автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Аттестация производства, сертификация продукции и системы обеспечения качества с использованием математико-статистических моделей

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Осминин Константин Адольфович

АТТЕСТАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА, СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОДУКЦИИ И СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИКО-СТАТИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

Специальность 05.16.02 - "Металлургия чёрных металлов"

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор химических наук,

член-корр. РАН Г. П. Вяткин

Научный консультант: кандидат технических наук,

профессор, В. И. Чуманов

Челябинск 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Глава 1. Литературный обзор 8

1.1 Производство конструкционных и нержавеющих марок стали в соответствии с современными требованиями 8

1.2 Аттестация производства и сертификация продукции 20

1.3 Управление качеством 26

1.4 Развитие системы работы по качеству 28 Глава 2. Анализ модели системы обеспечения качества на базе

Международных стандартов ИСО серии 9000 31

2.1 Требования к системам обеспечения качества 31

2.1.1 Документирование ответственности руководства

в рамках системы качества 34

2.1.2 Разработка матрицы распределения функций

по управлению качеством 36

2.1.3 Оценка условий договоров на поставку металлопродукции 40

2.1.4 Совершенствование контроля и проведения испытаний

по жизненному циклу продукции 42

2.1.5 Статистические методы управления качеством 56 Глава 3. Формирование математико-статистического обеспечения

для цели реализации выполнения требований международного стандарта ИСО 9002-94 к системе обеспечения качества 65 3.1 Разработка методики анализа и оценки эффективности

функционирования системы обеспечения качества 65

3.2 Оптимизация порядка заключения контрактов (договоров)

на поставку металлопродукции и анализа их выполнения 70

3.2.1 Разработка методики проведения анализа контракта с дополнительными требованиями к качеству металлопродукции 73

3.2.1.1 Обоснование выбранного направления исследования 74

3.2.1.2 Материалы и методы исследования 75

3.2.1.3 Выплавка и передел слитков из стали марок 08X18Н1 ОТ, 12Х18Н10Т и 12X13 77

3.2.1.4 Определение уровня качества исследуемых марок стали и сопоставление их с требованиями контракта

3.3 Информационный анализ этапа подготовки данных для составления математико-статистических моделей

3.3.1 Характеристика данных, включенных в информационный массив

3.3.2 Химический состав стали марки 45 по ковшевым пробам

и технологические параметры плавки 118

3.3.2.1 Содержание углерода по ходу плавки 118

3.3.2.2 Содержание марганца по ходу плавки 121

3.3.2.3 Продолжительность чистого кипения, скорость выгорания углерода за период чистого кипения 121

3.3.2.4 Температурные режимы плавки 122

3.3.2.5 Раскисление и выпуск плавки 122

3.3.2.6 Механические свойства проката 123

3.3.3 Разработка методики для анализа и оценки уровня отбраковки по макроструктуре на переделах

Глава 4. Совершенствование методик контроля и испытаний

металлопродукции 126

4.1 Разработка методического обеспечения по выбору субпоставщиков при подготовке к сертификации 126

4.2 Исследование возможности расширения статистических методов контроля и анализа качества 129

4.3 Разработка методики статистического контроля содержания ферритной составляющей (а-фазы) в

трубной заготовке из стали марки 10Х17Н13М2Т 136

4.4 Исследование возможности статистического прогнозирования склонности стали марок 08-12Х18Н10Т к межкристаллитной коррозии 140

4.4.1 Разработка методики оценки склонности стали к межкристаллитной коррозии 142

4.4.2 Построение математической модели и расчёт дискри-минантной функции для оценки склонности стали к межкристаллитной коррозии при подготовке к

аттестации производства 146

4.5 Корректировка методики испытаний на горячее скручивание для оценки уровня качества при сертификационных аудитах 148

4.6 Разработка блок-схемы имитационного алгоритма для аттестации производства и сертификации 154

4.7 Технико-экономические показатели использования математико-статистических моделей 157

Выводы 161

Библиографический список 163

Приложение 169

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование работы по качеству, особенно по его регулированию и гарантированию, неразрывно связано с обеспечением конкурентоспособности продукции, её способностью удовлетворять требования потребителей.

Эта цель может быть достигнута только тогда, если обеспечение качества на предприятии опирается не только на результаты контроля и испытаний, а касается всего предприятия и поэтому достигается при охвате всех ступеней производства в соответствии с их ролью в производственном процессе. Иными словами - если на предприятии функционирует чётко связанная с его организационно-производственной структурой система обеспечения качества.

Наиболее эффективными системами обеспечения качества, признанными в мировой практике, являются модели, построенные в соответствии с международными стандартами ИСО серии 9000, выполнение положений которых гарантирует потребителю поставку продукции в строгом соответствии о требованиями контракта.

При этом следует отметить, что за исключением общих комментариев, изложенных в стандарте ИСО 9004, за рамки серии выходит рассмотрение путей реализации установленных в них требований. Не рассматриваются методы и формы, которые могут быть использованы при реализации петли качества, организации взаимодействия органов управления, не определены состав документации системы, методологической основы оценки эффективности её функционирования и т. д.

Это означает, что каждое предприятие самостоятельно определяет структуру системы обеспечения качества, исходя из стоящих перед ним задач, вида продукции, характера производственных процессов и конк-

ретного опыта предприятия по общему руководству качеством.

В настоящее время неотъемлемым элементом взаимоотношений между изготовителями и потребителями по вопросам качества продукции является наличие на неё, а равно и на систему обеспечения качества, сертификатов соответствия, т. е. подтверждения третьей независимой стороной возможности соблюдения поставщиком всех установленных требований к продукции или системе обеспечения качества. Готовность предприятия к сертификации должна быть подтверждена соответствующим заключением, составленным по результатам внутренней проверки всего жизненного цикла производства продукции.

При этом объективность оценки состояния технологии и уровня качества металлопродукции может быть значительно повышена за счет разработки математико-статистических моделей и их использования при проведении надзорных аудитов принятой предприятием концепции качества и методов её реализации, например, по таким направлениям, изложенным в ИСО 9002-94, как: ответственность руководства за качество; анализ, контракта, управление процессами; контроль и испытания; выбор субпоставщиков; управление несоответствующей продукцией; управление регистрацией данных о качестве и т.д.

Проведение настоящей работы и её необходимость вызвйны отсутствием на конкретных предприятиях методологической базы по оценке их готовности к сертификации (в частности, с использованием математико-статистических методов), которая позволила бы адаптировать требования системы сертификации ГОСТ Р и стандартов ИСО серии 9000 с существующей организационной структурой управления предприятием, составной частью которой является работа по обеспечению качества.

Сложность и многообразие вопросов, которые пришлось решать в процессе разработки методики, обусловили необходимость привлечения к

работе различных методов исследования.

Экспериментальная часть диссертационной работы выполнена автором в Южно-Уральском государственном университете и на ОАО "Злато-устовский металлургический завод".

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. ПРОИЗВОДСТВО КОНСТРУКЦИОННЫХ И МАРОК СТАЛИ

В СООТВЕТСТВИИ С СОВРЕМЕННЫМИ ТРЕБОВАНИЯМИ

Повышение технического уровня и качества металлопродукции, гарантированное обеспечение требований нормативно-технической документации и индивидуальных требований потребителей - одна из главных задач металлургических предприятий.

Решение этой задачи является актуальным не только для нашей страны, но и для всех промышленно развитых стран мира, и на современном этапе характеризуется рядом принципиальных особенностей, отличающих совершенствование производства чёрных металлов от соответствующих путей в прошлые годы.

Сегодня последовательно меняется ориентация от наращивания масштабов выпуска чёрных металлов на более полное использование потенциальных возможностей используемых и вновь вводимых металлургических агрегатов, разработку новых и совершенствование действующих технологических процессов с целью повышения потребительских свойств металлопродукции и повышения на этой основе ее конкурентоспособности как на внутреннем, так и на внешнем рынке и, что самое главное, на организацию и проведение аттестации производства, сертификации продукции и приведение систем обеспечения качества в соответствие с требованиями международных стандартов ИСО серии 9000, которые широко и успешно используют 150 тыс. предприятий и фирм в более чем 80 странах мира /1-6/.

Отдельным сторонам проблемы производства легированных (конструкционных и нержавеющих и др.) марок стали (включая такие, например,

вопросы, как увеличение производительности, снижение материалоёмкости и энергоёмкости, совершенствование выплавки, разливки и передела металла, повышение уровня качества и т.д.) в последнее время был посвящен целый ряд работ /7-14/, характеризующих основные направления по совершенствованию производства названных видов металлопродукции.

Легированные стали - один из важнейших видов конструкционных материалов массового применения. Работа авиационной, судостроительной промышленности, атомной энергетики, сельскохозяйственного и транспортного машиностроения, а также других отраслей промышленности невозможна без потребления проката, труб и другой металлопродукции из легированных сталей.

Согласно действующим стандартам, к легированным сталям в России относится сталь, суммарное содержание легирующих элементов в которой находится в пределах от 3 - 4 до 30 - 50% при различном содержании углерода. Это, в основном, соответствует понятию легированных сталей, принятому в странах Западной Европы, США и Японии.

Общее количество выплавляемых в России и других государствах СНГ марок легированных сталей и сплавов превышает 1000 (в том числе более 400 марок конструкционных). При этом объем их производства и потребления существенно различается. Так, например, металлопродукция из исследуемых в настоящей работе марок стали 10-60, 15-50Х, 12-20ХНЗА, 08-12X18Н10Т и др. выпускается в объёме многих сотен тысяч тонн в год, продукция из других марок стали прризводится в объёме десятков и сотен тонн.

Технические требования к качеству металлопродукции из легиро- -ванных сталей постоянно растут. В этой связи требования российских стандартов в отношении содержания серы и фосфора, допустимого содер-

жания остаточных элементов (никеля, хрома), величины зерна и отклонения по содержанию углерода, кремния, марганца и хрома жёстче требований, содержащихся в немецких, американских и японских стандартах.

Россия является основным производителем легированных сталей в СНГ. На её долю приходится 80% производства конструкционных сталей, 74% - нержавеющей стали, более 83% инструментальной стали и более 90% быстрорежущей стали.

Производство проката из легированной конструкционной стали осуществляется на 48 металлургических предприятиях бывшего СССР, в том числе на 32 в России, 13 на Украине, по одному - в Белоруссии, Грузии, Азербайджане и Молдове. Прокат из нержавеющих сталей производится на 25 предприятиях, из них 20 находится в России и 5 на Украине. Прокат из быстрорежущих сталей производится на 9 заводах (8 -в России, 1 - на Украине), инструментальных - на 12 (11 - в России, 1 -Украина). Прокат из легированных сталей со спецсвойствами выпускается на 24 предприятиях, из них 16 расположены в России.

Крупнейшим производителем проката из легированных сталей является Челябинский металлургический комбинат, выпускающий 13% этого металла. За ним следует Оскольский электрометаллургический комбинат, работающий по технологии прямого восстановления железа (Мидрекс-процесс) и выпускающий 7,4% легированных сталей. Примерно одинаковое количество проката из легированных сталей - по 7,2% от общего выпуска в СНГ - производят Магнитогорский металлургический, комбинат и металлургический завод "Красный Октябрь" (г. Волгоград). Крупными производителями легированных сталей в Российской Федерации являются также Новолипецкий и Череповецкий металлургический комбинаты и Зла-тоустовский металлургический завод.

Крупнейшими и примерно равными по производству проката из ле-

тированных сталей на Украине являются Донецкий металлургический комбинат и металлургический завод "Днепроспецсталь", объём производства легированного проката на которых соответствует его выпуску на Череповецком комбинате и Златоустовском заводе - 4 - 4,3% от выпуска в СНГ.

В настоящее время произошло снижение объёмов производства проката из легированных сталей по каждой марочной группе, но наибольшим было падение-производства проката из легированной конструкционной стали - 1892,5 тыс. т или на 24,5%, что определялось снижением спроса на него со стороны основных потребителей. По остальным видам проката из легированных сталей падение производства било менее значительным: по нержавеющей стали - на 13%, по остальным еще меньше.

При этом потребление легированного проката также снижается: в 1997 г. в России было потреблено 6652,6 тыс. т проката из легированных сталей, что на 184 тыс. т или на 2,7% меньше чем было произведено. При этом, если производство легированных сталей в России в 1997 г. сократилось по сравнению с 1996 г. на 15,7%, то их потребление упало только на 6%. Это обусловлено, прежде всего, сокращением вывоза легированных сталей из России в другие республики бывшего СССР и за рубеж.

Как и ранее, около 99,8% потребляемого в России и в целом в СНГ проката из легированных сталей расходуется на производство различной продукции и на ремонтные нужды, а на нужды капитального строительства расходуется только 0,2% такого проката. Основным потребителем металлопродукции из легированных сталей является машиностроение, на долю которого приходится свыше 90% товарного проката, более 60% потребляемых труб и около 95% холоднотянутой сортовой стали и метизов промышленного назначения.

Прогнозирование потребления проката из легированных сталей в

нашей стране весьма затруднено, поскольку наша экономика находится в переходной стадии развития, когда ещё нельзя определенно сказать, какая из имеющихся тенденций её развития возобладает.

В этой связи интересно вспомнить великую депрессию в США. Тогда спад производства в США продолжался 3 года, валовый национальный продукт сократился более чем на 30%. При этом кризис в чёрной металлургии США был более длительным и глубоким. Производство готового проката снижалось так же, как в целом по промышленности, в течение 3 лет и составило в 1932 г. 25,4% от уровня 1929 г., то есть сократилось в 4 раза (с 41,7 до 10,6 млн. т). В этих условиях только благодаря регулирующему воздействию государства объём промышленного производства превзошел уровень предкризисного периода на 8-й год, а производство готового проката - лишь через 11 лет.

В дальнейшей перспективе (до 2000 г.) можно ожидать некоторого повышения объёмов промышленного производства по сравнению о 1996 г., однако капитальное строительство едва ли превысит 90% от уровня этого года, но при этом существенно изменится его структура в пользу отраслей нематериального производства.

Основным фактором снижения спроса на легированные стали будет как в России, так и в СНГ в целом падение потребности в конструкционной легированной стали. Это связано со структурной перестройкой в капитальном строительстве и машиностроении, направленной на развитие производственной и социальной инфраструктуры и сокращением тяжелых отраслей промышленности.

В этой связи весьма интересным становится вопрос о конкурентоспособности российской металлопродукции на зарубежном рынке. Обеспечение конкурентоспособности чрезвычайно тесно связано с вопросами качества, его гарантированным обеспечением и управлением, что, в свою

очередь, наиболее полно решается за счет проведения сертификации продукции и систем обеспечения качества.

Успешное проведение сертификации металлопродукции, а равно и системы обеспечения качества в первую очередь зависит от прогрессивности используемых технологических процессов ее производства и контроля, наличия на предприятии современного или модернизированного оборудования для их проведения.

Исследуемые в да