автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Квалиметрическая оценка процесса производства картонных навивных гильз

На правах рукописи

ПЕТРЕНКО Екатерина Сергеевна

КВАЛИМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА КАРТОННЫХ НАВИВНЫХ ГИЛЬЗ

Специальность: 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством

продукции

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Курск-2013

6 ИЮН 2013

005060839

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» на кафедре «Инструментальные и метрологические системы»

Научный руководитель:

Протасьев Виктор Борисович доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Юдин Сергей Владимирович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тульский филиал Российского государственного торгово-экономического университета», профессор кафедры «Общих

математических и естественнонаучных дисциплин»

Сторублев Максим Леонидович

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО

«Юго-Западный

государственный университет»,

доцент кафедры «Управление

качеством, метрология и сертификация»

Открытое акционерное общество «Научно-производственное объединение «Сплав», г. Тула.

Защита диссертации состоится «2» июля 2013 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.105.09 при ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94 (конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет».

Автореферат разослан «31» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.105.09 В.В.Куц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Картон, как сырье для производства упаковочной тары, имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с пластиковыми аналогами - он экологически чист, легко поддается утилизации и вторичной переработке. Механические свойства картона достаточны для изготовления жесткой тары, предназначенной для хранения сыпучих продуктов, а в настоящее время и для жидкостей. Среди изготавливаемой тары особое место занимают картонно-навивные гильзы (шпули), процесс изготовления которых полностью автоматизирован, поскольку выполняется на оборудовании, в котором транспортное движение сочетается с формообразующими действиями.

Вместе с тем, повышенная до 9% дефектность процесса производства, вынуждает проводить исследования, направленные на повышение качества продукции. Ситуация осложняется наличием значительного числа используемых технологических и конструктивных параметров, их взаимосвязями и тем, что производители оборудования не раскрывают алгоритмы управления процессом производства гильз. Теоретически необоснованными, до настоящего времени, остаются вопросы оценки качества оборудования и его возможностей, и самих картонных навивных гильз. В таком же состоянии находятся задачи выборочного приемочного контроля и, главное, отсутствует оценка производственной системы в целом, мероприятий по снижению дефектности процесса изготовления картонных навивных гильз и регламенты по обслуживанию оборудования.

Работы по обеспечению качества картонных навивных гильз в России до настоящего времени не выполнялись.

Степень разработанности проблемы. В части исследования по оценке качества используемого оборудования и самих картонно-навивных гильз, работа является завершенной до возможностей практического использования. В части оценки качества производственной системы и разработки регламентов обслуживания оборудования исследования являются продолжением работ, связанных с управлением качеством.

Цель работы: создание системы квапиметрической оценки процесса изготовления картонно-навивных гильз путем определения причин возникновения дефектов, анализа возможностей оборудования, использования регламентов обслуживания оборудования и корректирующих воздействий.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

- Проведение анализа качества производственной системы;

- Выявление совокупности единичных показателей качества (ЕПК) комплексного изделия и определение весовых коэффициентов ЕПК;

3

- Разработка системы абсолютных и относительных оценок единичных показателей;

- Разработка системы квалиметрической оценки гильзонавивного оборудования и самой продукции;

- Выявление «слабых» мест производственной системы с использованием диаграммы Исикавы и системы РМЕА;

- Разработка регламента технологического обслуживания оборудования.

Методы и средства исследования. При выполнении работы

использовались: принципы построения квалиметрических оценок качества, инструменты анализа причин снижения качества, дифференциальное вычисление, методы построения и анализа морфологических матриц и приемы робастного проектирования, предложенные Г. Тагути.

Объект исследования - процесс производства картонных навивных

гильз.

Предмет исследования - взаимосвязи показателей качества производственного процесса и продукции — картонных навивных гильз.

Область исследований. Содержание диссертационного исследования, соответствующего п.4 «Квалиметрические методы оценки качества объектов, стандартизации и процессов управления качеством» паспорта научной специальности 05.02.23 «Стандартизация и управление качества продукции» (технические науки).

Положения научной новизны, выносимые на защипу:

- метод оценки производственной системы с использованием морфологической матрицы, характеризующей производственную структуру и жизненный цикл продукции;

- анализ производственной системы с использованием морфологической матрицы, учитывающей взаимосвязь стадий жизненного цикла продукции и структуру производственной системы;

- метод оценки качества технологического оборудования по критериям правильности и точности с учетом потерь потребителей;

- обоснование критерия робастности К/юб для оценки качества используемого оборудования и продукции в сравнении с возможностями лидирующих фирм по обеспечению функциональных показателей продукции и их точности;

- систему квалиметрической оценки картонно-навивных гильз с использованием единичных показателей и комплексного показателя качества;

- систему регламентов по обслуживанию автоматического оборудования для изготовления картонно-навивных гильз.

Практическая значимость результатов работы заключается в:

- выявлении причин дефектности процесса производства картонно-навивных гильз с использованием метода «Пять Почему?» и диаграммы Исикавы;

- разработке регламентов обслуживания оборудования, как важнейшей составляющей производственной системы;

- создании методики квалиметрической оценки качества продукции, позволяющей производителям обоснованно оценивать свои конкурентные возможности.

Степень достоверности полученных результатов. Достоверность обеспечена:

- использованием объективной исходной информации, нолученной от Яснополянской фабрики тары и упаковки (г. Тула)

- применением обоснованных теоретически и апробированных на практике методов квалиметрической оценки единичных показателей качества для определения комплексных показателей качества оборудования и выпускаемой продукции;

- применением системного анализа с помощью двухфакторных

морфологических матриц.

Рекомендации об использовании результатов работы. Предложенные в работе метод и методики могут служить основой для разработки СМК практически любой производственной системы при оценке возможностей обеспечения качества продукции.

Разработанные регламенты обслуживания оборудования носят универсальный характер и могут использоваться в автоматизированных производствах с низкой степенью робастности по отношению к дестабилизирующим факторам, возникающим из-за нестабильности рабочей среды.

Публикации и апробация работы. По тематике исследований опубликованы 6 работ, из них 3 без соавторов и 5 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.

Основные положения работы докладывались на Международных научно-технических конференциях: «III Международной научно-практической конференция» (г. Курск, 2012г.), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2012, 2013 гг.)

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и библиографического списка. Содержит 143 страницы машинописного текста, 21 таблицу, 31 рисунок, библиографический список из 78 наименований. Общий объем диссертации 143 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность выполненной диссертационной работы и приведены ее основные квалификационные характеристики. Сформулирована цель выполняемых исследований.

В первом разделе рассмотрены вопросы использования картонно-навивных изделий для хранения тонколистовой продукции в рулонах путем намотки на внешнюю поверхность, а также сыпучих и жидких продуктов при размещении продукции во внутренней полости (рисунок 1.).

Показаны преимущества

Л' картонной тары перед другими,

а Т^&Цч ) используемыми при упаковке

... ">, материалами. Рассмотрено общее

' 1 состояние производства этой

перспективной продукции,

имеющей двойное назначение, [.-«штши Проанализированы качественные

Л - няугрешшй ;<ы»ммр гильзы 1 1

З-Толшиаскшагшмн ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗуеМОГО

Рис.1. Основные параметры картонной гильзы автоматизированного оборудования

(рисунок 2), особенностью которого является использование роторного принципа функционирования, при котором формообразующие процессы совмещаются с транспортным движением картонных лент. По мере перемещения этих лент с бобин на технологическую оправку на них наносится клей, обеспечивается необходимое натяжение картонных лент и их взаимное расположение с учетом их толщины и ширины. Наиболее подробно рассмотрен узел нанесения клея на ленты, в котором доминирующее значение имеет конструкция и регулировка ракельного ножа.

Рис. 2. Гильзонавивное оборудование

Выполненная путем определения полных дифференциалов оценка вариации наиболее важных параметров процесса (скорости движения ленты и длины формируемых гильз) показала избыточные значения этих параметров для стабильного протекания процесса формирования гильз. Например, вариация скорости (У=12 м/мин) на технологической оправке достигает АУ=1,2

м/мин, а вариация угла скрещивания при р=45°, Ар=~8°. Погрешность длины готовых гильз составляет Зсм при общей длине равной 1500 мм.

Из семнадцати технологических параметров только два регулируются с помощью программируемого логического контроллера (ПЛК), что не позволяет эффективно использовать технологическое оборудование, простои которого составляют 27%, а дефектность процесса производства достигает 9%.

Подробно рассмотрены особенности входного и технологического контроля с акцентом на качество выпускаемой продукции и сделан акцент на регламентацию обслуживания оборудования. В завершающей части главы сформулированы научные задачи диссертационной работы.

Во втором разделе с помощью морфологической матрицы М ^хр2) (рисунок 3) рассмотрена производственная система изготовления картонно-навивных гильз. Такой способ представления производственной системы соответствует процессному подходу, согласно требованиям стандартов серии ИСО 9000.

N. Объекты ПС Стадии N. жизненного N цикла <я е С се 1 5 ® § с & Технология производства 2 р и 5 г Е 1 В с о 2 сі. II Управление производством с: £ в І О II II С 1 Производственная и технологическая среда

А/ Л.2 Аз А< А-< А«

Маркетинг Л»

Технологическая подготовка производства А»

Материально- техническое обеспечение А» 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Производственны й процесс А» 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Контроль и испытания А» 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6

Упаковка и хранение А» 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

Доставка А»

Эксплуатация /в,»

Л

Рис, 3. Морфологическая матрица производственной системы М(Р, хр2)

Вектор Рі состоит из единичных векторов /,„ жизненного цикла продукции, вектор Бг в таком же виде представляет производственную систему. Поле матрицы в виде пронумерованных информативных ячеек позволяет рассмотреть взаимосвязи векторов, сконцентрировав внимание на наиболее важных взаимодействиях, минимизируя объем документации.

С позиций обеспечения качества рассмотрены все взаимосвязи производственной системы. Далее с помощью системы РМЕА определены так называемые приоритетные числа риска (ПЧР) для каждой взаимосвязи. Результаты представлены в виде диаграммы Исикавы (рисунок 4), где единичные векторы жизненного цикла продукции представлены отдельными ветвями, которые взаимодействуют с компонентами производственной структуры.

Рис. 4. Оценка значимости единичных векторов производственной системы

Наиболее критической является строка «Производственный процесс», у которой ячейки (4.1 - ПЧР=200; 4.3 - ПЧР=729; 4.4 - ПЧР=126; 4.5 - ПЧР=192) имеют недопустимо высокие значения.

Ячейка 3.1 (ПЧР=256) также требует особого рассмотрения, но в рамках настоящей работы такая задача не ставится.

Дополнительно методом попарного сравнения определена весомость каждого единичного вектора /и производственной структуры, представленной суммарным вектором Р2. Ранжированный ряд этих векторов выражается неравенством

/м> Ал> /2.2> Лб> /и> Л.5-

Одним из «слабых мест» производства картонно-навивных гильз можно назвать повышенное количество источников загрязнения оборудования, связанных с особенностями используемого материала - большое количество бумажной пыли и клеевых скоплений.

Проведенный анализ позволил сконцентрировать внимание на квалиметрической оценке качества оборудования и самих картонно-навивных гильз, определении причин дефектности и особенно, на необходимости обслуживания технологического оборудования.

В этом же разделе рассмотрены особенности выборочного контроля продукции и выявлены недостатки этого процесса.

Третий раздел посвящен разработке методов квалиметрической оценки технологического оборудования (рисунок 2), использующего роторный принцип, при котором формообразующие движения картонных лент и сопутствующие им действия совмещаются с транспортным движением этих же лент.

Предлагаемая методика построена на использовании уравнения для определения дефектности продукции, состоящей из значительного количества составляющих элементов и идеологии, предложенной Г. Тагути, который с помощью критерия «сигнал/шум» оценивает качество продукции (ее робастность) с учетом потерь потребителей.

Для оценки «сигнала» (добротности или правильности оборудования производителя) используется зависимость:

Я1=0£п=П%-Ш О)

1 Qm 1

где п - количество единичных показателей качества, принятых для оценки конструкции;

0,7,и Qm - средние значения абсолютных параметров ЕПК.

Точность оборудования в соответствии с принципами получения критерия «сигнал/шум» должна оценивать изменчивость параметра, расположенного в знаменателе.

Из этих соображений критерий правильности будем идентифицировать как «сигнал».

В соответствии с изложенным, запишем формулу для оценки качества оборудования производителя Краб-О"'"

тгП _ jsü-П _ __(2)

/«Х5 ^-роЯ Q.1 _ Qil ¿¿вюч Л^яыч

где £?пр " - критерий правильности, определенный по формуле (1)

K'^f - коэффициент робастности, характеризующий результаты сравнение производственных возможностей фирмы-производителя с производственными возможностями фирмы-лидера.

Изменчивость (шум) критерия точности, характеризующая точность оборудования фирмы-лидера и производителя оценивается по формулам:

рл (3)

1 У™*

О" = (4)

л->гноч XI лГ/ I

^ З^л min

Предлагаемая методика позволяет всесторонне и объективно оценивать не только качество оборудования у производителя, но и у самой фирмы-лидера.

Пример расчета критерия робастности оборудования производителя приведен в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

№ п/п сценка ичируда Единичные показатели Производитель Фирма-лидер Весовой коэффициент' ІІ Критерии правильности вл Критерий правильности производителя О"-" =\\Щ-1 і о'

1 Максимальная производительность + 13...15 25...30 0,15 0,076

2 Максимальное количество картонных + 20 25 02 0,16

3 Минимальный размер + 180 200 0,15 0,135

4 Максимальная длина + 2000 2000 0,12 0,12 1,691 (Г7

5 Наличие ПЛК I -есть + 1 1 02 02

6 Максимальная толщина стенки гильзы + 11..13 14... 17 0,1 0.077

7 Точность реза по длине, (±мм) - 3 2 0,08 0,053

Критерий правильное: лидера

а; =П',

8,64 10"

Таблица 2

Оценка оборудования производителя по критерию точности (шум)

Единичные показатели

Максимальная

производительность м/мин

Максимальное количество картонных лент, шт

Минимальный размер оправки, мм

Максимальная длина оправки, им.

Наличие ПЛК і-есіь 0-нет

Максимальная толшина

стенки тильда (мм)

Точность реза по длине, (мм)

Производитель

13... 15

20

180

2000

И..13

Фирма-лидер

Весовой коэффициент 1,

25...30

25

200

2000

14... 17

0Д5

02

0,15

0,12

02

0,1

0,08

О"

11 дП

¿Стах

0,129

0,2

0,15

0,12

0,2

0,082

У"

мт т ^

3,046- КГ1

0,04

0,13

0,2

0,15

0,12

0,2

0,084

0,026

» о"

Т-1 >Стін

Ме!

2,044-10

На основании представленных расчетов сделан вывод о том, что критерий правильности у производителя уступает фирме-лидеру на 6,95, а

критерий точности производителя ниже, чем у фирмы-лидера на 2,044. Таким образом, критерий робастноети у фирмы-производителя, рассчитанный по формуле (3) составит 0,25, а критерий робастности оборудования фирмы-лидера, рассчитанный по формуле (4) составит 2,044. Т.е. критерий робастности оборудования производителя на 1,29 ниже критерия робастности оборудования фирмы-лидера.

Потери потребителей предлагается оценивать с помощью степенной зависимости

К —К „

^роб Кроб,иш

1 = 4

где

к.

^раОпшх mill

. роб - соответствует минимальному значению коэффициента робастности,

Кробт„ - соответствует максимальному значению критерия робастности.

Графики функций при Qnp= const и (5) приведены на рисунке (5), и они показывают одинаковый характер изменения сравниваемых величин, обе кривые являются вогнутыми, что позволяет заключить, что предлагаемый критерий робастности пропорционален величине потерь и, поэтому может служить для экспертной оценки качества оборудования, техпроцессов и выпускаемой продукции.

А* =900

2000

Рис. 5. Сравнение тенденций и изменение К^ и функции потерь потребителей Ь

В этом разделе также приведены значения весовых коэффициентов Г, для единичных показателей качества самих картонных навивных гильз, определенные экспертным методом. В завершении главы выполнена оценка

качества картонно-навивных гильз, выпускаемых Яснополянской фабрикой тары и упаковки, также с помощью критерия робастности.

По результатам оценки сделаны выводы о том, что критерий правильности картонно-навивных гильз, выпускаемых фирмой-лидером, на 2,744 превышает критерий правильности изделий, выпускаемых производителем. При этом критерии точности у фирмы-лидера и у фирмы-производителя близки по значению: -1,103 ■ Ю-12, (¿"т„ - 1,003 10

Критерий робастности у фирмы-лидера превышает критерий робастности фирмы-производителя на 1,533.

В четвертном разделе представлен анализ основных проблем качества картонно-навивных гильз. Анализ проведен согласно методике «Пять Почему?». Суть метода заключается в выявлении коренных причин появления дефекта. Графическое изображение анализа выражается в виде древовидной диаграммы.

Анализ проведен для двух наиболее распространенных дефектов картонно-навивных гильз - криволинейность и пониженная прочность.

Для систематизации и верной фокусировки на причинах появления дефектов криволинейности и пониженной прочности результаты анализа картонно-навивных гильз представлены в виде причинно-следственной диаграммы Исикавы.

Причинно-следственная диаграмма Исикавы для дефекта пониженной прочности картонно-навивных гильз представлена на рисунке 6.

Рис. 6. Анализ причин пониженной прочности гильз при помощи диаграммы

Исикавы

Метод

Материал

На основании результатов анализа выявлена необходимость регламентации процесса обслуживания технологического оборудования, как одной из важнейших составляющих производственной системы.

В пятом разделе проведен анализ эффективности работы производственного оборудования при помощи критерия ОБЕ (Overall Equipment Effectiveness). Критерий ОЕЕ вычисляется при помощи формул (6), (7), (8), (9), на основании статистических данных о работе производственного оборудования.

ОЕЕ = Доступность х Производительность х Качество, (6)

Д=ПлВр_ я = —о*-(8) g _ Qj^L

ВрРаб V■ВрРаб

где ПлВр - плановое время работы; ВрРаб - рабочее время; V-максимальная скорость производственного оборудования; ВрРаб - рабочее время; Qo6 - количество произведенной продукции.

QM4 - качественная продукция; Q()6 - произведенная продукция.

На основании имеющихся данных вычислен критерий ОЕЕ для среднестатистической рабочей смены.

Таблица 3

Расчет коэффициента эффективности производственного оборудования

Доступность Производительность Качество

ПлВр ВрРаб п__ Q,* _ о 43 V ■ ВрРаб Qo6

ОЕЕ = 0,75 • 0,43 • 0,98 = 0,32 или 32%.

Сравнив ОЕЕ производителя (32%) со средним значением ОЕЕ у фирмы-лидера (60%), делается вывод о низкой эффективности использования оборудования.

На основании анализа, приведенного в этом разделе настоящей работы, выявлена необходимость улучшения процедуры обслуживания технологического оборудования, как основного фактора в повышении качества выпускаемой продукции и повышении эффективности работы производства в целом.

Для этого предложена методика планирования ресурсов для профилактического обслуживания технологического оборудования. Также разработаны формы рабочих инструкции по обслуживанию оборудования (рисунок 7).

Инструкция Стандарт уборки Линия Нанесения клей Номер Версии Дата

Базовые знания Система Ракельный нож

Тема : удовения 1 Потери | Дефектна* г,рс£укикч

Стандарт уборки

1. Где:[^

Рэкьяьнын кож

2. Состояние |у|А§аши«£ ке работает

1 1?огши«5 работает

3. Необходимое время (в минутах) Не "~1

4. Периодичность: Гу1 в С»»ву

| | Б Иеягяю

5. Почему необходимо убирать это место ? | | С с Д8р«и н & я**шк«го вида (/ашиед б ¿орошен еогтс-я;-ин (У| дотер сотерь |_ Дефгнт

і | Преаатв-р-з іие»«<- к«с<«с7кых сг.учаев | 1 Нмыктировглиг сборудовгянв

С'рздствэ. и материалы иск.ользуи>иіжгси для уборки Средства кеобходниые дм бекжзсяости

| Смлікї или мгсло { х 5 | | Излишки енагяи/ілзстз

£ 1 Г~~"1 Излишки красавкой оыяи

и « * '

у» г- I V | Излишки кусков 5><шги | V | Излишки остатков клея

Иїпвшеті ска-тчз

Одобрено I

Рис. 7. Форма рабочей инструкции по обслуживанию оборудования ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертации представлено решение научной задачи, заключающейся в разработке общего метода оценки влияния возможностей производственной системы предприятия на качество выпускаемой продукции на примере изготовления картонно-навивной тары.

В процессе теоретического и экспериментального исследований получены следующие результаты и сделаны выводы:

1. Анализ возможностей производственной системы позволяет объективно и всесторонне определять резервы повышения качества продукции, «слабые» места технологических процессов и выпускаемой продукции. В качестве инструмента выполнения такого анализа может использоваться морфологическая матрица, представленная векторами жизненного цикла продукции и вектором производственной структуры.

2. Установлено, что эффективным инструментом оценки качества технологического оборудования и самой выпускаемой продукции является предложенный коэффициент робастности, определяемый как отношение «сигнал/шум». Сигнал определяет возможности в сравнении с лидирующей фирмой, а шум - вариацию этих же параметров. Такой критерий позволяет

определить в новой доступной форме функцию потерь потребителей, которая наиболее корректно оценивает качество выпускаемой продукции.

3. Экспертным способом определены единичные показатели качества картонно-навивных гильз и их весовые коэффициенты, используемые далее для комплексной оценки продукции с помощью коэффициента робастности.

4. Путем анализа производственной системы установлено, что автоматическое оборудование, используемое для производства картонно-навивных гильз, используется неэффективно, о чем свидетельствуют низкий коэффициент робастности, завышенные значения приоритетных чисел риска (ПЧР) и критерий ОБЕ = 32%, который у лидирующих фирм составляет 60%.

5. Анализ по схеме «Пять Почему?» не позволил выявить единственную коренную причину дефекта криволинейности гильз и их пониженной прочности. Причины, определенные при помощи анализа «Пять Почему?» и причинно-следственной диаграммы указали на высокую степень воздействия на производственный процесс состояния производственного оборудования. В качестве основного дестабилизирующего фактора выделены источники загрязнения оборудования, такие как бумажная пыль и загустевшие излишки клея.

6. Предложена методика планирования профилактического обслуживания оборудования с регистрацией выполненных работ в рабочих инструкциях по обслуживанию оборудования.

7. Полученные результаты используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» при подготовке специалистов по стандартизации и управлению качеством продукции.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ Научные работы в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Петренко, Е.С. Квалиметрическая оценка качества картонно-навивных изделий [Текст]/ Е.С. Петренко, В.Б. Протасьев // Известия ТулГУ. Технические науки. - Изд-во ТулГУ. - 2011. - Вып. 5. - Ч. 3. - С. 420424.

2. Петренко, Е.С. Улучшение качества по методам Генити Тагути [Текст]/ Е.С. Петренко, В.Б. Протасьев // Известия ТулГУ. Технические науки. - Изд-во ТулГУ. - 2011. - Вып. 5. -Ч. 3. - С.432-436.

3. Петренко, Е.С. «Пять почему?» - метод анализа проблем качества [Текст]/ Е.С. Петренко // Стандарты и качество. - 2012. - №7. - С.60-63.

4. Петренко, Е.С. Особенности разработки обучающей программы для организации профессиональной подготовки и повышения квалификации сотрудников (Текст]/ Е.С. Петренко // Журнал «В мире научных открытий». -2010. -№4(10), Часть 2. - С.108-111.

5. Петренко, Е.С. Внедрение концепции «Мировой уровень производства (WCM)» на российских предприятиях [Текст]/ Е.С. Петренко, Е.В. Якунова // Журнал «В мире научных открытий». - 2010. - №4(10). - Ч. 10.-С. 53-55.

Научные работы в других изданиях:

6 Петренко, Е.С. Использование методики «Пять Почему?» при анализе проблеме качества выпускаемой продукции [Текст]/ Е.С. Петренко // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: сборник научных статей III Международной научно-практическои конференции / ред. кол.: В.А. Кабанов (отв. ред.) [и др.]; Юго-Зап.гос.ун-т.- Курск. - 2012. - С. 206-211.

ИздлицЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 29.05.2013 Формат бумаги 60x84 'Аб. Бумага офсетная. Усл.печ. л. 0,9 Уч.изд. л. 0,8 Тираж 100 экз. Заказ 030 Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, просп.Ленина, 95.

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

На правах рукописи

04201 360727

ПЕТРЕНКО ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

КВАЛИМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА КАРТОННЫХ НАВИВНЫХ ГИЛЬЗ

Специальность: 05.02.23 — Стандартизация и управление

качеством продукции

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.Б. Протасьев

Тула 2013

Содержание

Введение.......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. Обеспечение качества картонной тары. Оценка состояния вопроса, цель и задачи исследования........................................................................................9

1.1 Преимущества и недостатки картонной тары................................................9

1.2 Описание картонной навивной гильзы.........................................................14

1.3 Анализ состояния производства картонных навивных гильз.....................17

1.3.1 Описание принципа работы гильзонавивиого оборудования.............19

1.4 Вариационный способ определения требований к качеству картонно-навивных изделий..................................................................................................26

1.5 Операционный контроль качества готовых картонпо-навивных изделий 37 1.5.1 Этапы контроля качества продукции.....................................................37

1.6 Выводы.............................................................................................................42

ГЛАВА 2. Влияние на качество картонно-навивных изделий состояния производственной системы......................................................................................45

2.1 Раскрытие связей морфологической матрицы М (Г^Бг)...........................48

2.2 Взаимосвязи единичного вектора «Технологическое оборудование» со стадиями жизненного цикла продукции.............................................................51

2.3Взаимосвязь единичного вектора «Управление производством» со стадиями жизненного цикла продукции.............................................................52

2.4Взаимосвязь единичного вектора «Производственный персонал» со стадиями жизненного цикла картонных навивных шпуль...............................58

2.5. Оценка значимости единичных векторов производственной системы (вектора Бг) с помощью диаграммы Исикавы....................................................59

2.6 Выводы.............................................................................................................65

ГЛАВА 3. Квалиметрическая оценка качества картонно-навивных изделий ....66

3.2 Экспертный способ определения весовых коэффициентов........................67

3.3 Связь коэффициента оборудования с потерями потребителей..................79

3.4 Оценка качества картонно-навивной гильзы по комплексным показателям качества...................................................................................................................87

3.4.1 Определение весовых коэффициентов ЕПК экспертным методом.... 88

3.4.2 Определение весовых коэффициентов методом ранжирования.........90

3.4.3 Определение весовых коэффициентов ЕПК методом попарного сопоставления....................................................................................................92

3.5 Определение критериев правильности и точности для картонно-навивных гильз........................................................................................................................97

3.6 Выводы...........................................................................................................101

ГЛАВА 4. Анализ причин дефектности продукции ОАО «Яснополянская фабрика тары и упаковки»......................................................................................102

4.1 Выводы...........................................................................................................115

ГЛАВА 5.Регламентирование процесса обслуживания технологического оборудования...........................................................................................................117

5.1 Расчет показателей эффективности (ОЕЕ).................................................119

5.2 Разработка системы профилактического обслуживания..........................125

5.3 Анализ результатов внедрения системы автономного обслуживания оборудования.......................................................................................................131

5.4 Выводы...........................................................................................................134

Заключение...............................................................................................................135

Список используемых источников........................................................................137

Введение

Упаковка продукции и ее хранение являются важным этапом жизненного цикла любого изделия. Среди изделий особую группу представляют сыпучая, элементная и жидкая продукция, которую в упаковке не ориентируют, так как она сама под действием силы тяжести заполняет объем тары. Как и в любом производстве, в производстве упаковочного материала, необходимо найти наиболее рациональное решение по улучшению производственных процессов.

Обычно, анализируя дефектность продукции, большое внимание уделяют состоянию и надежности оборудования, системе менеджмента качества предприятия, сырью и т.д. и не всегда оценивается состояние производственной системы в целом, как взаимодействующим элементам структуры производственной системы и стадиям жизненного цикла продукции.

Актуальность работы Картон, как сырье для производства упаковочной тары, имеет ряд неоспоримых преимуществ - он экологически чист, легко поддается утилизации и вторичной переработке. Механические свойства картона достаточны для изготовления жесткой тары, предназначенной для хранения сыпучих продуктов, а в настоящее время и для жидкостей. Среди изготавливаемой тары особое место занимают картонно-навивные гильзы (шпули), механический процесс изготовления которых полностью автоматизирован, поскольку выполняется на оборудовании, в котором транспортное движение сочетается с формообразующими действиями.

Вместе с тем повышенная до 9% дефектность процесса вынуждает

проводить исследования, направленные на повышение качества продукции.

Ситуация осложняется наличием значительного числа используемых

технологических и конструктивных параметров, их взаимосвязями и тем, что

4

зарубежные производители оборудования (в России оно не производится) не раскрывают алгоритмы управления процесса навивки гильз. Теоретически необоснованным до настоящего времени остаются вопросы оценки качества оборудования, его возможностей и самих картонно-навивных гильз. В таком же состоянии находятся задачи выборочного приемочного контроля и, главное, отсутствует оценка производственной системы в целом и мероприятия по снижению дефектности процесса навивных гильз и, особенно, регламенты по обслуживанию оборудования.

Работы по обеспечению качества картонно-навивных гильз в России до настоящего времени не выполнялись.

Степень разработанности проблемы. В части исследования по

ф

оценке качества используемого оборудования и самих картонно-навивных гильз, работа является завершенной до возможностей практического использования. В части оценки качества производственной системы и разработки регламентов обслуживания оборудования исследования являются продолжением работ, связанных с управлением качеством.

Цель работы: создание системы квалиметрической оценки процесса изготовления картонно-навивных гильз путем определения причин возникновения дефектов, анализа возможности использования оборудования, использования регламентов обслуживания оборудования и корректирующих воздействий.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

- Проведение анализа качества производственной системы;

- Выявление совокупности единичных показателей качества (ЕГЖ) комплексного изделия и определение весовых коэффициентов ЕПК;

- Разработка системы абсолютных и относительных оценок единичных показателей;

- Разработка системы квалиметрической оценки гильзонавивного оборудования и самой продукции;

- Выявление "слабых" мест производственной системы с использованием диаграммы Исикавы и системы РМЕА;

- Разработка регламента технологического обслуживания оборудования.

Методы и средства исследования. При выполнении работы использовались: принципы построения квалиметрических оценок качества, инструменты анализа причин снижения качества, дифференциальное вычисление, методы построения и анализа морфологических матриц и приемы робастного проектирования, предложенные Т. Тагути.

Объект исследования — процесс производства картонных навивных

гильз.

Предмет исследования - взаимосвязи показателей качества производственного процесса и продукции — картонных навивных гильз.

Область исследований. Содержание диссертационного исследования, соответствующей п.4 «Квалиметрические методы оценки качества объектов, стандартизации и процессов управления качеством» паспорта научной специальности 05.02.23 «Стандартизация и управление качества продукции» (технические науки).

Полоэ/сения научной новизны, выносимые на защиту:

- метод оценки производственной системы с использованием морфологической матрицы, характеризующей производственную структуру и жизненный цикл продукции;

- анализ производственной системы с использованием морфологической матрицы, учитывающей взаимосвязь стадий жизненного цикла продукции и структуру производственной системы;

- метод оценки качества технологического оборудования по критериям правильности и точности с учетом потерь потребителей;

- обоснование критерия робастности Кров для оценки качества используемого оборудования и продукции в сравнении с возможностями лидирующих фирм по обеспечению функциональных показателей продукции и их точности.

- систему квалиметрической оценки картонно-навивных гильз с использованием единичных показателей и комплексного показателя качества;

- систему регламентов по обслуживанию автоматического оборудования для изготовления картонно-навивных гильз.

Практическая значимость результатов работы заключается в:

- выявлении причин дефектности процесса производства картонно-навивных гильз с использованием метода «Пять Почему?» и диаграммы Исикавы;

- разработке регламентов обслуживания оборудования, как важнейшей составляющей производственной системы;

- создании методики квалиметрической оценки качества продукции, позволяющей производителям обоснованно оценивать свои конкурентные возможности.

Степень достоверности полученных результатов. Достоверность обеспечена:

- использованием объективной исходной информации, полученной от Яснополянской фабрики тары и упаковки (г. Тула)

- применением обоснованных теоретически и апробированных на практике методов квалиметрической оценки единичных показателей качества для определения комплексных показателей оборудования и выпускаемой продукции;

- применением системного анализа с помощью двухфакторных морфологических матриц.

Рекомендации об использовании результатов работы. Предложенные в работе метод и методики могут служить основой для разработки СМК практически любой производственной системы при оценке возможностей обеспечения качества продукции.

Разработанные регламенты обслуживания оборудования носят универсальный характер и могут использоваться в автоматизированных производствах с низкой степенью робастности по отношению к дестабилизирующим факторам, возникающим из-за нестабильности рабочей среды.

Рекомендации об использовании результатов работы.

Предложенные в работе метод и методики могут служить основой для разработки СМК практически любой производственной системы при оценке возможностей обеспечения качества продукции.

Разработанные регламенты обслуживания оборудования носят универсальный характер и могут использоваться в автоматизированных производствах с низкой степенью робастности по отношению к дестабилизирующим факторам, возникающим из-за нестабильности рабочей среды.

ГЛАВА 1. Обеспечение качества картонной тары. Оценка состояния вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Преимущества и недостатки картонной тары

Значительную группу товаров потребления составляют так называемые рулонные материалы, которые наматывают на картонные гильзы для хранения и/или транспортировки. Таким образом, картонные навивные гильзы играют роль своеобразной тары и одновременно, расходного материала. Наиболее часто используемый материал для изготовления гильз-картон.

По своей сути, картон- жесткий материал, способный держать форму, что возможно далеко не во всех случаях полимерной упаковки.

Картон - материал натуральный, а потому дорогостоящий. Однако в последнее время на эту тему все чаще можно услышать ряд других мнений. Например, сырье, из которого изготавливается картон, в ближайшем времени может стать материалом, более дешевым по отношению к полимерному. Кроме того, целлюлоза - сравнительно возобновляемый ресурс, если уделять должное внимание вырубке и высадке лесов. Многие уверяют, что и само производство картона на порядок дешевле. Например, энергия, необходимая для производства 500 грамм упаковки из картона равна половине количества энергии, которая уходит на изготовление аналогичной по весу упаковки из жести и той, что необходима для изготовления одной ПЭТ бутылки (в качестве сырья для производства ПЭТ бутылок используется полиэтилентерефталат) [60].

Если тщательно разобраться, то картонная упаковка может обходиться дешевле с точки зрения не только процесса производства, но и складирования и заполнения. Картон очень удобен и в наилучшей степени адаптируется к процессу производства упаковки, благодаря своей

9

податливости и гибкости. Все это делает картон идеальным материалом практически для всех типов продукции [31].

Картон наилучший материал с точки зрения утилизации и повторной переработки. Эти процессы - наиболее передовые и доступные, чего не скажешь о том же самом процессе для других материалов. Утилизация и переработка картона всегда была наиболее простой и экологичной, тем самым, обеспечивая наименьшую стоимость этого процесса.

Упаковка гарантируют эффективное использование ресурсов в течение всего жизненного цикла. Она легкая, не занимает много места, ее просто транспортировать и хранить, а также вторично перерабатывать.

Эксперты-экологи подтверждают, что картонная упаковка является источником гораздо меньшего количества вредных веществ, чем одноразовая упаковка, изготавливаемая на основе ископаемого сырья [49].

При производстве картонной упаковки выделяется лишь незначительное количество С02, что является весомым преимуществом с точки зрения защиты климата.

Даже использованная картонная упаковка обладает различными преимуществами.

Упаковка, обычно, состоит на 75% из картона, 21% занимает полиэтилен и около 4% — алюминий. Все эти материалы подлежат вторичной переработке и могут быть повторно использованы как ценное сырье.

Использованная картонная упаковка может быть переработана или утилизирована различными способами, их довольно много.

Картонная упаковка обладает высоким энергетическим потенциалом. Две тонны пустых упаковок по теплоте сгорания соответствуют одной тонне сырой нефти. Поэтому они особенно хорошо подходят для термической переработки с целью получения вторичной энергии. И даже в регионах, где вторичная переработка или получение вторичной энергии ещё невозможно,

пустые пачки, свернутые в плоские прямоугольники, при хранении занимают мало места [31].

В таблице 1.1 представлен типовой процесс переработки картонной упаковки.

Таблица 1.1 Процесс переработки картонной упаковки

Этапы переработки Материал

Исходный материал - Использованные картонные упаковки

Подготовка материала к переработке - Разделение материала

Промежуточные виды сырья - Полиалюминиевая смесь - Целлюлоза

Используемые технологии переработки - Пиролизный процесс - Переработка на цементных заводах - Измельчение в специальных барабанах

Конечные продукты переработки - Парафин - Энергия - Новые бумажные продукты

Однако многие специалисты утверждают, что, несмотря на новые веяния времени, картонная упаковка имеет несколько основных недостатков перед полимерной: в силу того, что материал натуральный, он достаточно дорогой и пока, сам материал значительно дороже, чем полимеры. Второй важный фактор, который играет в пользу полимерной упаковки - это прозрачность. Возможность увидеть продукт своими глазами часто приводит к тому, что потребители предпочитают полимерную упаковку картонной, не задумываясь о натуральности и экологичности последней [60].

Картой постепенно сдает свои позиции на рынке упаковки, но в некоторых сферах он по-прежнему остается основным тарным материалом. Это связано, прежде всего, с физико-химическими свойствами картона, которые часто делают его наиболее подходящим материалом для упаковки того или иного товара.

Картон обладает несколькими серьезными преимуществами перед

своим основным конкурентом - пластиком. Его производство требует

11

меньшего расхода электроэнергии и других ресурсов, кроме того, оно более экологично. На картоне легко напечатать различными способами (офсетом, флексо-, шелкографией) любое нужное изображение.

В настоящее время в России выпускается в основном трехслойный