Совершенствование технологических процессов и качества сварочно-монтажных работ в строительстве математическим моделированием условий объекта сварки и оптимизацией производственных факторов Занковец, Павел Васильевич

Введение к работе

Актуальность темы диссертации. Сварочные технологии, широко используемые в промышленности и строительстве, являются наиболее распространенным способом получения неразъемных соединений. При строительстве, реконструкции и ремонтных работах на современном промышленном предприятии, жилых и общественных зданиях монтируется большое количество цеховых, межцеховых и подводящих трубопроводов, металлоконструкций и сварных сосудов, имеющих различные пространственные положения сварных соединений и отличающихся разнообразием как по назначению, так и по размерам. Сварочные работы в силу своей специфики выполняются в условиях ограниченного доступа, в траншеях и на высоте с преобладанием ручного труда. В общем объеме монтажных и специальных строительных работ наибольший удельный вес занимают трубопроводы ответственного назначения. Нарушения герметичности сварных соединений выводят из строя не только отдельные узлы конструкций, но и целые сооружения и приводят к аварийным ситуациям, потерям дорогостоящего сырья и экологическому загрязнению окружающей среды. При этом повышение надежности сварных соединений может быть достигнуто только за счет обеспечения качества их изготовления. Однако качество сварочно-монтажных работ как в бывшем СССР, так и в нашей республике остается пока невысоким. Уровень брака сварных соединений в отдельных организациях достигает 30% и более. Затраты на исправление брака составляют до 10% общей стоимости работ. Основная идея обеспечения качества состоит в разработке превентивных систем и методов, направленных на устранение дефектов еще на промежуточных этапах, а не в готовом изделии. Но из-за крайней неоднородности продукции сварочных работ, условий сварки, материалов невозможно применение уже существующей теории и методов управления качеством, успешно применяющихся на производствах с массовым, серийным выпуском продукции. Оценка качества производится только по уровню - соответствует или не соответствует сварной стык нормативным требованиям. Отсутствуют объективные количественные показатели, поэтому невозможно проводить анализ дефектности и устанавливать границы регулирования уровня качества, проводить исследования причин образования дефектности и способов ее устранения на промежуточных этапах. Отсутствует методика расчета эффективности инвестиций на совершенствование технического уровня и уровня качества сварочно-монтажного производства. Поэтому работа, направленная на решение перечисленных задач и позволяющая значительно повысить качество и надежность сварных соединений, является важной и актуальной.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Научные исследования по теме диссертации проводились в соответствии с программой Минмонтажспецстроя БССР «Разработать автоматизированную сие-

тему управления технологическим процессом (АСУТП) сварки в строительстве» (х/д №609, 1987-1989г) №88.ОТ.019 НИР, Госстроя СССР «Разработка и внедрение комплексной системы обеспечения качества и совершенствования сварочного производства» (х/д №622, 1989-1991 г) №90.ОТ.043 НИР, Глав-Минскстроя БССР и ГППСО «Минскоблсельстрой» «Разработка и внедрение автоматизированного рабочего места дефектоскописта (АРМ-Д)» (х/д №567 1991, 1996гг.) №91.ОТ.051 НИР, Республиканской научно-технической программы «Сварка» 1993-1995г., утвержденной Президиумом Совета Министров Республики Беларусь №3 от 29 апреля 1993 г.

Цель и задачи исследования - на основе изучения и обобщения практики выполнения сварочно-монтажных работ в строительстве в Республике Беларусь и зарубежных странах разработать систему и методы обеспечения качества сварочных работ и сварных соединений. Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

1. Провести комплексное исследование качества сварных соединений и факторов, оказывающих влияние на формирование качества в условиях сва-рочно-монтажного производства.

2. Установить доминирующие факторы, влияющие на уровень качества конечной продукции, теоретически и экспериментально исследовать связи фактор - причина - дефект, разработать математические модели и технологию их применения на основе причинно-следственного анализа.

3. Разработать алгоритм формирования уровня качества сварных соединений и способы его регулирования с использованием компьютерной техники.

4. Разработать инженерные методы прогнозирования, оценки эффективности капиталовложений на повышение качества, разработать рекомендации по совершенствованию технологических процессов сварки и внедрить на предприятиях строительной индустрии.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются сварные соединения и технология их изготовления. Предмет исследования -совершенствование технологических процессов и качества сварочно-монтажных работ в строительстве математическим моделированием условий объекта сварки и оптимизацией производственных факторов.

Гипотеза. Применение превентивных систем и методов, основанных нг математическом моделировании и оптимизации производственных факторов направленных на устранение дефектов в процессе выполнения работ, позволит осуществлять как значительное снижение уровня дефектности, так и безде фектное изготовление сварочной продукции.

Методология и методы проведенного исследования. Методология ра боты обусловлена гипотезой, для подтверждения которой требовалось реше ние ряда взаимосвязанных задач, направленных на выявление закономерно стей формирования дефектности и установление связи между дефектами і

з производственными факторами. С использованием компьютерной техники, методами математической статистики, теории вероятностей исследовали уровень брака сварных соединений в строительстве, распределение средних значений показателей дефектности по типам, размерам и количеству. Экспериментально с учетом экспертных оценок определяли критичность показателей дефектности к технологическим процессам для установления оптимального уровня качества и основные параметры для расчета границ его регулирования.

Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые сформулирована и разработана система обеспечения качества сварочных работ и сварных соединений в строительстве, учитывающая международный опыт и современные тенденции в управлении качеством.

Разработан алгоритм систематизации мелкосерийной сварочной продукции в базовые совокупности (БС), позволяющий применить теорию и методы управления качеством для совершенствования технологических процессов. Установлено, что для формирования генеральной совокупности сварных соединений за основу должна быть принята группировка по элементам производства.

Разработаны универсальные показатели качества по протяженности L и количеству Д, позволяющие оценивать вид и характер дефектов, их линейные размеры и частоту. Для оценки структуры дефектности по виду, размерам и количеству предложен комплексный показатель (L„, L5, Д,, Дб), характеризующий общую и недопустимую по СНиП дефектность. Установлено, что такой показатель является представительным для каждой конкретной технологии, исполнителя, позволяет оценить состояние качества сварочного производства и определить способы регулирования его технологических процессов.

Выполнены исследования и анализ реальной дефектности по показателям качества для основных БС, что позволило установить границы регулирования уровня качества по каждой БС и перейти от пассивного, только фиксирующего брак - к активному предупредительному контролю.

Исследованы причинно-следственные связи "фактор - причина - дефект". Выявлены 5 доминирующих факторов и рассчитан их удельный вес в образовании дефектности: подготовка и сборка под сварку - 28-34%, квалификация исполнителей - 19-31%, сварочные материалы - 14-26%, сварочные процессы - 11-19%, сварочное оборудование - 5-13%. Установлено, что по каждому доминирующему фактору образуется уникальная, только ему присущая структура дефектности. Следовательно, совершенствование технологических процессов и уровня качества необходимо осуществлять по_с алгоритму «дефект - причина — фактор» в процессе сварки и устранять причины дефектности еще на промежуточных этапах.

Разработана математическая модель и инженерные формулы для расчета, оценки и прогнозирования оптимального технического уровня и уровня каче-

ства как отдельного сварочного производства, так и организации в целом. Модель позволяет рассчитать эффективность инвестиций на совершенствование технического уровня и уровня качества конкретного сварочно-монтажного производства.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов. Разработана система методов и средств, позволяющая совершенствовать технологические процессы и качество сварочно-монтажного производства в строительстве, снизить брак с 10-30% до 5-7% и за счет этого сократить сроки ввода монтажных объектов в эксплуатацию. Разработаны алгоритмы учета, анализа и оценки качества сварных соединений и способы его регулирования с практической реализацией на современных ПЭВМ, позволяющие в 3-5 раз повысить оперативность и достоверность контроля. Разработана методика расчета и оптимизации технического уровня и уровня качества сварочного производства в зависимости от капиталовложений. Результаты работы внедрены более чем в 50 организациях бывшего СССР и Республики Беларусь, в том числе в строительно-монтажных управлениях бывшего Минмонтажспецстроя БССР, Главминскстроя, Белсельстроя и ГППСО «Минскоблсельстрой», что подтверждено актами внедрения. За счет предупредительных мер, оперативного регулирования и стабилизации технологических процессов, оптимальных управляющих решений достигнуто снижение брака на объектах с 10-30% до 5-7%. При этом трудоемкость на сварочные работы снизилась в 1.5-2.0 раза. Экономия сварочных материалов составила 10-20%, энергоресурсов - 15-20%. Доля автора в экономическом эффекте от внедрения результатов работы в ценах на 1.03.2000г. составила 9 593 200 рублей.

Основные положения, выносимые на защиту.

5. Причинно-следственные связи формирования дефектности сварных соединений в зависимости от производственных факторов, методы оценки уровня дефектности с использованием последних достижений в области микропроцессорной техники.

6. Алгоритм оценки уровня качества сварных соединений и способы его регулирования по обратной связи "фактор - причина - дефект";

7. Математическая модель и инженерные формулы для расчета, оценки и прогнозирования оптимального технического уровня и уровня качества реального сварочного производства с учетом его стоимости.

8. Методика совершенствования технологических процессов и качества сварочно-монтажного производства на основе оптимизации производственных факторов, результаты промышленного внедрения.

Личный вклад соискателя. Соискателем лично разработаны основные положения, приведенные в научной новизне и практической значимости полученных результатов, получены, обобщены и научно обоснованы экспериментальные данные. В совместных работах, результаты которых вошли в диссертацию, соискатель участвовал в постановке задачи, разработке методики исследования, проведении экспериментов, обобщении и подготовке материалов

к публикации. Им выполнена основная часть работы по производственной апробации и внедрению результатов. Он являлся ответственным исполнителем госбюджетных и хоздоговорных НИР, выполненных по объекту и предмету исследования.

Апробация результатов диссертации. Основные положения работы доложены и обсуждены на Республиканских научно-технических семинарах по проблеме повышения качества сварки (Минск.-1989, 1990, 1991), Областной научно-технической конференции главных сварщиков (Минск.- 1993, 1994), Республиканской научно-технической конференции по ресурсосберегающим технологиям в сварочном производстве (Могилев.- 1996), Международной научно-технической конференции «Сварные конструкции» (Киев.-2000).

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 статьях в журналах и сборниках, 4 тезисах докладов на конференциях. Общее число страниц опубликованных материалов - 20.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Полный объем диссертации 197 страниц. Работа содержит 102 страницы машинописного текста, 33 рисунка на 29 страницах, 50 таблиц на 34 страницах, 2 приложения на 23 страницах и список использованных источников в количестве 126 наименований на 9 страницах.