универсальных средств, предусмотрена возможность применения специальных.
Этап информационной подготовки выполняется однократно на стадии подготовки производства, так что в периоде принятия решения о систематическом диагностировании он не проводится. По сравнению с традиционными методиками этот этап наиболее трудоемок и длителен, т.к. требует уточнения существующей и наработки дополнительной информации. Качественное его проведение в общем случае требует наличия специально подготовленного технолога. Перечень процедур систематизирован и приведен в табл. 4.8
Без наличия перечисленного комплекса начальных данных невозможно в дальнейшем эффективно проводить диагностический эксперимент.
