автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.15, диссертация на тему:Методы и средства метрологического обеспечения при статистическом управлении качеством процессов в полиграфии

Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)

На правах-рукописи

004609541

КОДЕНЦЕВ ДМИТРИИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИ СТАТИСТИЧЕСКОМ УПРАВЛЕНИИ КАЧЕСТВОМ ПРОЦЕССОВ В ПОЛИГРАФИИ

Специальность 05.11.15 - Метрология и метрологическое обеспечение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О СЕН 2010

Москва 2010

004609541

Работа выполнена в Московском Государственном институте Электроники и Математики

Научный руководитель: кандидат технических наук,

профессор Скачко Юрий Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Володина Надежда Алексеевна

кандидат технических наук, доцент Поляк Леонид Моисеевич

Ведущая организация:

Московская печатная фабрика - филиал ФГУП «Гознак»

Защита состоится '49 2010 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д212.133.05 при Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете)

Адрес института: 109028, г. Москва, Б. Трехсвятительский пер. 3, МИЭМ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ Автореферат разослан "_"_2010 г.

Ученый секретарь:

кандидат технических наук, доцент

'Чернов А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В данной работе в качестве ключевой отрасли производства определена полиграфия, применительно к которой было принято решение об исследовании и реализации методов и средств метрологического обеспечения при статистическом управлении качеством процессов.

В полиграфии путь от идеи - до отпечатка проходит через реализацию следующих, укрупненных, стадий:

- реализация идеи дизайнером;

- изготовление печатных форм;

- подготовка к печати;

- печатный и послепечатные процессы.

Как и в любом другом современном производстве в полиграфии контрольно-измерительные операции являются неотъемлемой составляющей жизненного цикла изготовления продукции, применять средств измерения (СИ), чтобы сохранить спецификацию от стадии идеи, и увидеть правильный отпечаток. В настоящее время на рынке представлена широкая гамма СИ, позволяющих обеспечить тотальный контроль качества всего полиграфического процесса. Эти СИ можно разделить по назначению на:

- СИ для контроля цвета;

- СИ для контроля качества правильно расположения оттиска на запечатываемой поверхности (приводки).

Методологии и подходы качеству со временем изменялись, так например с 50-х годов прошлого века по настоящий период японская промышленность преодолела 4 этапа, от стопроцентного контроля и признания изделия, попавшего в допуск годным, статистического управления процессами, позволяющих добиться уровня дефектности = 9 ррт (9 потенциальных дефектов на 1 миллион, произведенной продукции).

Но, не смотря на то, что в XXI в. практика доказала, что:

- предупреждение дефектов намного экономичнее и эффективнее отбраковки дефектной продукции;

- подход, основанный на соблюдении допусков, бесперспективен;

- вместо того чтобы устанавливать «приемлемый» уровень дефектности, необходимо браться за непрерывное совершенствование процессов, ориентируясь не на границы допуска, а на номинал и постоянное сужение зоны случайных вариаций

99,5% российских предприятий, в независимость от принадлежности к той или иной отрасли, невзирая на мировой опыт, продолжают применять подход к качеству основанный на соблюдении допусков, от которого еще в далекие 60-тые года отказалась японская промышленность, а в 70-тые годы Америка страны Европы. Т.е. с «Демидовских времен» собственно и ничего и не изменилось.

Концепция изменчивости (вариабельности) У. Шухарта, развитая позднее Э. Демингом и Г. Тагути является базисом современного подхода к качеству получившего название - методология статистического управления процессами (Statistical Process Control). Мировая практика указывает на то, что применение статистического управления процессами обеспечивает технологическую

точность современного серийного производства любой продукции с минимальными затратами. Упор, сделанные в стандартах ISO серии 9000 на измерения, где основной фокус сосредоточен на процессе и необходимости проведения улучшений в области качества, демонстрирует важность использования статистического управления процессами, тем самым подталкивая Российские предприятия на путь его применению.

В связи с тем, что использование статистических методов управления процессами, подразумевает применение современных информационных технологий и математического аппарата, то наиболее продуктивным и эффективным направлением развития современной измерительной техники является ее интеллектуализация.

Обзор применяемых методов и средств метрологического обеспечения, методов статистического управления процессами в отечественной полиграфии, указывает на низкий уровень проработки данного вопроса, по сравнению со странами Европы, Японии, США.

Таким образом, представляется актуальным:

- исследование проблематики совместного применения СИ для контроля качества полиграфической продукции и инструментов статистического управления процессами в условиях современных достижений в области информационных технологий;

- изучение вопроса мониторинга технологического процесса (ТП) в полиграфическом производстве;

- осуществление измерения геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процессами;

- разработка высокоточного, экономически эффективного и высокоавтоматизированного СИ на базе оптико-механического устройства для реализации выборочного контроля полиграфической продукции;

- разработка инструмента мониторинга и измерения параметров состояния статистической управляемости процесса адаптированного к потребностям полиграфического производства.

Цель работы: повысить эффективность полиграфического производства за счет увеличения доли выпуска продукции свободной от дефектов, посредствам разработки измерительной системы, обладающей высоким качеством (точности и быстродействия) измерений, осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процесса. Высокое качество измерений добивается посредством применения современных средств информационных технологий для совершенствования метрологических характеристик на принципах интеллектуализации как высшего уровня автоматизации процессов измерений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка измерительной системы, обладающей требуемой точностью и быстродействием, удовлетворяющей современному уровню автоматизации,

связанного с использованием персональных компьютеров и передовых достижений в области разработки математического и программного обеспечения (ПО), осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процесса, позволяющей увеличить долю выпускаемой печатной продукции свободной от дефектов;

2. Исследование и выбор оптимальных показателей получения растрового изображения, обеспечивающего достоверную оценку управляемости процесса;

3. Экспериментальное исследование метрологических характеристик измерительной системы на базе оптико-механического устройства, для контроля статистической управляемости процесса печати согласно нормативным требованиям ГОСТ 8.009-84;

4. Исследование передового зарубежного опыта по применению инструментов статистического управления процессами для оценки статической стабильности технологического процесса (ТП) и адаптация и внедрение этого опыта в отечественной полиграфической отрасли производства;

5. На основании исследований передового зарубежного опыта по применению инструментов статистического управления процессами для оценки статической стабильности ТП разработка методики выполнения измерений и анализа полученной информации о стабильности протекания процесса печати;

6. Разработка программного обеспечения, включающего группу инструментов статистического управления процессами, необходимых для анализа и мониторинга стабильности протекания ТП.

Научная новизна работы:

1. Впервые теоретически и экспериментально обоснована возможность применения оптико-механического устройства в качестве средства измерения и мониторинга качества печати листов-оттисков, соответствующего современному уровню информационных технологий.

2. На основании, проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана новая методика оценки статистической управляемости процесса печати для оперативной и защищенной полиграфии (АРМ Контролера), позволяющая повысить показатели результативности процесса печати.

3. Теоретически и экспериментально исследовано влияние на результаты измерений:

- оптического разрешения;

- яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы;

- месторасположения измеряемого объекта на рабочей поверхности оптико-механического устройства;

- особенностей работы САПР с растровыми файлами.

4. Произведены экспериментальные исследования метрологических характеристики АРМ Контролера, подтверждающие, что средство измерения может использоваться, как инструмент контроля для непрерывного повышения качества.

5. В результате произведенных исследований впервые применительно к полиграфии были определены оптимальные соотношения вышеупомянутых параметров (см. пункт 3), позволившие увеличить точность измерений, и, как следствие, точность получаемых оценок.

Практическая ценность работы:

1. На основании, проведенных исследований передового зарубежного опыта по применению методологии статистического управления процессами для оценки статической стабильности ТП разработан алгоритм анализа и мониторинга информации о статистической управляемости процесса печати с одной стороны листа-оттиска (АРМ Контролера), позволяющий повысить эффективность полиграфического производства, за счет увеличения доли печатной продукции свободной от дефектов.

2. Разработанный АРМ Контролера обеспечивает:

- оперативное обнаружение отклонений в печати листов-оттисков;

- предоставление печатнику и контролеру информации о ходе протекания

ТП;

- предоставление менеджерам процессов объективной и актуальной информации о значимых аспектах реализации ТП со всех его операций, что позволяет в случаи ухудшения показателей вариабельности процесса, принять меры, направленные на приводнение его в стабильное состояние;

- повышение объективности в оценке качества продукции;

- снижение роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе ТП;

- получение оценки управляемости действующего ТП:

- в случае управляемости процесса - получение оценки его воспроизводимости;

- в случае статистически неуправляемого процесса, осуществления проведения корректирующего воздействия и проверку эффективности предпринятых мер;

- получить оценку возможности процесса в период его запуска, то есть определить способность его удовлетворять техническим требованиям.

3. Достигнуто повышение эффективности производства и, как следствие, снижение экономических за счет использования статистических методов.

4. Достигнуто повышение качества измерений линейно-угловых размеров:

- снижение неопределенности измерений:

- снижение времени измерения (применение ПЭВМ минимизирует время выполнения трудоемких операций анализа сигнала измерительной информации).

5. За счет операций автоматической регистрации и статистического анализа результатов мониторинга и контроля достигнуто повышение производительности процесса контроля качества полиграфической продукции.

6. Доказано снижение утомляемости оператора и вероятности внесения субъективной погрешности.

7. Научные результаты внедрены в производство на Московской печатной фабрике - филиале ФГУП «Гознак», являющемся лидером среди полиграфических предприятий России.

На защиту выносятся:

- АРМ Контролера - методика выполнения измерений геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процессами;

- Результаты теоретических и экспериментальных исследований метрологических характеристик АРМ Контролера;

- Теоретические и экспериментальные исследования влияния оптического разрешения, яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы, месторасположения измеряемого объекта на рабочей поверхности оптико-механического устройства на качество производимых измерений;

- Алгоритм анализа и мониторинга информации о статистической управляемости процесса печати, обладающего всеми необходимыми инструментами статистического управления процессами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Научно-технические конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (2007,2008, 2009 г.);

10-я, 11-я, 12-я Международная Конференция «Цифровая Обработка сигналов и ее применение» (2008 и 2009 г.). Доклад 10-й Международной Конференции удостоен награды (диплома) за лучший доклад. Диссертация заслушана и одобрена на заседании кафедры «Метрология и Сертификация» МИЭМ (30.05.2008). Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры и используются при лабораторном практикуме по дисциплинам «Автоматизация измерений и контроля» и «Статистические методы в управлении качеством».

Публикации: Основные результаты работы прошли рецензирование и опубликованы в 3-х журналах включенных в Перечень ведущих рецензируемых изданий ВАК, публикующих основные результаты докторских и кандидатских диссертаций и 9 тезисах докладов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы из 69-ти наименований. Общий объём работы 176 страницы, 101 рисунка, 28 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, указана научная новизна и практическая значимость работы, предполагаемый круг пользователей результатов исследований, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены:

- современные тенденции в контроле качества процессов печати (виды печати - высока, глубокая, плоская печать), осуществляемого с целью увеличения доли выпускаемой продукции, свободной от дефектов;

- методы и средства измерений, используемые при контроле качества печати в полиграфии, в частности - методы и средства измерений, используемые при контроле цвета и методы и средства измерений, используемые для контроля линейно-угловых параметров характеризующих правильное положение оттиска на бумаге;

- цифровые устройства в метрологическом обеспечении;

- методология статистического управления процессами (Statistical Process Control), как инструмент обеспечения технологической точности современного серийного производства любой продукции с минимальными затратами;

- инструменты статистического контроля качества и статистического управления процессами;

- математические пакеты статистической обработки данных мониторинга и анализа процесса.

Проанализировав нормативные источники, а так же опыт ведущих зарубежных предприятий было установлено, что эффективность производства обеспечивает конкурентоспособность, позволяет получать большую отдачу от используемых ресурсов либо при меньшем их расходовании сохранять прежний объем высококачественной продукции. Повысить эффективность производства возможно посредствам применения инструментов статистического управления процессами, регламентируемыми нормативными положениями ГОСТ Р 51814.32001, нормативными положениями ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017: 1999.

В ходе анализа метрологического обеспечения при статистическом управлении процессами в полиграфии было установлено следующее:

- СИ, используемые при контроле качества цвета печати, соответствуют и адаптированы к применению совместно с инструментарием статистического управления процессами.

- при менеджменте ТП защищенной полиграфии, используя в качестве основного критерия эффективность, применение штриховых мер длинны (линейка измерительная металлическая ГОСТ 427-75, линейка оптическая), приборов оптического увеличения (лупа ЛИ-3 10 мм 10-ти кратная со шкалой, лупа ЛГ-10*25мм со шкалой и подсветкой) при статистическом управлении процессом, является необоснованным решением, которое требует исправления, за счет научной проработки данного вопроса.

Во второй главе рассмотрены методы аналого-цифрового преобразования сигналов, основы цифрового представления сигналов, универсальные индексы качества изображения, Вейвлет - преобразование и его особенности, построение и оценка ГХ, нормирование метрологических характеристик цифровых СИ, случайные величины и их распределение.

ГОСТ 8.009-84 устанавливает номенклатуру метрологических характеристик (MX), правила выбора комплексов нормируемых MX (НМХ) для конкретных типов средств измерений и способы нормирования MX в нормативно-технических документах (НТД) на средства измерений. Метрологическое обеспечение АРМ Контролера взаимосвязано с его конструктивными, эксплуатационными MX. Так как характер появления и причины возникновения погрешностей, как АРМ Контролера, так и результатов

измерений весьма разнообразны, то было принято решение определить значение случайной и систематической составляющей погрешности.

В третьей главе изложены результаты реализации АРМ Контролера, результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследования, нацеленные на определение оптимальных параметров сканирования, обеспечивающих корректную работу АРМ Контролера. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований метрологических характеристик АРМ Контролера. Систематизированы и приведены, выявленные в ходе экспериментов особенности работы САПР AutoCAD с растровыми файлами, сформулирован ряд правил, позволяющих повысить эффективность работы АРМ Контролера. Приведены результаты расчета индекса воспроизводимости с учетом центрирования процесса Срк.

В рабате важным представлялось определить, какое влияние оказывают параметры оптического разрешения сканера на качество производимых измерений. Для этого был произведен эксперимент, согласно которому, измерялись линейные параметры растровой подосновы поверхности концевой меры, полученной при разных показателях оптического разрешения сканера. Произведенный анализ, полученных экспериментальных результатов, зависимости двух переменных значения о и оптическим разрешением сканера указывает на то, что с увеличением оптического разрешения сканера, имеет место быть линейная тенденция снижения а со значением степени тесноты

Рис. 1 Зависимости СКО измерений линейного размера в мм от различного оптического разрешения и числа наблюдений п

Как видно из рис. 1 экспериментальные значения, полученные при оптическом разрешении сканера в 1000 и 1200 dpi, практически идентичны для равного числа наблюдений п. Таким образом, экспериментально установлено, что измерения следует производить при значении оптического разрешения = 1000 dpi.

Продолжая тему влияния настроек режимов оптико-механического устройства на величину а измерений, по средствам экспериментальных исследований, заключающихся в измерении линейных параметров растровой подосновы поверхности концевой меры, полученных при разных настройках яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы в работе изложены следующие результаты:

- при настройках яркости в приделах [+25; +40], значение случайной погрешности находится на низком уровне, соответственно можно сделать вывод

- для того, чтобы снизить случайную составляющую погрешности измерений необходимо увеличивать яркость изображения.

- максимальное значение случайной погрешности измерений соответствует, стандартному, нулевому значению контрастности, в то время как при нахождении контрастности в приделах [-40; -25], +40 значение случайной погрешности находится на низком уровне, соответственно можно сделать вывод

- для того, чтобы снизить случайную составляющую погрешности измерений необходимо устанавливать контраст растровой подосновы в пределах [-40; -25]Щ+25; +40].

- максимальное значение случайной погрешности измерений соответствует, стандартному, нулевому значению средних тонов, в то время, как при нахождении средних тонов в приделах [-40;-25]и[+25;+40] значение случайной погрешности находится на низком уровне, соответственно можно сделать вывод - для того, чтобы снизить случайную составляющую погрешности измерений необходимо устанавливать средние тона растровой подосновы в пределах [-40; -25]и[+25; +40].

В ходе экспериментов был выявлен рад факторов, негативно влияющих на качество производимых измерений, одним, из которых является невозможность измерения объемного объекта в плоскости, параллельной движению лампы сканера, по причине образования тени в верхней части сканируемого объекта см. рис 2. Длинна тени пропорциональна высоте измеряемого объекта.

Рис 2. Тень, образующаяся при сканировании объемных объектов Исследования данного факта позволило сформулировать ряд рекомендации, согласно которым:

- целесообразней всего измерять плоские объекты;

- при измерении, объемный объект следует располагать перпендикулярно движению лампы сканера см. Рис.3.

Рис. 3 Расположение измеряемого объекта на рабочей поверхности сканера

Номинальная статическая характеристика «АРМ Контролера», связывающая значение измеряемой (преобразуемой) входной величины х и выходной сигнал у

У, =/„(*) = 0,9997 х (12),

Согласно введенного в действие с 1 января 1974 года в действие ГОСТ 8.011 - 72, устанавливающего, что при сообщении размера погрешности результатов измерения целесообразно указывать вид распределения были проведены теоретические и экспериментальные исследования, нацеленные на определение формы распределения экспериментальных данных.

В соответствии с положениями, изложенными в труде Новицкого П.В., Зографа И.А., «Оценка погрешностей результатов измерений», работа по идентификации формы закона распределения случайной погрешности экспериментальных данных проводилась в несколько этапов.

На первом этапе были проведены исследования направленные на определения оптимального числа группирования экспериментальных данных.

Взяв во внимание тот факт, что для распределения погрешности одним из практических признака приближения к оптимуму, может служить отсутствие провалов в гистограмме, при котором она сохраняет плавный характер, была построена гистограмма, используя формулу Старджеса для расчета оптимального числа интервалов т рис. 4.

т=3,31дп + 1 (13)

Гистограмма Старджеса ш=11

8 8 8 8 8

о" о" Т-" Т-" Т-" т-" Г-"

Карман

Рис. 4 Гистограмма с числом интервалов рассчитанных по формуле Старджеса

Как видно из рисунка гистограмма имеет слабое отличие от кривой нормального закона распределения, поэтому был сделан вывод, о том, что генеральная совокупность распределена, именно по этому виду закона.

Для оценки доверительного интервала, в котором находится значение СКО, было использовано распределение Стьюдента.

Границы х ыы<г и х к,1-олг такого доверительного интервала находят из равенства

) = °-57'р(*2и-о,5« ) = *-«? 04)

Доверительный интервал:

р( 1 (п- Ш3* я

Р\Х ЬЛ*, < а1х к, 1-0*,)- (15)

Полученное равенство означает, что с вероятностью а=1 - q истинное значение среднеквадратического отклонения результатов наблюдений лежит

в интервале ), границы которого равны

2 л1п-Ьх

X 'о.ч

•¡п-Ьх

(16) см. табл I.

X «-»л

Результаты расчета интервала, в котором находится истинное значение а при вероятности Рд =0,95 приведены в Табл. 1.

Табл. 1

Хер 0,999732 X1 0,05, 569 504,7962 X 0,025, 569 22,46767 о х1 0,001329

а 0,001252 X1 0,95, 569 636,9913 ягп 0,975, 569 25,23869 ах2 0,001183

Исходя из полученных расчетов с вероятностью Р=0,95, можно утверждать, о том что истинное значение а результатов наблюдений лежит в интервале 0,01183 - 0,01329 мм (11.83-13.29 мкм).

Используя требования нормативных положений ГОСТ 8.207 - 76 (раздел 3) были найдены доверительные границы в (без учета знака) случайной погрешности результата измерения, выбрав коэффициент доверия I, для уровня надежности 0.99% по формуле:

£ = НЮ

где - значение

рассчитываемого по формуле:

5Сг) = У-—

,%-пт-Ъ П8)

, где

х - выборочная средняя (среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений);

генерального

(17) стандартного

отклонения,

n - число результатов наблюдений.

*= 0,03429 мм.

Оценивая погрешность результата, полученного при статистической обработке многократных отсчетов, нельзя забывать о том, что при усреднении уменьшается в V" лишь случайная составляющая погрешности

мп (19)

(ширина разброса случайной составляющей погрешности), в то время как систематическая погрешность остается без изменения. Поэтому если п достаточно велико, t£«0 и результаты погрешности усредненного результат определяются, по существу, только его систематической погрешностью.

Значение систематической погрешности, рассчитанное по формуле в=11(х)-х,г„ = 2,9 мкм (20)

Результаты аналитической работы указывают на то, что данная погрешность принадлежит к классу инструментальных погрешностей, и вызвана неизбежностью ошибки при выборе точек пересечения крестов, поскольку полученные растровые изображения поверхности листа-оттиска (или растровая подоснова) не могут использоваться для работы с объектными привязками AutoCAD.

Нормативные положения ГОСТ 8.207-76 (раздел 5), устанавливают, что если в<0,8 S(_x), то следует пренебречь систематической составляющей погрешности и учитывать только случайную погрешность в виде Д= е.

И наоборот если 0>O,8S(x), то следует пренебречь случайной составляющей погрешности и учитывать только систематическую погрешность в виде Д— 0.

Подставив расчетные значения в неравенство

в

ОД, (21)

определим границы погрешности результата измерения.

= 0,223 < 0,8 —> неисключенной систематической погрешностью по сравнению со случайными погрешностями следует пренебречь и принять, что граница погрешности результата Д=До,99 = 34,3 мкм.

Рассчитанный, предел допускаемой вариации составляет 0,00046 мм. Пределом допускаемой вариации следует пренебречь.

Рассчитанное по формуле (11) значение абсолютной погрешности: Д=Хизм-Хист (22)

составило Д=10,00304-10,00014=0,0029 мм= 2,9 мкм.

Точность АРМ «Контролер» по средствам расчета относительной погрешности, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности (Д) к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины:

6 = — * 100% =0,029% (23)

Одним из предметов исследования стал вопрос определения меры зависимости значения случайной составляющей погрешности от расположения контролируемого объекта в различных областях рабочей поверхности сканера. С целью определения наличия этой зависимости, был проведен эксперимент, выявивший определенную зону рабочей поверхности сканера, с наименьшим значением случайной погрешности.

Суть эксперимента заключалась в измерении линейно-угловых параметров концевой меры в разных областях рабочей поверхности сканера при оптическом разрешении сканера =1000 dpi. Мера перемещалась в плоскости перпендикулярной движению лампы сканера (нижний и верхний край рабочей поверхности) и параллельной движению лампы сканера плоскости (средина рабочей поверхности) (см. рис. 5). Для более полного исследования рабочего пространства сканера измерения производились с шагом 10 мм (номинальный размер концевой меры, используемой в эксперименте).

Перемещение в параллельной дв| лампы сканера

Лампа сканера

Перемещение в плоскости перпендикулярной движеу лампы сканера

Рис. 5 Графическое представление алгоритма проведения эксперимента Результаты экспериментов приведены на рис. 7-8.

Зависимость распо/южсмякотролфумяго объекта изначсгамслучаЛноЛсосгавляющса погрешности

0,0015 0.001 0.0005 0

0 5 10 15 20 25

Рис. 6 Диаграмма разброса (зависимость значения случайной оставляющей погрешности от перемещения меры параллельно движению лампы сканера)

Заеиси масть расположения контролируемого объекта и аначеиия случайно») составляющей погрешности

0.0015 0.001 0,0005 О

0 5 10 15 20 25 30

Рис. 7 Диаграмма разброса (зависимость значения случайной оставляющей погрешности от перемещения меры параллельно движению лампы сканера)

♦ --

kVir

1

Используя оценки наличия связи (тесноты и направления связи) между рассматриваемыми перемеренными был проведен корреляционный анализ.

Коэффициенты корреляции, рассчитанные по формуле:

„ _ £(х-х)(у-у),

Г*У ~ __ _ •

(24)

гху для перемещения меры параллельно движению лампы сканера = -0,356898. Использую таблицу Чеддока, тесноту связи следует отнести к умеренной (т.к. значения укладываются в интервал -0,3 - -0,5), имеющий обратный характер.

гху для перемещения меры параллельно движению лампы сканера = 0,1317189. Использую таблицу Чеддока, тесноту связи следует отнести к слабой (т.к. все значения укладываются в интервал 0 - 0,2), не имеющий ярко выраженного прямого характера.

По результатам данного исследования, был сделан вывод, об отсутствии значительного влияния расположения измеряемого объекта на значения случайной погрешности.

Результаты исследований, позволяют сформулировать рекомендации, в общем виде сводящиеся к тому, что объект измерения, следует располагать в центральной части рабочей поверхности сканера.

С целью установления фактической возможности АРМ «Контролера» соответствовать установленным требованиям и требованиям заказчика был произведен расчет значения индекса воспроизводимости процесса Ср.

На сегодняшний день в защищенной полиграфии допуска по приводке, варьируются в приделах: по горизонтали ±1,5 мм; по вертикали ±1 мм. Следует отметить, что для оперативной полиграфии данные допуска могут превышаться двоекратно, а то и троектатно, по сравнению с защищенной полиграфией.

При расчете индекса Ср, будет использоваться, значение ширины поля допуска = VSL - LSI, равное 2 мм, таким образом, уменьшим допуск, следствием чего станет имитация ужесточения требования заказчика.

Рассчитаем индекс воспроизводимости процесса используя формулу:

USL-LSL Ср = вбсоб (25)

Ср =25,08151

Табл. 2 Соотношение значения индекса Ср и соответствующего ему минимального уровня несоответствий, выраженного в рргп

Индекс Ср 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,33 1,4 1,5 1,6 1,67

¿Мявцмальный уровепь Я«СЮП5СТСП»Нв, РПШ 35729 16395 6934 2700 967 318 96,2 63,4 26,7 6,8 1,59 0,57

Как видно из сопоставления рассчитанного индекса и табличных данных, система, применительно к защищенной полиграфии, обеспечивает, непревзойденную надежность, оценки хода протекания ТП.

На рис. 8 в виде столбчатой диаграммы приведена зависимость значения индекса воспроизводимости процесса без учета настроенности процесса на центр поля допуска;_

Зааиашст инд •ксав#а1р«иводми ости пр«ц»ссл етамримы пиля допуска

25Л6В

г 1 05 02

Ширма мля дмуаа (мм)

Рис. 8 График зависимости индекса воспроизводимости процесса от ширины поля допуска

Используя данные приведенные в табл. 2, рассчитаем ширину поля допуска, соответствующего минимальному уровню несоответствий равного 1,59 ррт.

Ср^ррт =0,127584 мм

Таким образом, даже если требования заказчика будут ужесточены в 16 раз, АРМ контролера будет способен качественно исполнять свое предназначение.

Так же был проведен ряд аналитических работ, по определению влияния АРМ «Контролера» на достоверность производимых измерений (см. рис 9).

Известно, что уровень несоответствий, т.е. доля продукции с показателем качества вне допуска, сильно зависит от параметров ц и а.

При смещении центра настройки ТП (ц) от центра поля допуска, в данном случае по причине влияния СИ, уровень несоответствий (суммарная доля заниженных и завышенных значений) возрастает.

Рис.9 - Диаграмма влияния АРМ Контролера на достоверность производимых измерений

С вероятностью Р=0,95, что 0,00000168% результатов всех измерений, ошибочно (по вине АРМ контролера), будет отнесено к достоверным.

Четвёртая глава посвящена вопросам создания и исследования информационно - измерительной системы для бесконтактных измерений АРМ «Контролера» - осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процессами.

Вопрос использования оптико-механического устройства для измерения линейно-угловых размеров впервые был поднят студентами кафедры Метрологии и сертификации Московского государственного института электроники и математики. Скачко Н.Ю., Дектеревым Е.А., Чугоновой И.М. Этими людьми велась работа по ителектуализации процесса линейно-угловых измерений, замене большого инструментального микроскопа средствами измерений, отвечающих современным информационным технологиям.

Данная диссертационная работа является логическим продолжением, предпринятым ранее действиям, с ответвлением в сторону практической значимости для контроля качества полиграфических процессов производства. Практическим результатом проведенных исследований является разработанное автоматизированное рабочее место контролера (АРМ «Контролера»),

Реализация АРМ «Контролера» (рис. 10) это есть решение двух принципиальных задач, призванных удовлетворить потребности потребителя:

- предоставление промышленности, СИ, способного заменить применяемые в настоящее время, для мониторинга и контроля линейно-угловых параметров продукции СИ, превосходящее их по уровню автоматизации, по точности и диапазону измерений;

- создание «информационного инструмента», обладающего всеми необходимыми инструментами статистического управления процессами (Statistical Process Control - SPC) (собранными и систематизированными в

нормативных положениях ГОСТ Р 51814.3-2001, нормативных положениях ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017: 1999).

Рис. 10 АРМ Контролера - реализация задач

Назначение АРМ Контролера:

- оценка показателей качества ТП и определения потерь качества, которые по мере отклонения текущих значений параметра от номинального увеличиваются, в том числе и в пределах допуска;

- оперативное обнаружение отклонений в печати листов-оттисков;

- предоставление печатнику и контролеру информации о ходе протекания

ТП;

- повышения объективности в оценке качества продукции;

- снижение роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе ТП;

- оценка управляемости действующего ТП;

- в случае управляемости процесса - оценка его воспроизводимости;

- в случае статистически неуправляемого процесса, осуществление проведения корректирующего воздействия и проверка эффективности предпринятых мер;

- оценка возможности процесса в период его запуска, то есть способности удовлетворять техническим требованиям.

Основная область применения:

- выборочный контроль полиграфической продукции.

- мониторинг ТП в полиграфическом производстве.

Измерительная система для бесконтактного контроля линейно-угловых размеров АРМ «Контролера» является электронным оптико-механическим устройством, состоящей из ПК, отвечающего за получение и расчет значений измеряемого параметра, и оптико-механического устройства (планшетного сканера), поучающего растровый рисунок поверхности контролируемого объекта.

На ПК установлено ПО AutoCAD (либо иная САПР), применяемое для определения линейно-угловых размеров измеряемого объекта, и Microsoft Excel, отвечающее за коррекцию систематической погрешности, и обработку полученной информации инструментами статистического управления процессами.

В общем виде алгоритм работы системы представлен на рис. 11.

Общий вид алгоритма работы АРМ Контролера

Когда изображение импортировано в AutoCAD, экранное увеличение изображения настраивается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую точность при визуальном прицеливании и выборе точек пересечений крестов. Используя команды, активизирующие линейное и угловое измерения, осуществляется вычисление линейно-угловых параметров контролируемого объекта (для выполнения измерения указываются крайние точки объекта). Пример получения линейных размеров элементов купюры достоинством J ООО руб. приведен на рис. 12.

штт

Рис. 12 Пример получения линейных размеров элементов купюры достоинством 1000 руб.

АРМ «Контролера» позволяет осуществлять также и допусковый контроль. Посредствам шаблона, выделяющего контролируемый объект и представляющего собой поля допуска заданной величины, становится возможным получение информации о соответствии контролируемого параметра или самого изделия установленным требованиям. На рис.13 приведен пример контроля качества расположения защитной металлической защитной нити банкноты номиналом в 1 ООО руб. Контролируемая область, заключена в границы, размеры которых соответствуют размерам, указанным в технических условиях на производство данного изделия.__

* ; • ¡И ' г? Ч : ' щшш

- k К

•••• 1 •к й-. 'Ж Î .. . ■' .у.;'-. и

Рис. 13 Пример контроля качества расположения защитной металлической

защитной нити банкноты номиналом в 1000 руб. Для обеспечения и поддержания процессов на приемлемом и стабильном уровне, гарантируя при этом соответствие продукции установленным требованиям, в Microsoft Excel были реализована следующая группа

инструментов статистического управления процессами, соответствующие требованиям, изложенным в ГОСТ Р 51814.3-2001, нормативных положениях ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017: 1999: контрольные карты Шухарта (ККШ): контрольные карты по количественным признакам - X - R; X; R; X - S ; S; X - mR; X; mR; контрольные карты по качественным признакам - р; рп; с; и; кривая нормального распределения, с возможностью вывода доверительных границ, середины допуска, математического ожидания, с расчетом доли соответствующей и несоответствующей продукции; индексы воспроизводимости процесса (пример отчета рис. 14); индексы стабильности процесса; графики; расчет ррт; гистограммы; дисперсионный анализ; описательная статистика; корреляционный анализ; диаграмма Парето; анализ данных.

Рис. 14 Форма отчета по критерию чувствительный к положению среднего индекс воспроизводимости Срк

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Метрология и сертификация» и используются при лабораторном практикуме по дисциплинам «Автоматизация измерений и контроля» и «Статистические методы в управлении качеством».

Научные результаты внедрены в производство на Московской печатной фабрике - филиале ФГУП «Гознак», АРМ «Контролера» применяется в контрольных операциях при изготовлении ценных бумаг, для мониторинга качества офсетной и металлографской. Акт о внедрении от 29.05.2009.

Внедрение и применение АРМ Контролера на Московской печатной фабрике Гознака показало, что:

- внедрение и адаптация происходит органически с минимальным потреблением временных ресурсов;

- необходимо минимальное вводное обучение операторов;

- возрастает производительность из-за снижения трудоемкости контрольных операций;

- снизился субъективный воздействующий фактор (значение субъективной погрешности возникающей в ходе измерений ниже, нежели при использовании ручных средств измерения и микроскопов);

- повысилась точность контрольных операций (благодаря утилите, частично автоматизирующей контрольную операцию);

- снизились затраты вызванные производством несоответствующей продукции.

В заключении приводятся выводы и основные результаты работы.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие разработать новую методику оценки статистической управляемости процесса печати с одной стороны листа-оттиска для оперативной и защищенной полиграфии (АРМ Контролера), которая призвана повысить эффективность полиграфического производства за счет увеличения доли выпуска продукции свободной от дефектов.

2. Проведены испытания на Московской печатной фабрике - филиале ФГУП «Гознак», по результатам которых АРМ Контролера внедрен в производство. АРМ Контролера применяется в контрольных операциях при изготовлении ценных бумаг, для мониторинга качества офсетной и металлографской печати. Акт о внедрении от 29.05.2009.

3. Произведены экспериментальные исследования, метрологических характеристики АРМ «Контролера» (ГОСТ 8.009-84), подтверждающие, что измерительная состоятельна, как инструмент контроля и непрерывного повышения качества.

4. Теоретически и экспериментально исследовано влияние:

- оптического разрешения оптико-механического устройства;

- яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы;

- месторасположения измеряемого объекта на рабочей поверхности оптико-механического устройства;

- особенностей работы САПР AutoCAD с растровыми файлами.

на результаты измерений. По результатам данных исследований были определены и сформулированы оптимальные комбинации вышеупомянутых параметров, позволившие увеличить точность осуществляемых измерений.

5. Экспериментально полученные значения Ср=25,08151 и Срк=25,05292 указывают, что процесс настроен точно на центр и что применительно к защищенной полиграфии, АРМ «Контролера» обеспечивает, непревзойденную надежность, оценки хода протекания ТП.

6. Экспериментально обоснована возможность применения оптико-механического устройства в составе устройства мониторинга и измерений качества печати листов-оттисков, соответствующего современному уровню информационных технологиям.

7. Разработан и реализован алгоритм анализа и мониторинга информации о статистической управляемости процесса печати, обладающего всеми необходимыми инструментами статистического управления процессами (ГОСТ Р 51814.3-2001, нормативных положениях ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017:1999).

8. Экспериментально доказано, повышение объективности в оценке качества продукции, за счет снижения роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе ТП, снижение утомляемости печатника / контролера и вероятности внесения субъективной погрешности.

9. Результаты работы внедрены в виде курса лабораторных практикумов по курсу «Автоматизация измерений и контроля», «Статистические методы в управлении качеством», проводимых в МИЭМ.

Основное содержание диссертации отражено в печатных работах:

1. Д.А. Коденцев «Оборудование, применяемое для определения подлинности денежных знаков и ценных бумаг» II Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. -М.: МИЭМ, 2007 стр. 366-367.

2. Д.А. Коденцев «Новые информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» 15-тая Международная студенческая конференция -школа-семинар. Тезисы докладов 2007 стр. 305 - 306.

3. Д.А. Коденцев, Е.Ю. Мамаева «Statistical process control посредствам измерительной системы на базе сканирующего устройства» II Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. - М.: МИЭМ, 2008 стр. 351-352.

4. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Статистические методы контроля идентификации на базе сканирующей измерительной системы» Труды 10-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2008 - с. 564-567.

5. Д.А. Коденцев «Новые информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. - М.: МИЭМ, 2009 стр. 272-273.

6. Д.А. Коденцев «Информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» 17-тая Международная студенческая конференция -школа-семинар. Тезисы докладов 2009 стр. 220 - 221.

7. Д.А. Коденцев «Измерительная система для контроля линейно-угловых размеров в полиграфии, реализованная на базе сканера» Труды 11-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2009 - с. 564-567.

8. Д.А. Коденцев «Измерительная система для контроля линейно-угловых размеров на базе оптико-механического устройства» Журнал Датчики и системы №7 (122) июль 2009.

9. Д.А. Коденцев «Система для измерения линейно-угловых размеров на базе сканера» Журнал Автоматизация в промышленности № 7 2009.

10. Д.А. Коденцев «Автоматизированное рабочее место контролера, как инструмент непрерывного повышения качества в полиграфии» Журнал для специалистов по качеству КАЧЕСТВО. ИННОВАЦИИ. ОБРАЗОВАНИЕ. №8 (51) август 2009.

11. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Исследование измерительной системы для линейно-угловых измерений на базе сканера». Труды 12-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2010-с. 565-567.

12. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Система для измерения линейно-угловых размеров на базе сканера». Труды 12-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2010 - с. 573575.

Подписано к печати " " сентября 2010 г. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии МИЭМ.

Москва, ул. М. Пионерская, д. 12. Заказ № 154 . Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ.:.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Современные тенденции в контроле качества печати.

1.2. Методы и средства измерений, используемые в полиграфии.

1.2.1. Методы и средства измерений, используемые при контроле цвета в полиграфии

1.2.2. Методы и средства измерений, используемые для контроля линейно-угловых параметров характеризующих правильное положение оттиска на бумаге.

1.3. Цифровые устройства в метрологическом обеспечении.

1.4. Статистическое управление процессами (Statistical Process Control).

1.4.1. Статистическое управление процессами.

1.4.2. Основные задачи СУП:.

1.4.3. Инженерная концепция изменчивости.

1.4.4. Концепция изменчивости Шухарта.

1.4.5. Задачи статистики в управлении качеством.

1.4.6. Стандарты серии ISO 9000 и статистическое управление процессами.

1.5. Математические пакеты статистической обработки данных мониторинга и анализа процесса.

1.6. Инструменты статистического контроля качества и статистического управления процессами.

1.6.1. Средние величины.

1.6.2. Показатели вариации.

1.6.3. Кривая нормального распределения (распределение Гаусса).

1.6.4. Контрольные карты.

1.6.5. Анализ процессов при помощи показателей (индексов) возможностей.

1.6.6. Гистограммы.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Цифровое представление сигналов.

2.2. Цифровое представление изображений.

2.3. Методы построения градуировочных характеристик.

2.4. Нормируемые метрологические характеристики цифровых СИ.

2.5. Случайные величины и их распределения.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ АРМ КОНТРОЛЕРА, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Экспериментальное определение оптимальных параметров сканирования, обеспечивающих корректную работу АРМ Контролера.

3.2. Исследование случайной составляющей погрешности, определение номинальной статической характеристики.

3.3. Идентификация формы закона распределения случайной погрешности экспериментальных данных.

3.4. Определение доверительных границ случайной погрешности результата измерения.

3.5. Определение случайной составляющей погрешности.

3.6. Определение систематической составляющей погрешности.

3.7. Определение границ погрешности результата измерения.

3.8. Определение абсолютной и относительной погрешности.

3.9. Экспериментальное определение зависимости случайной погрешности от места расположения измеряемого объекта на рабочей поверхности сканера.

3.10. Ср индекс воспроизводимости процесса без учета настроенности процесса на центр поля допуска.

3.11. Срк индекс воспроизводимости с учетом центрирования процесса измерения.

3.12. Выявленные в ходе экспериментов особенности работы AutoCAD с растровыми файлами.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Структура и особенности применения АРМ Контролера.

4.2. Реализация инструментов Статистического управления процессами посредством

Microsoft Excel.

Выводы по четвертой главе.

Конкуренция среди промышленных предприятий постоянно увеличивается, тем самым устанавливает правила согласно которым, для того чтобы присутствовать на мировом рынке необходимо не просто хорошо работать, а стать лучшими в своей отрасли, приблизиться к мировым стандартам качества. Непрерывное повышение качества, достижение наивысших технико-экономических показателей являются основой новой эры ведения бизнеса, в которой прибывает подавляющее большинство успешных всемирно известных промышленных предприятий [1, 2].

Говоря об основных аспектах мировых стандартов качества в первую очередь необходимо помнить об эффективности производства, именно потому, что эффективность производства обеспечивает конкурентоспособность, позволяет получать большую отдачу от используемых ресурсов либо при меньшем их расходовании сохранять прежний объем высококачественной продукции или услуг. Современное промышленное предприятие должно стремиться к тому, чтобы качество было характеристикой, органически встроенной в его продукцию и во всю деятельность. Качество, в современном бизнесе, рассматривается, как рычаг, предназначенный для удовлетворения потребностей потребителя, работника, делового партнера и общества в целом.

Для обеспечения эффективности производства необходимо обеспечить решение следующих важных задач:

- анализ и прогнозирование хода протекания основных технологических процессов;

- сокращение затрат и повышение производительности;

- обеспечение стабильности показательней выпускаемой продукции;

- принятие решений основанных на достоверных данных анализа;

- организация и управление источниками информации о ходе реализации технологического процесса.

Иными словами в настоящее время, организации должны идентифицировать источники информации, определить методы и средства, необходимые для того чтобы все изготавливаемые изделия и процессы обладали высоким запасом точности и надежности по отношению к требованиям заказчика. Этот запас должен быть достаточен для того, чтобы заказчик был твердо уверен во всей изготавливаемой продукции предприятия и рассматривал его как надежного партнера, с которым выгодно иметь деловые отношения на долгосрочную перспективу.

При выборе такого подхода, предприятие должно быть нацелено па то, чтобы своевременно предупреждать появление любых несоответствий в продукции и работе, то есть стремиться избегать ошибок вместо того, чтобы исправлять совершенные.

Решение данных задач должно быть достигнуто применение инструментов и методик статистического управления процессами. Э. Деминг, Дж. Джуран, К. Исикава используя в своих трудах и практической работе доказали, что эти инструменты позволяют производить измерения и анализ вариаций и способствуют активному применению методов, направленных на сокращение вариаций и снижению числа дефектов до приемлемого уровня.

Появление стандартов серии ISO 9000 [3], в которых сделан упор на измерения, где основной фокус сосредоточен на процессе и необходимости проведения улучшений в области качества, послужило новым толчком к использованию статистических инструментов и методов. Более того, сегодня цель по достижению качества мирового уровня состоит в том, чтобы уровень дефектов составил всего лишь несколько дефектов на миллион изделий. В результате этого область применения статистического управления процессами увеличилась и его позиции укрепились.

Примечание

Термин «дефект» применим, когда признак качества продукции, процесса или услуги оценивают с точки зрения использования в отличие от соответствия техническим условиям.

В данной работе в качестве ключевой отрасли производства была определена полиграфическая отрасль, применительно к которой было принято решение об исследовании и реализации методов и средств метрологического обеспечения при статистическом управлении качеством процессов.

Полиграфия, рассмотренная, как область техники, позволяет с помощью технических средств выполнять тиражирование текстовых и графических материалов.

Говоря о статистическом управлении качеством процессов в полиграфии, следует понимать улучшение качества соответствующих операций, а именно качество операции печати (виды печати - высока, глубокая, плоская печать).

Отечественные специалисты всегда могли создать и создавали уникальные изделия. Однако обеспечить серийное изготовление высококачественной продукции, поставить ее «на поток» им, как правило, оказывалось не под силу. Одна из главных причин, состоит в том, что на российских предприятиях практически не применяется методология статистическое управление процессами (Statistical Process Control) СУП, а без этого невозможно обеспечить технологическую точность современного серийного производства любой продукции с минимальными затратами.

Используя язык стандартов ISO серии 9000 организация должна установить, какой мониторинг и какие измерения надлежит проводить, а также определить устройства для проведения мониторинга и измерений, необходимые для предоставления свидетельств соответствия продукции установленным требованиям.

Основным критерием, предъявляемым заказчиком к качеству печати, является качество приводки. Качество приводки характеризуется правильным положением изображения, полученного полиграфическим способом на запечатываемом материале, в частности на бумаге. Мониторинг и измерения, проводимые с целью анализа и прогнозирования хода протекания данного технологического процесса подразумевает сбор информации по таким ключевым характеристикам — о полях заданных размеров, о качестве совмещения оттиска на лицевой и оборотной сторонах листа, об обеспечении точного совпадение отдельных красок при многокрасочной печати.

Обзор рынка устройств предназначенных для мониторинга и измерений, применяемых для контроля линейно-угловых параметров характеризующих правильное положение оттиска на бумаге официально реализуемых (соответственно и используемых в том числе) на территории Российской федерации, изготовленных отечественными и зарубежными производителями и последующий анализ, позволил составить стандартный перечень этих устройств: а) измерительная линейка (всевозможные модификации):

- линейка измерительная металлическая ГОСТ 427-75 [5] (наиболее распространенное / часто встречающиеся СИ в полиграфии);

- линейка оптическая; б) прибор оптический увеличительный (и всевозможные его модификации):

- лупа ЛИ-3 10 мм 10-ти кратная со шкалой;

- лупа ЛИЗ-60 мм*4;

- лупа 10-кратная «Горизонт» (со шкалой);

- лупа ЛГ-10*25мм со шкалой и подсветкой; в) карманный микроскоп.

Использование эффективности, в качестве критерия характеризующего реализацию технологического процесса, при этом рассматривая защищенную, а не оперативную полиграфию, как объект исследования, приводит к нецелесообразности использования в качестве инструментов предназначенных для мониторинга и измерения качества приводки средств измерений приведенных выше. Это обусловлено следующими функциональными особенностями средств измерений:

- обладая относительно высоким значением точности осуществляемых измерений, измерительная лупа и карманный микроскоп, становятся бесполезными для измерений линейно-угловых параметров печатных элементов (оттисков), размеры которых превышают 15 мм;

- напротив, обладая достаточным диапазоном измерений, измерительная линейка, позволяет получить значения измеряемой величины низкой точности;

- главным недостатком является отсутствие всяческой интеллектуализации, в условиях тотальной компьютеризации производства и динамического усложнения статистического аппарата, используемого для мониторинга и анализа статистической управляемости технологического процесса.

Примечания

1 Под интеллектуализацией в диссертационной работе понимается высший на сегодня уровень автоматизации, связанный с использованием мощных электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и передовых достижений в области разработки математического и программного обеспечения (ПО).

2 Состояние статистической управляемости (state of statistical control) — Состояние, в котором вариации среди полученных выборочных результатов можно отнести к системе случайных причин, которая не изменяется со временем. ГОСТ Р 50779.11-2000 [6] (ИСО 3534.2-93).

Представляется актуальной разработка инструмента мониторинга и измерения состояния статистической управляемости процесса являющего совокупность современного высокоточного, экономически эффективного и высокоавтоматизированного средства измерения на базе оптико-механического устройства и адаптированного к потребностям полиграфического производства инструментария статистического управления процессами, основной областью применения которого является:

- осуществление контроля геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процессами;

- выборочный контроль полиграфической продукции;

- мониторинг технологического процесса в полиграфическом производстве.

Предполагаемое назначение должно удовлетворять следующим требованиям:

- оперативное обнаружение отклонений в печати листов-оттисков;

- предоставление печатнику и контролеру информации о ходе протекания технологического процесса;

- предоставление менеджерам процессов объективной и актуальной информации о значимых аспектах реализации технологического процесса со всех его операций;

- повышения объективности в оценке качества продукции;

- снижение роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе технологического процесса;

- оценки управляемости действующего технологического процесса;

- в случае управляемости процесса — оценки его воспроизводимости;

- в случае статистически неуправляемого процесса, осуществления проведения корректирующего воздействия и проверку эффективности предпринятых мер;

- осуществление оценки возможности процесса в период его запуска, то есть способности удовлетворять техническим требованиям.

Особое внимание следует уделять как метрологическим, так аспектам эргономики, которые оказывают прямое воздействие на степень реализации работающим поставленной перед ним производственной задачи и информационным характеристикам системы.

Отход от стандартного перечня средств измерений, применяемого для контроля линейно-угловых параметров положения оттиска на бумаге и переход к средству измерения реализованного на базе оптико-механического устройства обуславливается необходимостью решения задачи повышения точности измерений и ввода измерительной информации в ЭВМ для ее последующей обработки инструментами статистического управления процессами.

Основными преимуществами цифровых измерительных приборов является:

- высокая точность измерений;

- отсутствие погрешности отсчета (компактность визуального представления информации);

- высокое быстродействие;

- возможность регистрации результата измерения в цифровой форме;

- широкие возможности автоматизации, интеллектуализации сбора и обработки измерительной информации.

Цель работы состоит в повышении эффективности полиграфического производства за счет увеличения доли выпуска продукции свободной от дефектов, посредствам разработки измерительной системы, обладающей высоким качеством (точности и быстродействия) измерений, осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спектре, с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процесса. Высокое качество измерений добивается посредством применения современных средств информационных технологий для совершенствования метрологических характеристик на принципах интеллектуализации как высшего уровня автоматизации процессов измерений.

Примечание

Высокое качество измерений добивается посредствам применения современных средств информационных технологий для совершенствования метрологических характеристик на принципах интеллектуализации, как высшего уровня автоматизации процессов измерений.

Предметом исследования является проблематика совместного применения в решении задач повышения эффективности процесса печати, средств измерений для контроля качества приводки и инструментов статистического управления процессами в условиях современных достижений в области информационных технологий.

Реализация измерительной системы на базе оптико-механического устройства, для контроля статистической управляемости процесса печати по своей сути является новой, соответственно так же, как и вопросы степени проработки метрологического анализа получаемой измерительной системы.

В качестве объекта исследования рассматривается измерительная система для контроля линейно-угловых параметров качества приводки, реализованная на базе оптико-механического устройства (планшетного сканера).

В работе поставлены следующие научно-технические задачи:

1. Разработка измерительной системы, обладающей требуемой точностью и быстродействием, удовлетворяющей современному уровню автоматизации, связанного с использованием персональных компьютеров и передовых достижений в области разработки математического и программного обеспечения (ПО), осуществляющей контроль геометрических параметров печати с одной стороны листа-оттиска в видимом спекгре с последующей обработкой полученной информации инструментами статистического управления процесса, позволяющей увеличить долю выпускаемой печатной продукции свободной от дефектов;

2. Исследование и выбор оптимальных показателей получения растрового изображения, обеспечивающего достоверную оценку управляемости процесса;

3. Экспериментальное исследование метрологических характеристик измерительной системы на базе оптико-механического устройства, для контроля статистической управляемости процесса печати согласно нормативным требованиям ГОСТ 8.009-84;

4. Исследование передового зарубежного опыта по применению инструментов статистического управления процессами для оценки статической стабильности технологического процесса (ТП) и адаптация и внедрение этого опыта в отечественной полиграфической отрасли производства;

5. На основании исследований передового зарубежного опыта по применению инструментов статистического управления процессами для оценки статической стабильности ТП разработка методики выполнения измерений и анализа полученной информации о стабильности протекания процесса печати;

6. Разработка программного обеспечения, включающего группу инструментов статистического управления процессами, необходимых для анализа и мониторинга стабильности протекания ТП.

При решении поставленных задач целесообразно применение методического аппарата, включающего: «

1 методы нормирования метрологических характеристик СИ;

2 методы цифровой обработки растрового изображения;

3 методы автоматизированного проектирования;

4 методы статистического анализа стабильности протекания технологических процессов.

Для вычисления линейно-угловых размеров целесообразно использовать платформы программного обеспечения систем автоматизированного проектирования (САПР) - AutoCAD, либо система трехмерного моделирования KOMnAC-3D.

При реализации программного обеспечения целесообразно использовать электронные таблицы, в состав которых включены стандартные статистические методы обработки данных - Lotus 1-2-3, QuattroPro, Microsoft Excel.

Ожидаемая практическая эффективность полученных результатов:

1 Повышение качества измерений линейно-угловых размеров:

- снижение неопределенности измерений:

- снижение времени измерения. Применение ЭВМ минимизирует время выполнения трудоемких операций анализа сигнала измерительной информации.

2 Повышение производительности процесса контроля. Достигается обеспечением операций автоматической регистрации и статистического анализа результатов мониторинга и контроля.

3 Повышение эффективности производства, а как следствие увеличение доходов за счет использования статистических методов [3].

4 Снижение утомляемости оператора и вероятности внесения субъективной погрешности.

Дальнейшая модернизация алгоритмов сбора и анализа измерительной информации позволит улучшить оперативность обнаружения отклонений в печати листов-оттисков, совместно с повышение объективности в оценке качества продукции.

Технические особенности и специфика применения указывают на следующий предполагаемый круг пользователей:

1) Технологические службы - предприятий для проверки своих процессов и оборудования, а также для поддержания их в управляемом состоянии и улучшения;

2) Службы качества предприятий - при определении проблем в области качества и проверке реального состояния процессов там, где они вызывают нарекания потребителя;

3) Коммерческие службы и службы по развитию поставщиков при работе с поставщиками (или собственными филиалами) — в сфере улучшения их процессов. Может быть налажена система мониторинга процессов на удаленных объектах -например, предприятие-потребитель сможет отслеживать состояние процессов своих поставщиков для построения правильных отношений с ними. г

Выводы комиссии

Комиссия считает целесообразным внедрить в производство:

- аппаратную составляющую (для мониторинга и контроля качества линейно-угловых параметров полиграфической продукции);

- программную составляющую (для мониторинга статистической управляемости технологических процессов);

- измерительную систему для выборочного контроля качества производственного процесса в полиграфии.

Председатель

С.А. Писарев

И,Б. Шиворонкова А.Е. Гаврилов Ю.В. Скачко

Н.Ю Скачко

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие разработать новую методику оценки статистической управляемости процесса печати с одной стороны листа-оттиска для оперативной и защищенной полиграфии (АРМ Контролера), которая призвана повысить эффективность полиграфического производства за счет увеличения доли выпуска продукции свободной от дефектов.

2 Разработан и реализован алгоритм анализа и мониторинга информации о статистической управляемости процесса печати, обладающего всеми необходимыми инструментами статистического управления процессами (ГОСТ Р 51814.3-2001, нормативных положениях ГОСТ Р серии 50779, а также ISO/TR 10017: 1999).

3 Экспериментально обоснована возможность применения оптико-механического устройства в составе устройства мониторинга и измерений качества печати листов-оттисков, соответствующего современному уровню инфорамционных технологиям.

4. Теоретически и экспериментально исследовано влияние на результаты измерений:

- оптического разрешения;

- яркости, контрастности и полутонов растровой подосновы;

- месторасположения измеряемого объекта на рабочей поверхности оптико-механического устройства;

- особенностей работы САПР с растровыми файлами.

По результатам данных исследований были определены и сформулированы оптимальные комбинации вышеупомянутых параметров, позволившие увеличить точность осуществляемых измерений.

5 Произведены экспериментальные исследования метрологических характеристики АРМ Контролера, подтверждающие, что средство измерения может использоваться, как инструмент контроля для непрерывного повышения качества.

6 Экспериментально доказано, повышение объективности в оценке качества продукции, за счет снижения роли человеческого фактора при выявлении отклонений в ходе технологического процесса, снижение утомляемости печатника / контролера и вероятности внесения субъективной погрешности.

7 Экспериментально полученные значения Ср=25,08151 и Срк=25,05292 указывают, что процесс настроен точно на центр и что применительно к защищенной полиграфии, АРМ Контролера обеспечивает, непревзойденную надежность, оценки хода протекания технологического процесса.

1. Д.А. Коденцев «Измерительная система для контроля линейно-угловых размеров в полиграфии, реализованная на базе сканера» Труды 11-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2009 - с. 564-567

2. Д.А. Коденцев «Информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» 17-тая Международная студенческая конференция -школа-семинар. Тезисы докладов 2009 стр. 220 221

3. ISO 9001:2008. «Системы менеджмента качества. Требования»4. «Статистические методы в управлении предприятием: доступно всем» Ю.В. Васильков, Н. Иняц РИА «Стандарты и качество» Москва 2006

4. ГОСТ 427-75 «Линейки измерительные металлические. Технические условия» (утв. постановлением Госстандарта Совета Министров СССР от 24 октября 1975 г. N2690)

5. ГОСТ Р 50779.11-2000 «Статистические методы. Статистическое управление качеством. Термины и определения»

6. ГОСТ 8.009-84 ГСИ. «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений»

7. Д.А. Коденцев «Оборудование, применяемое для определения подлинности денежных знаков и ценных бумаг» // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. -М.: МИЭМ, 2007 стр. 366-367

8. Д.А. Коденцев «Новые информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» 15-тая Международная студенческая конференция -школа-семинар. Тезисы докладов 2007 стр. 305 306

9. Д.А. Коденцев «Statistical process control посредствам измерительной системы на базе сканирующего устройства» // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. — М.: МИЭМ, 2008 стр. 351-352

10. Д.А. Коденцев «Новые информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. М.: МИЭМ, 2009 стр. 272-273

11. Д.А. Коденцев «Новые информационные технологии в системе контроля качества ценных бумаг» // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ Тезисы докладов. М.: МИЭМ, 2009 стр. 272-273

12. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Статистические методы контроля идентификации на базе сканирующей измерительной системы» Труды 10-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2008 с. 564-567

13. ГОСТ Р 51814.3-2001 «Системы качества в автомобилестроении. Методы статистического управления процессами»

14. ГОСТ Р 50779.10-2000 «Статистические методы. Вероятностные основы статистики. Термины и определения»

15. ГОСТ Р 50779.42-99 «Статистические методы. Контрольные карты»

16. ISO/TR 10017: 1999 «Руководство по статистическим методамприменительно к ISO 9001:2000»

17. ГОСТ 25706-83 «Лупы. Типы, основные параметры. Общие технические требования»

18. ГОСТ 15150 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды»

19. Цейтлин Я.М., Скачко Ю.В., Капырин В.В. «Модифицированные струнные преобразователи для измерения геометрических величин». М.: Изд-во стандартов, 1989 - 264 с

20. Айвазян С.А. «Статистическое исследование зависимостей», М.: Металлургия, 1968

21. Адлер Ю.П. Шпер B.J1. Серия статей в журнале «Методы менеджмента качества» 2003, №1, 3, 5, 7, 11; 2004, № 2, 3, 625. «Статистическое управление процессами. SPC. Ссылочное руководство». ООО СМЦ «Приоритет» 2006.

22. Жулинский С.Ф. Шпер B.J1. «Стандарты на статистические методы глазами потребителя» Методы менеджмента качества 2001 № 3

23. Бертран Л.Хэнсен. «Контроль качества. Теория и применение». / Перев. с англ. Изд. "Прогресс". Москва, 1968, - 519 с31. «Цифровая дискретизация, ширина полосы частот по Найквисту, эффект наложение спектров, свертка»

24. Ликник Ю. В. «Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений», М.: Физматгиз, 1958.

25. Хальд А. «Математическая статистика с техническими приложениями», М-: ИИЛ 1965.

26. Айвазян С.А. «Статистическое исследование зависимостей», М.: Металлургия, 1968

27. Долинсний Е, Ф. «Обработка данных измерений», 2-е изд., М.: Изд-во: стандартов, 1973

28. Жданов И. Г., Курепин М. Г., Мельников Е. К. «Обработка измерительной информации при подготовке измерительного преобразователя к эксплуатации». Метрология, 1975, № 8.31.

29. Лукин Г. П., Розенберг В. Я. «Об оценки погрешности определения зависимостей между величинами». Измерительная техника, 1976, № 9.

30. Семенов J1. А., Сирая Т. II., «Методы построения градуировочных характеристик средств измерении», Издательство стандартов, Москва, 1986

31. Макарова Н.В. Трофимцев В.Я. «Статистика в Excel»: Учебное пособие М.: Финансы и статистика, 2002

32. ГОСТ 8.207-75 «Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений», М.: Изд-во стандартов, 1981.

33. МИ 1991-89 ГСИ. «Преобразователи электрических величин измерительные. Шунты постоянного тока измерительные». Методика поверки (взамен ГОСТ 8.337-78)

34. Вартаиян С.П. «Оптоэлектронные приборы и устройства в полиграфии»: Учебное пособие Москва: Издательство МГУП, 2000. 187 с.

35. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. «Метрология теоретические, прикладные и законодательные основы», Москва, 1998

36. Жданов Н. Г., Курепин М. Г., Мельников Е. К. «Обработка измерительной информации при подготовке измерительного преобразователя к эксплуатации». Метрология, 1975, № 8.31

37. ГОСТ 8.437-81. «Системы информационно-измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения»

38. Земельман М. А. «Методический материал по применению ГОСТ 8.00973. "Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».-М.: ВНИИМС, 1975

39. Земельман М. А., Кнюпфер А. П., Кузнецов В. П. «О подходе к нормированию метрологических характеристик измерительных устройств». "Измерительная техника", 1969, № 3.

40. Скачко Ю.В. «Метрологические характеристики средств измерений». Учебное пособие.МИЭМ.:РИО,1991

41. Скачко Ю.В. «Основы метрологии и измерительной техники». Учебное пособие. МИЭМ.:РИОД990

42. Земельман М. А. Кнюпфер А. П., Кузнецов В. П. «О подходе к нормированию метрологических характеристик измерительных устройств». "Измерительная техника", 1969, № 2.

43. Адлер Ю.П. , Шпер B.JI. «Работа с контрольными картами. Методы менеджмента качества» 2004 № 3.

44. Дубов Б.С. «Особенности метрологической аттестации нестандартизованных средств измерений». М.: Машиностроение, 1979

45. ISO 9004-2000 «Системы менеджмента качества. Рекомендации по улучшению деятельности»

46. ISO 9000:2005 «Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь»

47. Новицкий П. В., Зограф И. А., «Оценка погрешностей результатов измерений», Л. :Энергоатомиздат :Ленингр. отд-ние, 1991

48. Потемкин В.Г. «Введение в МАТЬАВ». М.: Диалог-МИФИ, 2000.

49. ДЖ.Б. РиВелл «Главное о качестве. Справочник от А до Я». Под научной редакцией В.Л. Шпера М.: РИА « Стандарты и качество» 2006 — 232 с (Серия «Деловое совершенство»)

50. Н.Ю. Скачко «Оптико-механическое устройство для линейно-угловых измерений Труды». 8-ая МНТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Москва, 2006 г.

51. Д.А. Коденцев «Измерительная система для контроля линейно-угловых размеров на базе оптико-механического устройства». Журнал Датчики и системы №7(122) июль 2009.

52. Д.А. Коденцев «Система для измерения линейно-угловых размеров на базе сканера». Журнал Автоматизация в промышленности № 7 2009.

53. Д.А. Коденцев «Автоматизированное рабочее место контролера, как инструмент непрерывного повышения качества в полиграфии». Журнал для специалистов по качеству КАЧЕСТВО. ИННОВАЦИИ. ОБРАЗОВАНИЕ. №8 (51) август 2009.

54. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Исследование измерительной системы для линейно-угловых измерений на базе сканера». Труды 12-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:,

55. Д.А. Коденцев, Н.Ю. Скачко «Система для измерения линейно-угловых размеров на базе сканера». Труды 12-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» М:, 2010.2010.