РАЗВИТИЕ  МЕТОДИКИ  ПОСТРОЕНИЯ  И  ПРИМЕНЕНИЕ  КАРТ  СООТВЕТСТВИЯ  КОНТРОЛЬНЫХ  ХАРАКТЕРИСТИК  ТЕХНИЧЕСКОГО  ПРОЦЕССА  С  ПОМОЩЬЮ  SPC

Евдокимова  Татьяна  Дмитриевна

студент  кафедры  обработки  металла  давлением  Магнитогорского  государственного  технического  университета  им.  Носова,  РФ,  г.  Магнитогорск

Е-mail :  tanushakokos@gmail.com

Румянцев  Михаил  Игоревич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  профессор  кафедры  обработки  металла  давлением  Магнитогорского  государственного  технического  университета  им.  Носова,  РФ,  г.  Магнитогорск

В  системах  менеджмента  качества  за  рубежом  важная  роль  отводится  методологии  SPC  (Statistical  Process  Control  —  статистическое  управление  процессами)  [3].  Фактически  SPC  —  комплексный  статистический  метод  контроля  и  управления  качеством  продукции,  элементами  которого  являются  как  методы  обработки  и  анализа  числовой  информации  (расчет  выборочных  характеристик),  так  и  так  называемые  «простые  методы  контроля  качества»  одним  из  которых  являются  контрольные  карты  [6].  На  отечественных  металлургических  SPC  применяется  только  в  случаях,  оговоренных  нормативными  документами  федерального  значения  [1—2].  Поэтому  для  оценки  и  управления  качеством  огромного  числа  типоразмеров  проката  контрольные  карты  пока  не  используются,  что  снижает  объективность  оценки  фактического  уровня  качества  продукции  и  состояния  производства,  и  тем  самым  затрудняет  своевременное  принятие  верных  корректирующих  действий.

Наиболее  широко  применяют  контрольные  карты  по  количественному  признаку  x-R  (среднее-размах),  которые  могут  отобразить  изменчивость  показателей  качества  как  по  разбросу  (карта  размахов),  так  и  по  положению  (карта  средних  значений).  Контрольные  карты  x-R  (карты  Шухарта)  обеспечивают  наглядность  отображения  качества  продукции  и  состояния  процесса  ее  производства.  Однако  они  обладают  рядом  недостатков.

Во-первых,  контрольные  карты  этого  типа  не  позволяют  сделать  объективные  и  достоверные  выводы  о  качестве  выпускаемой  продукции  до  тех  пор,  пока  не  будет  накоплен  достаточный  минимум  статистической  выборки  для  построения  контрольной  карты.  А  в  рамках  производства  ограниченных  по  объему  партий  продукции,  с  разрывом  во  времени  между  различными  партиями  это  условие  снижает,  или  даже  —  сводит  на  нет,  оперативность  оценивания.  Во-вторых,  в  соответствии  с  принципами  стратификации  исходных  данных  такие  контрольные  карты  необходимо  строить  для  продукции,  условия  производства  которой  по  контрольным  характеристикам  процесса  идентичны.  Таким  образом,  при  попытке  статистического  управления  производством  в  условиях  металлургического  предприятия  неизбежно  проявится  проблема  чрезмерно  большого  объема  информации,  подлежащей  осмыслению.

Для  решения  указанной  проблемы  целесообразно  применить  контрольные  карты  на  основе  показателя  соответствия  .  Данный  показатель,  применяется  на  кафедре  ОМД  ГОУ  ВПО  «МГТУ»  для  оценивания  результативности  технологического  процесса  [4—5]  и  рассчитывается  следующим  образом.

В  случае  регламентации  качества  только  наименьшим  допустимым  значением  (нижняя  оценка  соответствия,  рисунок  1,а)

где:    —  допустимая  вариация  параметра;

—  фактическая  вариация  параметра;

  —  допустимая  вариация  относительно  нижней  границы  допуска.

В  случае  регламентации  качества  только  наибольшим  допустимым  значением  (верхняя  оценка  соответствия,  рисунок  1,б)

  (2)

где:    —  допустимая  вариация  параметра;

  —  фактическая  вариация  параметра;

  —  допустимая  вариация  относительно  верхней  границы  допуска.

В  случае  регламентации  качества  наибольшим  и  наименьшим  допустимыми  значениями  (оценка  соответствия  с  учетом  положения  среднего,  рисунок  1,в)

  (3)

Рисунок  1.  Случаи  сравнения  фактической  вариации  показателя  качества  с  допустимой:  а  —  при  ограничении  снизу;  б  —  при  ограничении  сверху;  в  —  при  двустороннем  ограничении

В  качестве  точечной  характеристики  фактической  изменчивости  и  соответствующего  ей  центра  рассеяния  принимается  стандартное  отклонение  и  выборочное  среднее: 

;  (4)

  (5) 

Карта  соответствия  представляет  собой  контрольную  карту,  на  которой,  как  и  на  картах  другого  типа,  по  горизонтальной  оси  откладываются  номера  выборок,  а  по  вертикальной  оси  —  значения  показателя  соответствия,  рассчитанные  для  соответствующей  выборки  (рисунок  2).  Объемы  выборок  могут  быть  не  одинаковыми.  Кроме  того,  две  соседние  точки  на  данной  контрольной  карте  могут  быть  нанесены  по  результатам  анализа  производства  продукции  с  существенно  различными  требованиями  нормативных  документов,  и  соответственно,  обработанной  при  существенно  различных  значениях  режимных  параметров  процесса.  Отсутствие  необходимости  выполнять  стратификацию  данных  по  таким  условиям  осуществления  процесса  как  «режимные  параметры»  и  «требования  спецификации»  обусловлена  тем,  что  каждое  значение  контролируемой  характеристики,  как  видно  из  формул  (1—2),  рассчитывается  через  границы  допуска  для  данной  характеристики,  оцениваемой  в  той  или  иной  выборке.  Таким  образом,  карта  соответствия  позволяет  отобразить  результативность  процесса  при  произвольной  монтажности  партий  неодинакового  объема,  качество  продукции  в  которых  может  регламентироваться  существенно  различными  требованиями.

Рисунок  2.  Контрольная  карта  соответствия

На  контрольных  картах  Шухарта  средняя  линия  (CL)  и  границы  регулирования  (LСL,  UСL)  отображают  закономерности  вариации  контролируемой  характеристики  при  нормальном  осуществлении  процесса,  т.  е.  при  отсутствии  влияния  особых  причин.  Ордината  CL  соответствует  статистической  оценке  положения,  а  границы  регулирования  -  наибольшему  и  наименьшему  пределам  объективно  присущего  ей  интервала  варьирования.  Для  контрольных  карт  соответствия  контрольные  границы  унифицированны  с  нормируемыми  значениями  индексов  процесса,  принятыми  в  SPC  (таблица  1).

Таблица  1.

Контрольные  границы  для  карт  соответствия,  принятые  в  SPC

Применяя  границы,  как  на  картах  Шухарта,  можно  удостовериться  в  стабильности  или  нестабильности  процесса,  т.  е.  оценить  является  ли  процесс  управляемым.  Границы  на  картах  соответствия  (уровни  состояния  процесса)  позволяют  оценить,  в  какой  степени  достигается  целевое  значение  контролируемой  характеристики  продукции  или  процесса. 

Ниже  приведем  примеры  карты  соответствия  по  одной  из  ключевых  характеристик  процесса  горячей  прокатки  на  широкополосном  стане  (ШСГП)  —  «толщина  полосы»  (рисунок  3).  Оценивается  процесс  производства  следующих  типоразмеров:

·     полос  размерами  3,0х1250  мм  по  ГОСТ  16523-97  «Прокат  тонколистовой  из  углеродистой  стали  качественной  и  обыкновенного  качества  общего  назначения»  из  стали  марки  Ст3сп; 

·     полос  10,0х1550  мм  по  ГОСТ  14637-89  «Прокат  толстолистовой  из  углеродистой  стали  обыкновенного  качества.  Технические  условия»  из  стали  марки  Ст3сп; 

·     полос  4,0х1550  мм  по  ГОСТ  19281-89  «Прокат  из  стали  повышенной  прочности.  Общие  технические  условия»  из  стали  марки  09Г2С.

На  карте  соответствия  толщины  (рисунок  3)  наблюдаются  периодически  повторяющиеся  недопустимые  состояния  процесса  (выборки  1—3;  8—10;  14  и  16;  21—22;  27—28).  Они  соответствуют  моментам  перехода  на  прокатку  новых  профилеразмеров  (настроечные  полосы).  После  настройки  стана  наблюдается  улучшение  процесса  до  отличного  состояния,  но  затем  начинается  снижение    до  уровня  «удовлетворительно»  и  «плохо». 

Рисунок  3  Контрольная  карта  соответствия  по  толщине

На  основании  рисунка  3  можно  сделать  следующие  выводы.  Из  33  значений  показателя  соответствия  16  расположены  ниже  границы  CL_0.67  .  Это  означает,  что  48,5  %  прокатанного  металла  имеют  недопустимые  отклонения  по  толщине.  Между  границами  CL_0.67  и  CL_1.00  расположены  8  точек,  т.  е.  в  24,2  %  случаях  состояние  процесса  по  характеристике  «толщина»  оценивается  как  плохое.  В  15,2  %  случаев  наблюдалось  хорошее  состояние  процесса  и  только  в  9,1  %  случаев  —  отличное.  В  целом  анализ  карты  соответствия  показал,  что  необходимо  срочно  предпринять  корректирующие  действия  по  улучшению  работы  системы  управления  станом.

Таким  образом,  можно  сделать  вывод,  что  карты  соответствия,  как  и  карты  x-R,  достаточно  точно  отображают  изменчивость  контролируемой  характеристики.  Однако  в  случае  применения  карт  x-R,  чтобы  видеть  как  меняется  значение  показателя  относительно  заданного  и  каков  разброс  показателя,  приходится  строить  2  графика  (карта  Х  характеризует  смещение  показателя  относительно  заданного  значения,  карта  R  характеризует  фактическую  вариацию  того  же  показателя).  Одну  карту  соответствия  можно  рассматривать  для  любой  последовательности  партий  разнородной  продукции,  тогда  как  карты  x-R  должны  составляться  на  каждый  вид  продукции.  В  силу  указанных  положительных  особенностей  карты  соответствия  эффективны  для  анализа  качества  процесса  производства  продукции  в  режиме  реального  времени  и  позволяют  действительно  оперативно  обнаружить  проявления  нежелательных  изменений  в  ходе  процесса,  что  создает  предпосылки  для  своевременного  применения  упреждающих  воздействий  по  поддержанию  технологической  системы  в  надлежащем  состоянии.

Список  литературы:

1.ГОСТ  Р  51814.1-2004  (ИСО/ТУ  16949:2002)  Системы  качества  в  автомобилестроении.  Системы  качества  для  предприятий-поставщиков  автомобильной  промышленности.  Общие  требования.  М:  Издательство  стандартов,  2004.  —  35  с.

2.ГОСТ  21427.1-83  «Сталь  электротехническая  холоднокатаная  анизотропная  тонколистовая.  Технические  условия».  М.  Издательство  стандартов,  2003,  —  29  c.

3.МС  ИСО  9001:2000.  Системы  менеджмента  качества.  Требования.  М.:  ВНИИС,  2001.

4.Румянцев  М.И.,  Цепкин  А.С.,  Оплачко  Т.В.  Унифицированный  подход  к  расчету  дифференциальных  оценок  при  квалиметрическом  оценивании  качества  проката.  Вестник  МГТУ  им.  Г.И.  Носова.  —  №  3  —  2007.  —  61  с.

5.Румянцев  М.И.,  Ручинская  Н.А.  Статистические  методы  для  обработки  и  анализа  числовой  информации,  контроля  и  управления  качеством  продукции:  Учебное  пособие.  Магнитогорск:  МГТУ  им.  Г.И.  Носова,  2008.  —  207  с.

6.СТО  ГАЗПРОМ  9004-2006.  Системы  менеджмента  качества.  Рекомендации  по  улучшению.  М.:  ОАО  «ГАЗПРОМ»,  2006,  —  12  с.