автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Модель управления качеством технологического процесса при высокоскоростном затвердевании расплава

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СЕРЕБРОЗАМЕНЯЮЩИХ

ПРИПОЕВ.

1.1 .Анализ вопроса управления качеством технологического процесса

1.2.Статистическая управляемость технологического процесса.

13 .Методы статистического анализа и управления качеством технологического процесса.

1.4.0беспечение высокого уровня качества соединения при помощи припоев на медной основе.

1.5.Формирование заданных свойств припоя при использовании современных технологий.

ГЛАВА 2. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ЗАТВЕРДЕВАНИИ РАСПЛАВА.

2.1. Роль процесса ВЗР в формировании припоев с заданными свойствами.

2.2. Формирование припоя с заданными свойствами при взаимодействии диска-кристаллизатора с расплавом.

2.3. Управление качеством продукции посредством регулирования вязким слоем выноса.

2.4. Условия формирования свойств продукции на заключительном этапе ВЗР.

2.5. Статистическое управление технологическим процессом расплава.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ

ЗАТВЕРДЕВАНИИ РАСПЛАВА.

3.1. Оборудование для экспериментального изучения технологии ВЗР и информационное обеспечение процесса.

3.2. Предварительное исследование возможности управления качеством высокоскоростного затвердевания расплава.

3.3. Качество исследуемого технологического процесса ВЗР.

3.4. Управление качеством процесса ВЗР с помощью контрольных карт.

ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ МЕДНЫХ ПРИПОЕВ В ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.

4.1. Особенности процесса ВЗР при получении медных припоев.

4.2. Обеспечение статистического управления процессом ВЗР в ЗАО «АЛАРМ».

4.3. Методика использования множественной регрессии при исследовании зависимостей между несколькими связанными между собой признаками при высокотемпературном затвердевании расплава.

ВЫВОДЫ.

Наличие конкурентной среды в условиях рыночной экономики обязывает уделять огромное внимание вопросам качества. На современном этапе развития научно-технического прогресса качество выдвигается в число ключевых проблем развития экономики. Высокое качество продукции является самой весомой составляющей, определяющей ее конкурентоспособность. Следовательно, необходимо устанавливать, обеспечивать и поддерживать необходимый уровень качества продукции при ее разработке, производстве, эксплуатации и потреблении, а также утилизации.

Особенно остро вопрос управления качеством встает при разработке и внедрении новых наукоемких технологий. Одна из таких технологий -высокоскоростное затвердевание расплава (ВЗР). Одной из разновидностей ВЗР является метод экстракция расплава из тигля. Сущность метода заключается в том, что быстровращающийся в вертикальной плоскости диск погружается в расплавленный металл. На кромке диска происходит кристаллизация расплава. Полученный материал выносится на поверхность, отделяется от диска и собирается на приемочном устройстве [1].

Использование технологии ВЗР позволяет получать продукцию со свойствами, которые невозможно или крайне дорого реализовать с помощью других методов. Примером может служить формирование тонкой проволоки труднодеформируемого припоя на медной основе. Такая продукция используется для пайки медных и стальных изделий при производстве холодильного оборудования, теплообменников, силовых электрических машин, газовой аппаратуры. Замена используемых в настоящее время серебросодержащих припоев на быстрозакаленные медные с близкими свойствами дает существенный экономический эффект.

Высокий потенциал технологии ВЗР может быть реализован только в случае наличия возможности прогнозирования и получения заданных размеров и структуры продукции, а также при обеспечении высокого уровня стабильности процесса. До настоящего времени получение необходимых геометрических показателей требовало проведения опытных работ и сопровождалось постоянной корректировкой технологических режимов. Принимая дополнительно во внимание наличие многочисленных специфических воздействующих факторов, связанных с гидродинамическими и тепловыми процессами и имеющих место при экстракции продукции из расплава, получать стабильную продукцию в таких условиях было достаточно затруднительно. Это вызывало необходимость высоких затрат на проведение контроля и не гарантировало достаточный зфовень качества проволоки припоя после экстракции, что приводило к значительным затратам на последующей стадии - калибровки волочением. Необходимо использовать статистические методы для управления процессом высокоскоростного затвердевания расплава и проведения оптимизации технологического процесса с целью снижения затрат на контроль и переработку несоответствующей продукции.

Поэтому целью настоящей работы была разработка научно-методических основ статистического управления и постоянного улучшения процесса высокоскоростного затвердевания расплава при получении быстрозакаленной проволоки припоев на медной основе.

Работа выполнена в "МАТИ" - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского на кафедре «Управление качеством и сертификация» и состоит из четырех глав.

В первой главе дается обзор литературных данных, касающихся управления качеством технологического процесса. Рассмотрен порядок проведения статистического анализа и управления процесса, приводятся основные статистические методы, используемые на практике. Кроме того, представлены основные показатели качества припоев, методы получения материалов данного класса, их преимущества и недостатки. На основе данного анализа сформулированы задачи исследования.

Во второй главе проводится теоретический анализ роли процесса ВЗР в формировании припоев с заданными свойствами, а также, методов и видов деятельности, направленных на выполнение требований по качеству. Строится система причинно-следственных факторов, имеющих место в условиях быстроменяющейся гидродинамической и тепловой обстановки при взаимодействии диска-кристаллизатора с расплавом, кристаллизации и последующем охлаждении продукции при использовании технологии ВЗР для получения проволоки припоя на медной основе. Приводятся основные статистические характеристики технологического процесса и необходимые инструменты анализа и управления.

В третьей главе проводится экспериментальное исследование закономерностей получения проволоки припоев на медной основе. Оценивается возможность статистического управления качеством технологического процесса при высокоскоростном затвердевании расплава, проводится проверка гипотезы о нормальном распределении значений геометрических показателей проволоки. Проводится анализ мощности контрольных карт различных видов применительно к данной продукции и даются рекомендации, касающиеся определению объема выборки. Исследуется влияние технологических параметров на геометрические показатели получаемой проволоки. Разрабатываются критерии качества процесса ВЗР при получении припоев марки П-14.

В четвертой главе рассматривается управление качеством процесса ВЗР при получении медных припоев на производстве. Приводится разработанная методика по оценке степени воздействия технологических параметров на качество процесса экстракции расплава и с ее помощью проводится пошаговый регрессионный ананиз влияния факторов на качество технологического процесса. Представлены инструменты, подготовленные для статистического управления качеством процесса при производстве припоя марки П-14.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность статистического управления процессом экстракции материала из расплава при производстве припоев на медной основе. Разработана модель управления качеством технологического процесса при высокоскоростном затвердевании расплава в сложной гидродинамической и тепловой обстановке, основанная на статистических методах, учитывающая причинно-следственные отношения и позволяющая управлять формированием проволоки припоя.

2. Научно обосновано использование выборочного среднего арифметического показателя Вдп проволоки припоя как критерия, определяющего уровень качества процесса высокоскоростного затвердевания расплава при пол)Лении быстрозакаленной проволоки припоев на медной основе.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались следующих Международных и Всесоюзных конференциях: Международные молодежные научные конференции «Гагаринские чтения», г.Москва, 1998,1999,2000г.г.; Всероссийские научно-технические конференции «Новые материалы и технологии НМТ», г.Москва, 1998, 2000 Г. Г.; 10th International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials, Bangalore, India, (r. Бангалор, Индия), 1999г.; Третий Международный Аэрокосмический конгресс IAC, г.Москва, 2000г.

выводы

1. в результате проведения исследований были разработаны научно-методические основы управления качеством технологического процесса ВЗР: доказана возможность статистического управления экстракцией расплава в сложных гидродинамических и тепловых условиях, разработаны критерии качества процесса, получены рекомендации по управлению и улучшению технологического процесса получения припоев на медной основе.

2. В работе сформирована в виде причинно-следственных диаграмм система факторов, оказывающих воздействие на геометрические показатели длинномерной продукции при высокоскоростном затвердевании расплава, В нее включены: регулируемые технологические показатели; показатели, связанные с химическим составом материала при экстракции расплава из тигля; показатели, характеризующие состояние поверхности диска-кристаллизатора,

3. Проведенный пошаговый регрессионный анализ влияния факторов на качество процесса ВЗР позволил выделить наиболее значимые факторы, построить уравнения регрессии для показателя уровня качества процесса экстракции материала из тигля и с помощью коэффициента детерминации определить, какая доля вариаций результативного показателя обусловлена изменением факторов, входящих в многофакторную модель.

4. Проведенная в работе проверка гипотезы о нормальном распределении значений геометрических показателей проволоки-полуфабриката припоя на медной основе с использованием критериев Пирсона и Колмогорова продемонстрировала возможность статистического управления процессом ВЗР. Исключением явжется производство первой бухты проволоки в каждой партии. Это объясняется нестабильностью температуры контакта диск-расплав на начальном этапе технологического процесса и требует дополнительного технического решения.

5. Проверка гипотезы об однородности дисперсий при производстве партий продукции одного типоразмера с использованием критерия Кочрена показала, что дисперсии отличаются незначительно. Это дало возможность управлять процессом ВЗР, опираясь на положение центра настройки показателя Впп •

6. Исследование экспериментальных данных показало, что между геометрическими показателями Вдп и Ндп сечения проволоки сугцествует сильная положительная корреляционная связь (коэффициент корреляции г=0,87); значение Sun в исследуемых образцах изменяется незначительно. Это позволило в качестве критерия качества процесса ВЗР выбрать показатель Едп- В случае проведения мероприятий по модернизации процесса, требуется оценить их влияние на рассеивание Впп и изменение уровня настройки процесса с целью определения их целесообразности.

7. Проведенный анализ мощности различных типов контрольных карт при оценке уровня отклонения среднего процесса позволил рекомендовать для этих целей карту средних арифметических значений. Для определения объема выборки при производстве медных припоев проведены расчеты и построены графики функции мощности Х- карты при п =3; 5; 10, позволяющие обоснованно решать данную задачу. Разработаны формы для сбора информации и бланки контрольных карт для статистического управления процессом ВЗР. Обработка и анализ информации о качестве процесса ВЗР проводится с помощью созданной электронной базы данных.

8. Анализ положения центра настройки показателя Впп показал наличие систематического отклонения от целевого значения, что приводило к снижению уровня годной продукции, и соответственно, потребовало вмешательства для исправления данного состояния. В результате проведения мероприятий по улучшению процесса был увеличен выход

138 годной проволоки-полуфабриката после экстракции расплава на 10% и повысить производительность следующего процесса-калибровки волочением на 30%.

1. Митин B.C. Получение и применение быстрозакаленных сплавов. В сб. Научные труды МАТИ им.К.Э.Циолковского. Вып.1. -М.: Изд-во ЛАТМЭС», 1998. С.5-11.

2. Гиссин В.И. Управление качеством продукции: Учебное пособие. -Ростов н/Д: Феникс, 2000.-256с.

3. Всеобщее управление качеством: Учебник для вузов / О.П. Глудкин, Н.М. Горбунов, Ю.В. Зорин и др.; Под ред. О.П. Глудкина. М.: Радио и связь, 1999. - 600с.

4. Управление качеством электронных средств/ О.П.Глудкин, А.И.Гуров, А.И.Коробов и др. Под ред. О.П. Глудкина. -М.: Высшая школа, 1994. -366с.

5. Басовский Л.Е., Протасьев В.Б. Управление качеством: Учебник.-М.: тФРА-М, 2000.-212с.

6. Серов М.Е. Современные принципы управления качеством как синтез восточного и западного подходов // Надежность и контроль качества, 1998, №4. С.24-29.

7. Огвоздин В.Ю. Управление качеством. Основы теории и практики: Учебное пособие. М.: Издательство «Дело и сервис», 1999. -160с.

8. Версан В.Г., Сиськов В.И,, Дубицкий Л.Г. и др. Интеграция производства и управления качеством продукции. -М.: Издательство стандартов, 1995. 320с.

9. Робертсон Б. Лекции об аудите качества: Пер. с англ. / Под общей ред. Ю.П.Адлера. М.: Редакционно-информационное агентство «Стандарты и качество», 1999. - 260с.

10. Окрепилов В.В. Управление качеством: Учебник для вузов/ 2-е изд., доп. и перераб. М.: ОАО «Изд-во «Экономика», 1998. - 639 с.

11. Управление качеством: Учебник для вузов/ С.Д. Ильенкова, Н.Д. Ильенкова, B.C. Мхитарян и др.; Под ред. С.Д. Ильенковой. М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1998. - 199 с.

12. Федюкин В.К., Дурнев В.Д., Лебедев В.Г. Методы оценки и управление качеством промышленной продукции: Учебник. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», Рилант, 2000. - 328 с.

13. Стандартизация и управление качеством продукции: Учебник для вузов /

14. B. А. Швандар, В.П. Панов, Е.М. Купряков и др./ Под ред. проф. В.А. Швандара. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999. - 487 с.

15. Герасимова Г.Е., Стерьхов Ю.А, Статистическое управление технологическим процессом // Надежность и контроль качества, 1995, №2.1. C. 46-57.

16. Щвец В.Е Измерение процессов в современной системе менеджмента качества// Методы менеджмента качества, 2001, №1. С. 11-13.

17. Парк С. Система статистического управления процессами и ее практическое применение в промышленности// Надежность и контроль качества, 1996, №4. С.56-61.

18. Владимерцев A.B., Марцынковский O.A., Шеханов Ю.Ф Системы менеджмента качества и процессный подход // Методы менеджмента качества, 2001, №2. С.4-7.

19. Рахлин К. MC ИСО серии 9000 версии 2000г.: Сущность и содержание процессного подхода // Стандарты и качество, 2001, №1. С.45-47.

20. Лапидус В.А. Система статистического управления процессами. Система Шухарта //Надежность и контроль качества, 1999, №5. С. 11-19.

21. Лапидус В.А. Система статистического управления процессами. Система Шухарта //Надежность и контроль качества, 1999, №6. С.3-13.

22. Лапидус В.А. Система статистического управления процессами. Система Шухарта //Методы менеджмента качества, 1999, №7. С. 13-21.

23. Деминг Э. Выход из кризиса. Тверь: Альба, 1994. -498с.

24. Джуран.Дж. У истоков статистического контроля качестваУ/Надежность и контроль качества, 1998, №7. С. 50-54.

25. Джуран.Дж. У истоков статистического контроля качества/ТНадежность и контроль качества, 1998, №8. С.13-21.

26. Ноулер Л. и др. Статистические методы контроля качества продукции. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 96с.

27. Миттаг Х.-Й. И др. Статистические методы обеспечения качества. Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1995. -602с.

28. Р 50-601-19-91 Рекомендации. Применение статистических методов регулирования технологических процессов. М.: ВНИИС, 1997.

29. Р 50-601-20-91. Рекомендации по оценке точности и стабильности технологических процессов (оборудования). М.: ВНИИС, 1994, -27с.

30. Методическое пособие по статистическим методам управления качеством продукции. -М.: ВНИИС, 1995. -92с.

31. ГОСТ Р 50779.10-2000 Статистические методы. Вероятность и основы статистики. Термины и определения.

32. Михайлова Н.В. Анализ технологического процесса // Надежность и контроль качества, 1995, №2. С.39-46.

33. Исаков В.Н. Применение статистических методов контроля и регулирования технологических процессов при производстве деталей и подшипников//Методы менеджмента качества, 2000, №8. С. 32-3 8.

34. Практика применения статистических методов для контроля технологических процессов для контроля технологических процессов на ОАО «Чепецкий механический завод» //Методы менеджмента качества, 2000, №4. С.22-28.

35. Адлер Ю.П., Шпер В.Л. «Шесть сигм»: еще одна дорога, ведущая к храму. // Методы менеджмента качества, 2000, №10. С. 15-23.

36. М.Хэрри «Шесть сигм»: стратегия прорыва в рентабельность// Методы менеджмента качества, 2000, №6. С.8-14.

37. Спицнадель В.Н. Системы качества (в соответствии с международными стандартами ISO семейства 9000): Учеб. нос- СПб.: Издательский дом «Бизнес-пресса», 2000.-336с.

38. Рябенко В.В. Статистические методы сбора и анализа информации для управления производством и качеством продукции/ Промышленная академия. Кафедра систем качества.-Люберцы, 1992.-92с.

39. Статистические методы повышения качества. Под, ред. Хитоси Кумэ: Пер. с англ. -М.: Финансы и статистика, 1990. -302с.

40. ЧекмаревА.Н., Барвинок В.А., Шалавин В.В. "Статистические методы управления качеством" М.: Машиностроение. 1999. - 320с.

41. Николаева Э.К. Семь инструментов качества в японской экономике. М.: Изд-во стандартов, 1990, -39с.

42. Сакато Сиро Практическое руководство по управлению качеством. М.: Машиностроение, 1980.-214с.

43. Исикава К. Японские методы управления качеством. М.: Экономика, 1988.

44. Философия качества по Тагути. Серия «Все о качестве. Зарубежный опыт». Выпуск 6,2000/ Пер. с англ.-М.:НТК «Трек», 2000.-17с.

45. Хирое Цубаки Применение статистических методов во всеобщем менеджменте качества (TQM). Японский метод. Тезисы. // Надежность и контроль качества, 1996, № 4. С. 40-45.

46. Лапидус.В.А., Воинова Е.Г., Шешунова H.A. О практических руководствах «Применение прикладных статистических методов при производстве продукции» // Надежность и контроль качества, 1995, №12. С. 45-54.

47. Инструменты качества. Часть V: Контрольные листки// Методы менеджмента качества, 2000, №5. С.23-30.

48. Инструменты качества. Часть IV: Гистограммы// Методы менеджмента качества, 2000, №5. С.23-30.

49. Бар.Дж.Т. Часть VI: Диаграмма Парето// Методы менеджмента качества, 2000, №7. С.27-30.

50. Пайка металлов. Петрунин И.Е., Лоцманов CH., Николаев Г.А. -М.:Металлургия, 1973.-281с.

51. Лашко СВ., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. -4-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1988.-374с.

52. Краткий справочник паяльщика/И.Е. Петрунин, И.А.Маркова, Л.Л.Гржимальский др.; Под общ.ред.И.Е.Петрунина. -М.Машиностроение, 1991.-212с.

53. Лашко СВ., Врублевский Е.И. Технология пайки изделий в машиностроении: Справочник проектировщика. М.:Машиностроение, 1993. -464с.

54. Пашков И.Н. Ильина И.И., Кораванова Л.В. и др. Быстрозакаленные проволока и лента бессеребряных припоев: новые аспекты производства и применения// Материалы научного семинара "Роль процессов пайки в создании новой техники". -М.:ЦРДЗ. 1996. С 36-48.

55. Ильина И.И., Асиновская Г.А., Карпухина А.Ф. "Свойства соединений из меди и ее сплавов, паяных припоем ПМФ0Пр6-4-0,03", Сварочное производство, 1983, 1. С. 33-34.

56. Высокоскоростное затвердевание расплава (теория, технология и материалы). Васильев.В.А., Митин Б.С, Пашков И.Н., Серов М.М., Скуридин A.A., Лукин A.A., Яковлев В.Б./ Под ред. Б.С Митина М.: «СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 1998. -400с.

57. Очерки по физико-химии и материаловедению. Сб.научн.трудов. Под научной редакцией Б.С.Митина. М.: «СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРРШГ», 1998. -446с.

58. Быстрозакаленные металлы. Сб.научн.трудов. Под ред.Б.Кантора. Пер. с англ. Под ред. А.Ф.Прокошина. М., «Металлургия», 1983г. -470с.

59. Аморфные сплавы. Манохин A.M., Митин Б.С., Васильев В.А., Ревякин A.B. -М.: Металлургия, 1984 -129с.

60. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов: Пер. с англ./Под ред. Г. Германа,-М.: Металлургия, 1986. -375 с.

61. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. -М.: Металлургия, 1982.-296 с.

62. Пашков И.Н., Васильев В.А., Родин И.В. Влияние обработки диска-кристаллизатора на характеристики процесса ВЗР//С6. Докладов научно-практической конференции стран СЭВ. -М.:ЦРДЗ. 1997. С.35-39.

63. Аморфные металлы, Судзуи К., Фудзимори X., Хасимото К. / Под ред. Масумото Ц. Пер, с япон, -М.: Металлургия, 1987. -328 с.

64. Островский О.И., Григорян В.А., Вишкарев А.Ф. Свойства металлических расплавов.-М.: Металлургия, 1988, -304 с.

65. Белоцкий A.B., Куницкий Ю.А., Грицкив Я.П Структура и физические свойства быстрозакаленных сплавов Киев: КПИ, 1984.-120 с,

66. Салли И.В. Кристаллизация при свехбольших скоростях охлаждения -Киев: Наук. Думка, 1972. -135с,

67. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов: Пер. с англ./Под ред. Г. Германа, -М.: Металлургия, 1986, -375 с.

68. К.К. Палеха, В,А. Васильев. Теоретический расчет толщины дисперсных материалов, получаемых методом ВЗР.// Физика и химия обработки материалов. 1984, №6. С,5-10,

69. I.N. Pashkov, S.V. Shokin, V.A. Vasiliev. Wires and strips ofrapidly solidified non-silver brazing metals: new aspects of production and using.// Int. Conf. "ШГ95 " , 16-18 of June, Aachen, 1995. P.56-58.

70. Адамов A. A., Васильев B. A., Людоговский K. A. К анализу установившегося периодического поля температур враш;ающегося диска// «Машиностроитель», 1999, №11.0.24-26.

71. Р 50.1.018-98 Рекомендации по стандартизации. Обеспечение стабильности технологических процессов в системах качества по моделям стандартов ИСО серии 9000 М.: ВНИИС, 1998. -15с.

72. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб.пособие для вузов. Изд.б-е, стер.-М.: Высш. шк., 1998.-479с.

73. ГОСТ Р 50779.11-2000 Статистические методы. Статистическое управление качеством. Термины и определения.

74. Илларионов О.И., Харитонов А. С. Статистическое регулирование технологических процессов с использованием контрольных карт выборочного среднего при неизвестной дисперсии контролируемого параметра// Методы менеджмента качества, 1999, №12. С.37-44.

75. Ииларионов О.И. Расчет характеристик контрольных х-карт при неточной наладке технологического процесса// Методы менеджмента качества, 2000, №11.0.16-20.

76. Илларионов О.И., Петров А.Ю. Статистическое регулирование технологического процесса при случайной степени разладки (х-карты) //Методы менеджмента качества, 2001, №1, С.32-38.146

77. Илларионов О.И. Статистическое регулирование технологических процессов по двум параметрам/Методы менеджмента качества, 2001, №10. С.29-32.

78. Волченко В.Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции-М.: «Металлургия», 1979.-88с.

79. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики. -М.: Финансы и статистика, 1995. -356с.147